JP5756542B2 - Brushless motor control device and control method - Google Patents

Brushless motor control device and control method Download PDF

Info

Publication number
JP5756542B2
JP5756542B2 JP2014058897A JP2014058897A JP5756542B2 JP 5756542 B2 JP5756542 B2 JP 5756542B2 JP 2014058897 A JP2014058897 A JP 2014058897A JP 2014058897 A JP2014058897 A JP 2014058897A JP 5756542 B2 JP5756542 B2 JP 5756542B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
energization
signal
rotor
brushless motor
time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2014058897A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2014113054A (en
Inventor
真治 渋谷
真治 渋谷
俊章 磯村
俊章 磯村
根岸 覚
覚 根岸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsuba Corp
Original Assignee
Mitsuba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsuba Corp filed Critical Mitsuba Corp
Priority to JP2014058897A priority Critical patent/JP5756542B2/en
Publication of JP2014113054A publication Critical patent/JP2014113054A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5756542B2 publication Critical patent/JP5756542B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、ブラシレスモータの制御装置及び制御方法に関する。   The present invention relates to a control device and a control method for a brushless motor.

ロータが永久磁石を有するタイプのブラシレスモータは、ロータの回転位置を検出する位置センサを設けずに位置センサレスで駆動制御を行うことがある。この場合には、開放区間(非通電相)のモータ端子に現れる誘起電圧と等価中性点電位をコンパレータに入力して得られるパルス信号のエッジ間隔からロータの回転位置を検出している。ところが、ブラシレスモータの始動時など、回転数がゼロである場合や回転数が極めて小さい場合には、誘起電圧が発生しないか極めて小さいので、回転位置の検出に十分な信号が得られなかった。   A brushless motor of a type in which the rotor has a permanent magnet may perform drive control without a position sensor without providing a position sensor for detecting the rotational position of the rotor. In this case, the rotational position of the rotor is detected from the edge interval of the pulse signal obtained by inputting the induced voltage and the equivalent neutral point potential appearing at the motor terminal in the open section (non-energized phase) to the comparator. However, when the number of rotations is zero or when the number of rotations is extremely low, such as when a brushless motor is started, an induced voltage is not generated or is extremely small, so that a signal sufficient for detecting the rotation position cannot be obtained.

ロータの停止位置を検出する従来の方法としては、3相のコイルに印加される電圧を検出し、電圧の立ち上がり時間の差からコイルのインダクタンスを検出して、永久磁石の磁極と対向しているコイルを判断することがあげられる(特許文献1参照)。なお、コイルによる磁束の方向と鉄心の磁束の方向とが一致していないときには、電流を流したときに鉄心の残留磁化によって電流を流す前後でインピーダンスが変化する。そこで、特許文献1に開示されている駆動装置では、同じ相に連続して二回以上電流を流し、二回目以降の電圧の立ち上がり時間が最小となるコイルを検出している。   As a conventional method for detecting the stop position of the rotor, the voltage applied to the three-phase coil is detected, the inductance of the coil is detected from the difference in the rise time of the voltage, and is opposed to the magnetic pole of the permanent magnet. The coil is judged (see Patent Document 1). When the direction of the magnetic flux by the coil and the direction of the magnetic flux of the iron core do not match, the impedance changes before and after the current is passed due to the residual magnetization of the iron core when the current is passed. Therefore, in the driving device disclosed in Patent Document 1, a current is continuously supplied twice or more in the same phase, and a coil having a minimum voltage rise time after the second time is detected.

特開2004−40943号公報JP 2004-40943 A

しかしながら、ロータの停止位置を検出する際、特許文献1に開示されているような方法では、ロータ停止位置が精度よく検出できない場合が生じうるという問題がある。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、精度良くロータ停止位置を検出して制御できるようにすることを主な目的とする。
However, when detecting the rotor stop position, the method disclosed in Patent Document 1 has a problem that the rotor stop position may not be detected accurately.
The present invention has been made in view of such circumstances, and a main object thereof is to detect and control the rotor stop position with high accuracy.

上記の課題を解決する本発明の請求項1に係る発明は、ロータと複数相のコイルが巻装されたステータを備えるブラシレスモータの制御装置であって、複数相の前記コイルに流す電流の、あらかじめ定められた複数の通電パターンを指令する信号を発生させる位置信号発生手段と、前記位置信号発生手段からの信号によって前記コイルに電流を供給するインバータ回路と、前記コイルに流れる電流を測定するために用いられる電流測定手段と、前記電流測定手段を用いて測定された電流値が予め設定された閾値以上になったら検出信号を出力する電流比較手段と、通電パターンを指令する信号が出力されてから前記検出信号が出力されるまでの通電時間を通電パターンごとに計数するカウンタと、前記複数の通電パターンのうち、連続して通電される通電パターンの前記通電時間の差分と、前記差分に応じたロータ停止位置とを関付けたマップからロータ停止位置を決定する位置推定手段とを備える、ことを特徴とするブラシレスモータの制御装置とした。
コイルに通電したときに、ロータ停止位置によって磁束の流れ易さが異なる。このブラシレスモータの制御装置は、コイルに流す電流が所定の閾値以上になるまでの時間を通電パターンごとに調べてロータ停止位置を検出するようにしたので、ロータ停止位置を精度良く測定することができる。また、このように構成することにより、複雑な回路が不要になって装置構成を簡略化できる。
The invention according to claim 1 of the present invention for solving the above-mentioned problem is a control device for a brushless motor comprising a stator and a stator around which coils of a plurality of phases are wound, the current flowing through the coils of a plurality of phases, Position signal generating means for generating a signal for instructing a plurality of predetermined energization patterns, an inverter circuit for supplying current to the coil by a signal from the position signal generating means, and for measuring the current flowing in the coil Current measuring means used in the above, current comparing means for outputting a detection signal when a current value measured using the current measuring means exceeds a preset threshold, and a signal for instructing an energization pattern are output. wherein a counter detection signal to count the energization time to be output for each energization pattern, the plurality of energization pattern from, sequentially through A difference of the energization time of the energization pattern, and a position estimation means for determining a rotor stop position and a rotor stop position in accordance with the difference from the related with the map, the control of the brushless motor, characterized in that The device.
When the coil is energized, the ease with which the magnetic flux flows depends on the rotor stop position. This brushless motor control device detects the rotor stop position by checking the time until the current flowing through the coil exceeds a predetermined threshold value for each energization pattern, so that the rotor stop position can be accurately measured. it can. Further, with this configuration, a complicated circuit is not required and the apparatus configuration can be simplified.

請求項2に係る発明は、請求項1に記載のブラシレスモータの制御装置において、前記所定数は2つから4つであり、それら各通電パターン間の差分の符号の組み合わせから前記通電パターンを推定して制御することを特徴とする。このブラシレスモータの制御装置は、磁束の流れ易さによるカウント値の変化が通電パターンによって正弦波状又は台形波状に変化することを利用し、2つから4つの通電パターンに基づいてロータ停止位置を推定する。     According to a second aspect of the present invention, in the brushless motor control apparatus according to the first aspect, the predetermined number is two to four, and the energization pattern is estimated from a combination of signs of differences between the respective energization patterns. It is characterized by controlling. This brushless motor control device uses the fact that the change in the count value due to the ease of flow of the magnetic flux changes to a sine wave shape or a trapezoidal wave shape depending on the energization pattern, and estimates the rotor stop position based on two to four energization patterns To do.

請求項3に係る発明は、請求項1又は請求項2に記載のブラシレスモータの駆動装置において、前記電流比較手段は、前記インバータ回路に流れる過電流を検出する過電流検出回路であることを特徴とする。
このブラシレスモータの制御装置は、コイルに過電流を流さないように設けられている
過電流検出回路を利用してロータ停止位置を判定する。
According to a third aspect of the present invention, in the brushless motor driving apparatus according to the first or second aspect, the current comparing means is an overcurrent detection circuit that detects an overcurrent flowing through the inverter circuit. And
This brushless motor control device determines the rotor stop position using an overcurrent detection circuit provided so as not to allow overcurrent to flow through the coil.

請求項4に係る発明は、ロータと複数相のコイルが巻装されたステータを備えるブラシレスモータの制御方法であって、複数相の前記コイルに流す電流の、あらかじめ定められた複数の通電パターンを指令する信号を発生させるステップと、前記コイルに流れる電流が所定の閾値以上になったら、電流供給を停止させるステップと、通電パターンを指令する信号の出力から前記コイルに流れる電流が前記閾値以上になるまでの通電時間をカウンタで計数するステップと、前記複数の通電パターンのうち、連続して通電される通電パターンの前記通電時間の差分と、前記差分に応じたロータ停止位置とを関付けたマップからロータ停止位置を判定するステップと、を備えることを特徴とするブラシレスモータの制御方法とした。 The invention according to claim 4 is a control method of a brushless motor including a stator and a stator around which coils of a plurality of phases are wound, wherein a plurality of predetermined energization patterns of currents flowing through the coils of a plurality of phases are provided. A step of generating a command signal, a step of stopping current supply when a current flowing through the coil exceeds a predetermined threshold value, and a current flowing through the coil from an output of a signal commanding an energization pattern exceeding the threshold value a step of counting the current time until the counter, the plurality of energization patterns, and the energization time of the energization pattern is energized continuously difference, associations and a rotor stop position corresponding to the difference Determining the rotor stop position from the map, and a control method for the brushless motor.

請求項5に係る発明は、請求項4に記載のブラシレスモータの制御方法において、前記カウンタで計数するステップは、2つから4つの通電パターンについて実施されることを特徴とする。このブラシレスモータのロータ停止位置の検出方法は、磁束の流れ易さによるカウント値の変化が通電パターンによって正弦波状又は台形波状に変化することを利用し、2つから4つの通電パターンについてカウントを行ってロータ停止位置を検出する。   The invention according to claim 5 is the brushless motor control method according to claim 4, wherein the step of counting by the counter is performed for two to four energization patterns. This method of detecting the rotor stop position of the brushless motor uses the fact that the change in the count value due to the ease of flow of the magnetic flux changes to a sine wave shape or a trapezoidal wave shape depending on the energization pattern, and counts from 2 to 4 energization patterns. To detect the rotor stop position.

本発明によれば、ロータ停止位置を精度良く検出して制御することができる。   According to the present invention, the rotor stop position can be accurately detected and controlled.

本発明の実施の形態に係るブラシレスモータの駆動装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the drive device of the brushless motor which concerns on embodiment of this invention. 誘起電力I/F回路の具体的な回路構成を例示する図である。It is a figure which illustrates the specific circuit structure of an induced electric power I / F circuit. インバータ回路と、過電流検出回路の構成をさらに詳細に示す図である。It is a figure which shows the structure of an inverter circuit and an overcurrent detection circuit in detail. 始動時の回転速度によって処理が切り替わることを模式的に説明する図である。It is a figure which illustrates typically that a process changes with the rotational speed at the time of a start. 定時間割り込み処理のフローチャートである。It is a flowchart of a fixed time interruption process. 通電パターンによって発生する磁束及びトルクを説明する図である。It is a figure explaining the magnetic flux and torque which generate | occur | produce with an electricity supply pattern. ロータ停止位置の検出方法を説明するチャートである。It is a chart explaining the detection method of a rotor stop position. ロータ停止位置に応じて2相通電あせた場合の発生トルクを示す図である。It is a figure which shows the generated torque at the time of applying two-phase electricity according to a rotor stop position. ロータ停止位置P6における2相通電パターンとインダクタンス及び発生トルクの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the two-phase electricity supply pattern in the rotor stop position P6, an inductance, and generated torque. ロータ停止位置と通電時間の関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between a rotor stop position and energization time. 停止位置検出処理のフローチャートである。It is a flowchart of a stop position detection process. 停止位置検出サブルーチンAのフローチャートである。7 is a flowchart of a stop position detection subroutine A. 停止位置検出サブルーチンBのフローチャートである。7 is a flowchart of a stop position detection subroutine B. 停止位置検出サブルーチンBのフローチャートである。7 is a flowchart of a stop position detection subroutine B. 始動励磁処理のフローチャートである。It is a flowchart of a start excitation process. フリーラン処理のフローチャートである。It is a flowchart of a free run process. ブレーキ停止処理のフローチャートである。It is a flowchart of a brake stop process. 始動時の処理を具体的に説明するためのタイミングチャートである。It is a timing chart for explaining processing at the time of starting concretely. ソフトスタートする場合のデューティ制御と回転速度を示す図である。It is a figure which shows the duty control in the case of carrying out a soft start, and a rotational speed. 固定子巻線の誘起電圧波形の信号処理を説明する図であって、アナログ信号からデジタル信号を作成する手順を示すタイミングチャートである。It is a figure explaining the signal processing of the induced voltage waveform of a stator winding, Comprising: It is a timing chart which shows the procedure which produces a digital signal from an analog signal. 固定子巻線の誘起電圧波形の信号処理を説明する図であって、マスク信号の作成手順と、マスク処理後の位置検出信号の作成手順を示すタイミングチャートである。It is a figure explaining the signal processing of the induced voltage waveform of a stator winding, Comprising: It is a timing chart which shows the preparation procedure of a mask signal, and the preparation procedure of the position detection signal after a mask process. 誘起電圧エッジの判定処理を説明するタイミングチャートであって、方形波パルス電圧のパルス幅がマスク信号のパルス幅以下の場合を示す図である。It is a timing chart explaining the determination process of an induced voltage edge, Comprising: It is a figure which shows the case where the pulse width of a square wave pulse voltage is below the pulse width of a mask signal. 誘起電圧エッジの判定処理を説明するタイミングチャートであって、方形波パルス電圧のパルス幅がマスク信号のパルス幅を越える場合を示す図である。It is a timing chart explaining the determination process of an induced voltage edge, Comprising: It is a figure which shows the case where the pulse width of a square wave pulse voltage exceeds the pulse width of a mask signal. U相の励磁タイミングを示す図である。It is a figure which shows the excitation timing of a U phase. 周波数に対するモータ端子電圧波形の遅れ位相を示す図である。It is a figure which shows the delay phase of the motor terminal voltage waveform with respect to a frequency. 図4の領域R2から始動するときのタイミングチャートである。5 is a timing chart when starting from a region R2 in FIG. 4. 図4の領域R3から始動するときのタイミングチャートである。6 is a timing chart when starting from a region R3 in FIG.

発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図1に示すように、ブラシレスモータシステムは、ブラシレスモータ1と、ブラシレスモータ1の回転駆動を制御する駆動装置2とを有する。このブラシレスモータシステムは、ロータ位置を検出するセンサを有しないセンサレスタイプのシステムである。
ブラシレスモータ1は、永久磁石を有するロータとステータを有し、ステータには3相(U、V、W)のコイルU,V,Wが周方向に順番に巻装されている。
The best mode for carrying out the invention will be described in detail with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the brushless motor system includes a brushless motor 1 and a drive device 2 that controls the rotational drive of the brushless motor 1. This brushless motor system is a sensorless type system that does not have a sensor for detecting the rotor position.
The brushless motor 1 has a rotor having a permanent magnet and a stator, and three-phase (U, V, W) coils U, V, W are wound around the stator in order in the circumferential direction.

駆動装置2は、マイコンなどから構成される制御装置11と、ブラシレスモータ1の3相U,V,Wのモータ端子の電圧を検出する誘起電圧I/F(インターフェイス)回路12と、通電切り換え用のスイッチング素子を備える駆動回路であるインバータ回路13とを有し、制御装置11とインバータ回路13の間に、プリドライバ(Hi側プリドライバ37A、Lo側プリドライバ37B)と、過電流検出手段38と、過電流保護手段39とが設けられている。   The drive device 2 includes a control device 11 constituted by a microcomputer, an induced voltage I / F (interface) circuit 12 that detects the voltages of the three-phase U, V, and W motor terminals of the brushless motor 1, and an energization switching device. And an inverter circuit 13 that is a drive circuit including the switching elements, and between the control device 11 and the inverter circuit 13, a predriver (Hi side predriver 37 </ b> A, Lo side predriver 37 </ b> B) and overcurrent detection means 38. And overcurrent protection means 39 are provided.

図2に示すように、誘起電圧I/F回路12は、3相U,V,Wのそれぞれのモータ端子の電圧(アナログ信号)が入力され、コンパレータ17A〜17Cに入力可能な電圧に分圧する分圧回路(抵抗R11及び抵抗R12)とパルス幅変調信号のノイズを除去する1次のCRフィルタ(抵抗R11及びキャバシタC11)からなるローパスフィルタ回路15A,15B,15Cと、等価中性点電位を検出する回路16と、等価中性点電位と無通電相(開放区間)に現れる誘起電圧のアナログ信号からパルス信号を作成するコンパレータ17A,17B,17Cと、コンパレータ17A〜17Cの出力からチャタリング成分をカットするローパスフィルタ回路(1次のCRフィルタ)18A,18B,18Cとを有する。   As shown in FIG. 2, the induced voltage I / F circuit 12 receives the voltages (analog signals) of the motor terminals of the three phases U, V, and W, and divides them into voltages that can be input to the comparators 17A to 17C. Low-pass filter circuits 15A, 15B and 15C composed of a voltage dividing circuit (resistor R11 and resistor R12) and a primary CR filter (resistor R11 and capacitor C11) for removing noise of the pulse width modulation signal, and an equivalent neutral point potential A chattering component is generated from the output of the comparators 17A, 17B, and 17C, and the comparators 17A to 17C that generate a pulse signal from the analog signal of the induced voltage appearing in the circuit 16 to detect, the equivalent neutral point potential and the non-energized phase (open period). And low-pass filter circuits (primary CR filters) 18A, 18B, and 18C for cutting.

ここで、等価中性点電位を検出する回路16は、例えば、U相については、V相とW相のモータ端子電圧から等価中性点電位を検出するような、2相間比較方式を採用している。このようにすると、等価中性点電位として略フラットな電圧が得られる。なお、U、V、Wの3相全ての信号を用いて等価中性点電位を求める3相比較方式を採用しても良い。
この場合は、等価中性点の電位は、電源電圧の1/2を中心にした略三角波になる。
コンパレータ17A〜17Cは、誘起電圧のアナログ信号が等価中性点電位より高いときはローレベルの信号を出力し、誘起電圧のアナログ信号が等価中性点電位より低いときはハイレベルの信号を出力するパルス信号を発生させる。各コンパレータ17A〜17Cでは電気角120°の分解能のパルス信号が作成される。これら信号は、それぞれがローパスフィルタ回路18A〜18Cを経て分離手段21に入力される。
Here, the circuit 16 that detects the equivalent neutral point potential employs a two-phase comparison method that detects the equivalent neutral point potential from the motor terminal voltages of the V phase and the W phase for the U phase, for example. ing. In this way, a substantially flat voltage is obtained as the equivalent neutral point potential. It should be noted that a three-phase comparison method for obtaining an equivalent neutral point potential using all three-phase signals of U, V, and W may be employed.
In this case, the potential at the equivalent neutral point is a substantially triangular wave centered at 1/2 of the power supply voltage.
The comparators 17A to 17C output a low level signal when the induced voltage analog signal is higher than the equivalent neutral point potential, and output a high level signal when the induced voltage analog signal is lower than the equivalent neutral point potential. A pulse signal is generated. In each of the comparators 17A to 17C, a pulse signal having a resolution of 120 electrical degrees is created. These signals are respectively input to the separation means 21 through the low-pass filter circuits 18A to 18C.

図3に示すように、インバータ回路13は、6個のスイッチング素子40UH,40UL,40VH,40VL,40WH,40WLを電源20の正負両端子間に2個ずつブリッジ接続して構成される回路であって、電源20から供給された直流電圧を制御装置11から入力されるパルス幅変調信号(駆動信号)に基づく交流電圧に変換し、ブラシレスモータ1の各相U,V,Wに印加する。各スイッチング素子40UH〜40WLは、FET(Field effect transistor)と還流ダイオードを並列に接続した構成になっている。   As shown in FIG. 3, the inverter circuit 13 is a circuit configured by bridge-connecting six switching elements 40UH, 40UL, 40VH, 40VL, 40WH, and 40WL each between the positive and negative terminals of the power supply 20. Thus, the DC voltage supplied from the power supply 20 is converted into an AC voltage based on a pulse width modulation signal (drive signal) input from the control device 11 and applied to each phase U, V, W of the brushless motor 1. Each of the switching elements 40UH to 40WL has a configuration in which a field effect transistor (FET) and a free wheel diode are connected in parallel.

インバータ回路13とグランドレベルの間には、電流測定手段であるシャント抵抗13Aが設けられている。シャント抵抗13Aを用いることで、インバータ回路13に流れる電流、つまりブラシレスモータ1に入力される電流が過電流検出手段38を用いて検出できる。   A shunt resistor 13A as current measuring means is provided between the inverter circuit 13 and the ground level. By using the shunt resistor 13 </ b> A, the current flowing through the inverter circuit 13, that is, the current input to the brushless motor 1 can be detected using the overcurrent detection means 38.

過電流検出手段38は、コンパレータを有する電流比較手段である。コンパレータのプラス側の入力端子には基準電圧が入力され、マイナス側の端子にはシャント抵抗13Aの電圧が入力されるようになっている。すなわち、シャント抵抗13Aを電流が流れることで発生する電圧が基準電位に達すると、過電流検出手段38から信号(過電流検出信号)が出力される。過電流検出手段38の出力は、制御装置11の立ち下がりエッジ検出用のポートを介してソフトウェア的な手段である過電流保護手段32に接続されると共に、ハードウェア的な手段である過電流保護手段39に接続されている。
過電流保護手段39は、過電流検出信号が入力されるとダイオードに電流が流れ、PWMデューティ決定手段28からの出力信号がHi側プリドライバ37Aに入力されないように構成されている。
The overcurrent detection unit 38 is a current comparison unit having a comparator. The reference voltage is input to the positive input terminal of the comparator, and the voltage of the shunt resistor 13A is input to the negative terminal. That is, when the voltage generated by the current flowing through the shunt resistor 13A reaches the reference potential, a signal (overcurrent detection signal) is output from the overcurrent detection means 38. The output of the overcurrent detection means 38 is connected to the overcurrent protection means 32 that is software means via the falling edge detection port of the control device 11 and is also protected by hardware. Connected to means 39.
The overcurrent protection unit 39 is configured such that when an overcurrent detection signal is input, a current flows through the diode, and an output signal from the PWM duty determination unit 28 is not input to the Hi side pre-driver 37A.

制御装置11は、CPU(中央演算装置)やメモリなどから構成され、誘起電圧I/F回路12に接続される分離手段21と、励磁切り替えタイミング演算手段22と、回転方向検出ロジック選択手段24と、モード選択手段40と、通電パターン決定手段26と、励磁信号出力手段27と、PWMデューティ決定手段28と、過電流保護手段32と、電流印加時間計測手段29と、電流印加時間比較手段30と、ロータ位置推定手段31と、過電流フラグセット手段41を備える。
通電パターン決定手段26は、停止位置検出モード26Aと、始動励磁モード26Bと、フリーラン制御モード26Cと、定常励磁モード26Dと、ブレーキ停止モード26Eと、停止モード26Fを備えている。
The control device 11 includes a CPU (central processing unit), a memory, and the like, and includes a separation unit 21 connected to the induced voltage I / F circuit 12, an excitation switching timing calculation unit 22, a rotation direction detection logic selection unit 24, and the like. , Mode selection means 40, energization pattern determination means 26, excitation signal output means 27, PWM duty determination means 28, overcurrent protection means 32, current application time measurement means 29, and current application time comparison means 30 The rotor position estimating means 31 and the overcurrent flag setting means 41 are provided.
The energization pattern determination means 26 includes a stop position detection mode 26A, a start excitation mode 26B, a free run control mode 26C, a steady excitation mode 26D, a brake stop mode 26E, and a stop mode 26F.

回転方向検出ロジック選択手段24は、外部からの回転方向信号に応じて、分離手段21で使用するロジックを決定し、分離手段21に出力する。分離手段21は、選択された回転方向検出ロジックを用いて、誘起電圧I/F回路12から入力されるパルス信号のエッジを誘起電圧のエッジと方形波パルス電圧のエッジとに分離する処理を行う。励磁切り替えタイミング演算手段22は、誘起電圧エッジに応じた励磁位相を算出するために3つの電気角120°の分解能のパルス信号から1つの電気角60°の分解能のパルス信号を生成し、励磁切り替えタイミングを演算し、モード選択手段40に出力する。モード選択手段40は、励磁切り替えタイミング演算手段22から励磁切り替えタイミング信号が入力されるか否かにより回転方向を判定し、通電パターン決定手段26のモードを選択する。励磁切り替えタイミング信号が入力されている場合には、定常励磁モード26Dとする。同様に、励磁切り替えタイミング信号が入力されない場合にはブラシレスモータ1が逆転しているとみなして、ブレーキ停止モード26Eとし、ブラシレスモータ1を停止させるような通電パターンを励磁信号出力手段27に出力する。   The rotation direction detection logic selection unit 24 determines a logic to be used in the separation unit 21 according to a rotation direction signal from the outside and outputs the logic to the separation unit 21. The separation means 21 performs processing for separating the edge of the pulse signal input from the induced voltage I / F circuit 12 into the edge of the induced voltage and the edge of the square wave pulse voltage using the selected rotation direction detection logic. . The excitation switching timing calculation means 22 generates one pulse signal with a resolution of 60 ° electrical angle from three pulse signals with a resolution of 120 ° electrical angle in order to calculate the excitation phase according to the induced voltage edge, and switches the excitation switching. The timing is calculated and output to the mode selection means 40. The mode selection means 40 determines the rotation direction based on whether or not the excitation switching timing signal is input from the excitation switching timing calculation means 22 and selects the mode of the energization pattern determination means 26. When the excitation switching timing signal is input, the steady excitation mode 26D is set. Similarly, when the excitation switching timing signal is not input, it is considered that the brushless motor 1 is rotating in reverse, the brake stop mode 26E is set, and an energization pattern for stopping the brushless motor 1 is output to the excitation signal output means 27. .

通電パターン決定手段26は、停止位置検出モード26Aと、始動励磁モード26Bと、フリーラン制御モード26Cと、定常励磁モード26Dと、ブレーキ停止モード26Eと、停止モード26Fとを有する。
通電パターン決定手段26の停止位置検出モード26Aは、外部からの始動指令を受けて励磁信号出力手段27にロータ停止位置を検出するためのパルス幅変調信号を発生させる。
始動励磁モード26Bは、ロータ位置推定手段31が判定したロータ停止位置に応じた通電パターンを決定する。
フリーラン制御モード26Cは、始動通電パターンを所定の初期通電時間Ts1だけ通電させた後、ブラシレスモータ1をフリーランさせて、励磁切り替えタイミング演算手段22のフリーランモード22Cによってロータ位置を検出する処理を実施する。
定常励磁モード26Dは、ブラシレスモータ1が回転しているときに励磁切り替えタイミング演算手段22の定常モード22Dが演算した励磁切り替えタイミングでロータ位置に応じた通電パターンを決定する。
これらの処理の詳細については、後述する。
The energization pattern determination means 26 has a stop position detection mode 26A, a start excitation mode 26B, a free run control mode 26C, a steady excitation mode 26D, a brake stop mode 26E, and a stop mode 26F.
In the stop position detection mode 26A of the energization pattern determination means 26, a pulse width modulation signal for detecting the rotor stop position is generated in the excitation signal output means 27 in response to a start command from the outside.
The start excitation mode 26B determines an energization pattern corresponding to the rotor stop position determined by the rotor position estimating means 31.
In the free-run control mode 26C, after the start energization pattern is energized for a predetermined initial energization time Ts1, the brushless motor 1 is free-runned, and the rotor position is detected by the free-run mode 22C of the excitation switching timing calculation means 22. To implement.
In the steady excitation mode 26D, an energization pattern corresponding to the rotor position is determined at the excitation switching timing calculated by the steady mode 22D of the excitation switching timing calculation means 22 when the brushless motor 1 is rotating.
Details of these processes will be described later.

励磁信号出力手段27は、ブラシレスモータ1のコイルに励磁電流を印加する信号を各プリドライバ(Hi側プリドライバ37A、Lo側プリドライバ37B)に出力する。Hi側プリドライバ37Aは、PWMデューティ決定手段28が決定したデューティ比で高電位側のスイッチング素子のON/OFFを切り替えるドライバである。Lo側プリドライバ37Bは、低電位側のスイッチング素子のON/OFFを切り替えるドライバである。Hi側プリドライバ37Aは、インバータ回路13に過電流が流れて過電流保護手段39から信号が入力されると、各スイッチング素子をOFFにする機能を有する。また、過電流が検出されたときには、過電流保護手段32に信号が入力され、ソフトウェア上のリセットがかけられる。   The excitation signal output means 27 outputs a signal for applying an excitation current to the coil of the brushless motor 1 to each pre-driver (Hi-side pre-driver 37A, Lo-side pre-driver 37B). The Hi-side pre-driver 37A is a driver that switches ON / OFF of the high-potential side switching element at the duty ratio determined by the PWM duty determining means 28. The Lo-side pre-driver 37B is a driver that switches ON / OFF of the switching element on the low potential side. The Hi-side pre-driver 37A has a function of turning off each switching element when an overcurrent flows through the inverter circuit 13 and a signal is input from the overcurrent protection means 39. When an overcurrent is detected, a signal is input to the overcurrent protection means 32 and a software reset is applied.

電流印加時間計測手段29は、過電流保護手段32の停止位置検出モード32Aと、通電パターン決定手段の停止位置検出モード26Aと、電流印加時間比較手段30に接続され、記憶手段29Aとカウンタ29Bを備える。カウンタ29Bは、停止位置検出モード26Aからの指令を受けてカウントを開始する。記憶手段29Aは、過電流保護手段32の停止位置検出モード32Aを経由して過電流検出手段38が出力する過電流検出信号が入力されたときのカウンタ29Bのカウント値を記憶する。カウンタ29Bは、所定の時間経過した後にリセットされ、それと同時に停止位置検出モード26Aに信号を出力する。
電流印加時間比較手段30は、電流印加時間計測手段29の記憶手段29Aに記憶されたカウント値が入力され、後述するデータ処理を実施する。その出力はロータ位置推定手段31に接続されており、ロータ位置推定手段31と共にロータ位置を決定する位置推定手段を構成する。
ロータ位置推定手段31は、電流印加時間比較手段30の計算結果に基づいて停止時や低速時のロータ位置を推定する。
The current application time measurement means 29 is connected to the stop position detection mode 32A of the overcurrent protection means 32, the stop position detection mode 26A of the energization pattern determination means, and the current application time comparison means 30, and stores the storage means 29A and the counter 29B. Prepare. The counter 29B starts counting upon receiving a command from the stop position detection mode 26A. The storage unit 29A stores the count value of the counter 29B when the overcurrent detection signal output from the overcurrent detection unit 38 is input via the stop position detection mode 32A of the overcurrent protection unit 32. The counter 29B is reset after a predetermined time has elapsed, and at the same time, outputs a signal to the stop position detection mode 26A.
The current application time comparison unit 30 receives the count value stored in the storage unit 29A of the current application time measurement unit 29 and performs data processing to be described later. The output is connected to the rotor position estimating means 31 and constitutes a position estimating means for determining the rotor position together with the rotor position estimating means 31.
The rotor position estimating means 31 estimates the rotor position at a stop or at a low speed based on the calculation result of the current application time comparing means 30.

次に、この駆動装置2の動作を説明する。
ブラシレスモータ1の始動時は、停止中のブラシレスモータ1を始動する場合と、外力によってブラシレスモータ1が回転させられている状態から始動する場合とがある。例えば、ブラシレスモータ1をラジエータファンの回転機構に使用した場合、ラジエータからエンジンルームに向かう方向に風が吹いている場合には、通電しなくてもラジエータファンの回転に従ってブラシレスモータ1が正回転させられる。これに対して、ブラシレスモータ1が逆回転している場合とは、エンジン側からラジエータの方向に風が吹いているときや、ラジエータファンに対して逆方向に負圧が生じたときが考えられる。
Next, the operation of the drive device 2 will be described.
When the brushless motor 1 is started, there are a case where the brushless motor 1 is stopped and a case where the brushless motor 1 is started from a state where the brushless motor 1 is rotated by an external force. For example, when the brushless motor 1 is used as a radiator fan rotation mechanism, when the wind is blowing in the direction from the radiator toward the engine room, the brushless motor 1 is rotated forward according to the rotation of the radiator fan without being energized. It is done. On the other hand, the case where the brushless motor 1 is rotating in reverse is considered when the wind is blowing in the direction of the radiator from the engine side or when negative pressure is generated in the reverse direction with respect to the radiator fan. .

駆動装置2をラジエータファンに使用することを想定した場合、ラジエータファンは正転方向に回転し易い構造になっており、逆転方向に回転するためには大きな風力が必要になる。しかしながら、車両の構造から逆方向に大きい風力が発生する可能性は少なく、ラジエータファンが逆回転する場合でも、その回転速度は小さいと考えられる。したがって、この駆動装置2では、ブラシレスモータ1が外部負荷によって逆回転させられている場合でも、その回転数及びトルクは小さいものとして始動時の制御を行う。   When it is assumed that the drive device 2 is used as a radiator fan, the radiator fan has a structure that easily rotates in the forward rotation direction, and a large wind force is required to rotate in the reverse rotation direction. However, there is little possibility that large wind power is generated in the reverse direction from the structure of the vehicle, and even when the radiator fan rotates in reverse, the rotation speed is considered to be low. Therefore, in this drive device 2, even when the brushless motor 1 is reversely rotated by an external load, control at the time of starting is performed assuming that the rotation speed and torque are small.

図4に始動時のブラシレスモータ1の回転速度による始動方法の区分けを模式的に示す。この実施の形態では、回転速度に応じて3通りの場合分けを行っている。
駆動装置2は、横軸に示すブラシレスモータ1の回転速度がゼロを含む領域R1であれば、インダクタンス検出による始動開始処理を実行する。
ブラシレスモータ1の回転速度が正回転方向で領域R1より大きい領域R2にあれば、誘起電圧検出によるロータ位置検出を行い、回転制御をする。逆回転方向に回転速度が領域R1より大きい領域R3にある場合には、逆回転状態判別処理と、ロータの停止処理により領域R1へと移行させ、インダクタンス検出による始動開始処理を実行する。領域R1と領域R2は、回転速度がN1(rpm)付近で重なっている。回転速度N1は、誘起電圧検出によるロータ位置検出が不能となる低速回転速度に相当する。これは、回転速度がゼロ又は低速であれば、インダクタンス検出により電気角60°の分解能でロータ位置を検出し、正転方向に最大トルクを発生させることが可能な位相で通電を実施することができるのに対し、回転速度が上昇するにしたがって、インダクタンス検出によるロータ位置の検出結果は、電気角60°から位相がずれて検出精度が悪くなるため、起動トルクが停止状態と比較して減少するからである。
FIG. 4 schematically shows a classification of the starting method according to the rotational speed of the brushless motor 1 at the time of starting. In this embodiment, three cases are divided according to the rotation speed.
If the rotational speed of the brushless motor 1 shown on the horizontal axis includes a region R1 that includes zero, the driving device 2 executes a start-start process based on inductance detection.
If the rotational speed of the brushless motor 1 is in the positive rotation direction in the region R2 larger than the region R1, the rotor position is detected by detecting the induced voltage and the rotation is controlled. When the rotational speed is in the region R3 larger than the region R1 in the reverse rotation direction, the process proceeds to the region R1 by the reverse rotation state determination process and the rotor stop process, and the start start process by inductance detection is executed. The region R1 and the region R2 overlap each other at a rotation speed near N1 (rpm). The rotational speed N1 corresponds to a low rotational speed at which the rotor position cannot be detected by detecting the induced voltage. If the rotational speed is zero or low, the rotor position can be detected with a resolution of an electrical angle of 60 ° by inductance detection, and energization can be performed at a phase that can generate the maximum torque in the forward rotation direction. On the other hand, as the rotational speed increases, the detection result of the rotor position by inductance detection is out of phase from the electrical angle of 60 ° and the detection accuracy becomes worse, so the starting torque decreases compared to the stopped state. Because.

ブラシレスモータ1の回転速度が逆回転方向で領域R1より大きい領域R3にあれば、後述するようにブラシレスモータ1にブレーキをかけ、領域R1に移行させた後にロータ位置の検出を行う。領域R1と領域R3は、回転速度が−N1(rpm)付近で重なっている。
なお、領域R1と領域R2は、重ならずに回転速度N1を境界として区分けしても良い。領域R1と領域R3は、重ならずに回転速度−N1を境界として区分けしても良い。
If the rotation speed of the brushless motor 1 is in the reverse rotation direction and in the region R3 larger than the region R1, the brushless motor 1 is braked and moved to the region R1, as described later, and the rotor position is detected. The region R1 and the region R3 overlap with each other when the rotation speed is near -N1 (rpm).
Note that the region R1 and the region R2 may be divided with the rotation speed N1 as a boundary without overlapping. The region R1 and the region R3 may be divided with the rotation speed −N1 as a boundary without overlapping.

駆動装置2は、最初にブラシレスモータ1の回転速度が領域R1にあると想定して処理を実行し、領域R2に相当する処理を経て定常駆動に移行する。領域R2に相当する処理を実施したときに、ロータ位置検出ができない場合には、ブラシレスモータ1の回転状態が領域R3にあるとみなし、領域R3に相当する処理からやり直す。   The driving device 2 first executes processing assuming that the rotational speed of the brushless motor 1 is in the region R1, and then shifts to steady driving through processing corresponding to the region R2. If the rotor position cannot be detected when the processing corresponding to the region R2 is performed, the rotation state of the brushless motor 1 is regarded as being in the region R3, and the processing corresponding to the region R3 is repeated.

このような始動時の処理は、図5に示す定時時間の割り込み処理として実施される。
モード選択手段40は、回転速度信号と過電流フラグ信号を確認する。過電流フラグは、インバータ回路13のシャント抵抗13Aを流れる電流値をモニタし、シャント抵抗13Aを流れる電流が、所定の値を越えたらON、つまり過負荷状態と判定する。回転速度信号がONとなったとき、過電流フラグがONならば(ステップS101でYes)、全相をOFFにして停止処理を実施して(ステップS102)、ここでの処理を終了する。このとき、PWMデューティを0%に設定し、各種パラメータも初期化する。
これに対し、回転速度信号はONであるが過電流フラグ信号がOFFの場合(ステップS101でNo)、通電パターン決定手段26を停止位置検出モード26Aにセットし(ステップS103)、ブラシレスモータ1のインダクタンスを検出してロータ位置を検出する停止位置検出処理を実施する(ステップS104)。
Such a process at the time of start-up is carried out as an interrupt process at a fixed time shown in FIG.
The mode selection means 40 confirms the rotation speed signal and the overcurrent flag signal. The overcurrent flag monitors the value of the current flowing through the shunt resistor 13A of the inverter circuit 13, and when the current flowing through the shunt resistor 13A exceeds a predetermined value, it is determined to be ON, that is, an overload state. If the overcurrent flag is ON when the rotation speed signal is turned ON (Yes in step S101), all phases are turned OFF, stop processing is performed (step S102), and the processing here ends. At this time, the PWM duty is set to 0% and various parameters are also initialized.
On the other hand, when the rotation speed signal is ON but the overcurrent flag signal is OFF (No in step S101), the energization pattern determination means 26 is set to the stop position detection mode 26A (step S103), and the brushless motor 1 A stop position detection process for detecting the inductance and detecting the rotor position is performed (step S104).

モード選択手段40がロータ停止位置を検出したら、前記のステップS103からステップS105に進み、通電パターン決定手段26が始動励磁モード26Bにセットされる(ステップS105でYes)。通電パターン決定手段26が始動励磁処理を実施する(ステップS106)。
始動励磁処理を実施したら、ステップS107からステップS108に進んでフリーラン処理が実施される。このフリーラン処理では、慣性でブラシレスモータ1のロータがフリーランしている間に発生する誘起電圧から、正転専用ロジックを用いてロータの位置検出を実施する。
誘起電圧を用いたロータの位置検出が可能になったら、ステップS109からステップS110に進んで定常励磁処理が実施される(ステップS110)。誘起電圧を用いてロータの位置を検出できないときは、ステップS111からステップS112に進んでブレーキ停止処理が実施する(ステップS112)。
When the mode selection unit 40 detects the rotor stop position, the process proceeds from step S103 to step S105, and the energization pattern determination unit 26 is set to the start excitation mode 26B (Yes in step S105). The energization pattern determination means 26 performs a start excitation process (step S106).
When the start excitation process is performed, the process proceeds from step S107 to step S108, and the free run process is performed. In this free-run processing, the rotor position is detected from the induced voltage generated while the rotor of the brushless motor 1 is free-running due to inertia, using a forward rotation dedicated logic.
When the rotor position can be detected using the induced voltage, the routine proceeds from step S109 to step S110, where steady excitation processing is performed (step S110). When the rotor position cannot be detected using the induced voltage, the process proceeds from step S111 to step S112, and the brake stop process is performed (step S112).

ここで、ステップS104の停止位置検出処理では、コイルが作る磁束の方向と、マグネットの磁束の方向が同方向のときにマグネットのコアの透磁率が大きくなってインダクタンスが小さくなることに着目して停止位置を決定している。以下に、停止位置検出処理で通電パターンを決定する際の原理について説明する。   Here, in the stop position detection process in step S104, paying attention to the fact that the magnetic permeability of the magnet core increases and the inductance decreases when the direction of the magnetic flux generated by the coil is the same as the direction of the magnetic flux of the magnet. The stop position is determined. Below, the principle at the time of determining an energization pattern by a stop position detection process is demonstrated.

停止状態にあるブラシレスモータ1を始動するときは、外部から制御装置11のモード選択手段40に回転速度信号(回転速度がゼロからある回転速度へステップ的に変化する信号)を入力する。これにより、モード選択手段40は、通電パターン決定手段26を停止位置検出モード26Aにセットする。通電パターン決定手段26の停止位置検出モード26Aは、予め定められた6つの停止位置判定用の通電パターンをロータが回転しない程度の時間だけ継続されるように励磁信号出力手段27に指令を出す。なお、ロータが回転しない程度の時間は、ブラシレスモータ1のイナーシャなどによって異なるが、例えば、数μ秒から数m秒の間であり、制御装置11が有するカウンタでカウントされる。励磁信号出力手段27は、通電パターンに応じたパルス幅変調信号をインバータ回路13に出力し、パルス幅変調信号に対応してスイッチング素子40UH〜40WLがON、OFFされて3相のいずれか2相に通電される。   When starting the brushless motor 1 in a stopped state, a rotation speed signal (a signal for changing the rotation speed stepwise from zero to a certain rotation speed) is input to the mode selection means 40 of the control device 11 from the outside. Thereby, the mode selection means 40 sets the energization pattern determination means 26 to the stop position detection mode 26A. The stop position detection mode 26A of the energization pattern determination means 26 issues a command to the excitation signal output means 27 so that six predetermined stop position determination energization patterns are continued for a period of time that the rotor does not rotate. The time that the rotor does not rotate varies depending on the inertia of the brushless motor 1, but is, for example, between several μs and several milliseconds and is counted by a counter included in the control device 11. The excitation signal output means 27 outputs a pulse width modulation signal corresponding to the energization pattern to the inverter circuit 13, and the switching elements 40UH to 40WL are turned on and off in response to the pulse width modulation signal, and any two of the three phases. Is energized.

図6に停止位置検出手段34が指令する停止位置判定用の通電パターンを示す。これら通電パターン#1〜#6は、ブラシレスモータ1を駆動可能なパターンになっている。
通電パターン#1は、U相のコイルUからV相のコイルVに電流を流す。U相がN極磁化され、V相がS極磁化される。
通電パターン#2は、U相からW相のコイルWに電流を流す。U相がN極磁化され、W相がS極磁化される。
通電パターン#3は、V相からW相に電流を流す。V相がN極磁化され、W相がS極磁化される。
通電パターン#4は、V相からU相に電流を流す。V相がN極磁化され、U相がS極磁化される。
通電パターン#5は、W相からU相に電流を流す。W相がN極磁化され、U相がS極磁化される。
通電パターン#6は、W相からV相に電流を流す。W相がN極磁化され、V相がS極磁化される。
FIG. 6 shows a stop position determination energization pattern commanded by the stop position detecting means 34. These energization patterns # 1 to # 6 are patterns that can drive the brushless motor 1.
In the energization pattern # 1, a current flows from the U-phase coil U to the V-phase coil V. The U phase is N pole magnetized and the V phase is S pole magnetized.
In the energization pattern # 2, a current flows from the U phase to the W phase coil W. The U phase is N pole magnetized and the W phase is S pole magnetized.
In the energization pattern # 3, a current flows from the V phase to the W phase. The V phase is N pole magnetized and the W phase is S pole magnetized.
In the energization pattern # 4, a current flows from the V phase to the U phase. The V phase is N pole magnetized and the U phase is S pole magnetized.
In the energization pattern # 5, a current flows from the W phase to the U phase. The W phase is N pole magnetized and the U phase is S pole magnetized.
In the energization pattern # 6, a current flows from the W phase to the V phase. The W phase is N pole magnetized and the V phase is S pole magnetized.

図7に示すように、この実施の形態でロータ41の停止位置検査は、通電パターン#1〜#6に対応して実施される。
通電パターン#1では、U相からV相への通電を行い、その後に回生期間を設ける。すなわち、スイッチング素子40UNとスイッチング素子40VLにデューティ100%のPWM信号を入力し、それぞれをN極磁化とS極磁化する。コイルUからコイルVに電流が流れ、これに応じた電流がシャント抵抗13Aに流れる。シャント抵抗13Aに流れる電流は、電源20を通してブラシレスモータ1に印加される印加電流であり、時間の経過と共に徐々に増加する。
As shown in FIG. 7, the stop position inspection of the rotor 41 in this embodiment is performed corresponding to the energization patterns # 1 to # 6.
In the energization pattern # 1, energization from the U phase to the V phase is performed, and then a regeneration period is provided. That is, a PWM signal with a duty of 100% is input to the switching element 40UN and the switching element 40VL, and the N pole magnetization and the S pole magnetization are performed respectively. A current flows from the coil U to the coil V, and a current corresponding to the current flows to the shunt resistor 13A. The current flowing through the shunt resistor 13A is an applied current that is applied to the brushless motor 1 through the power supply 20, and gradually increases as time passes.

印加電流が予め定められている過電流閾値に達したら、通電区間を終了して回生期間に移行する。具体的には、シャント抵抗13Aの電圧値をモニタしている過電流検出手段38は、基準電圧が過電流閾値に相当する電圧に設定されているので、シャント抵抗13Aに流れる印加電流に相当する電圧が基準電圧に達すると、過電流検出信号としてLowレベルの信号を出力する。これによって、過電流保護手段39の電位がLowレベルに落ち、High側の全てのスイッチング素子40UH〜40WHがOFFになる(ハードウェアリミット)。さらに、それと同時に、制御装置11は、過電流検出信号の立ち下がりエッジを検出したら、割り込み処理を実施して通電パターン#1の通電を終了させる(ソフトウェアリミット)。これにより、ブラシレスモータ1に流れる電流がゼロになる。ソフトウェアリミットの発生が遅れるので、ハードウェアリミットを併用して、素早く電流をゼロにする。   When the applied current reaches a predetermined overcurrent threshold, the energization interval is terminated and the regeneration period is started. Specifically, the overcurrent detection unit 38 that monitors the voltage value of the shunt resistor 13A corresponds to the applied current flowing through the shunt resistor 13A because the reference voltage is set to a voltage corresponding to the overcurrent threshold. When the voltage reaches the reference voltage, a low level signal is output as an overcurrent detection signal. As a result, the potential of the overcurrent protection means 39 falls to the Low level, and all the switching elements 40UH to 40WH on the High side are turned off (hardware limit). Further, at the same time, when detecting the falling edge of the overcurrent detection signal, the control device 11 executes an interrupt process to end the energization of the energization pattern # 1 (software limit). Thereby, the electric current which flows into the brushless motor 1 becomes zero. Since the software limit generation is delayed, the current is quickly made zero by using the hardware limit together.

通電パターン決定手段26の停止位置検出モード26Aは、過電流保護手段32の停止位置検出モード32Aを選択し、それと同時にカウンタ29Bはカウントアップを開始する。その後、過電流検出手段38から過電流検出信号が、過電流保護手段32の停止位置検出モード32Aを経由して、カウンタ29Bへ入力されると、カウンタ29Bのカウント値は記憶手段29Aに記憶される。記憶手段29Aは、このときのカウント値を通電パターン#1に対する通電時間T1として記憶する。   The stop position detection mode 26A of the energization pattern determining means 26 selects the stop position detection mode 32A of the overcurrent protection means 32, and at the same time, the counter 29B starts counting up. Thereafter, when an overcurrent detection signal is input from the overcurrent detection unit 38 to the counter 29B via the stop position detection mode 32A of the overcurrent protection unit 32, the count value of the counter 29B is stored in the storage unit 29A. The The storage unit 29A stores the count value at this time as the energization time T1 for the energization pattern # 1.

なお、ブラシレスモータ1に流れる電流をゼロにするためにインバータ回路13のFETを全てOFFにする。このとき、コイルに蓄積されていた電力はFETのボディダイオードと、電源20と、シャント抵抗13Aを介してコイルに戻ってくる回路を流れる回生電流となるので、マイナスの電流となる。回生電流は、シャント抵抗13Aの電流波形に示すように、時間の経過と共にゼロなる。   Note that all the FETs of the inverter circuit 13 are turned off in order to make the current flowing through the brushless motor 1 zero. At this time, the electric power accumulated in the coil becomes a negative current because it becomes a regenerative current flowing through the body diode of the FET, the power source 20, and the circuit returning to the coil via the shunt resistor 13A. The regenerative current becomes zero with time as shown in the current waveform of the shunt resistor 13A.

通電パターン決定手段26の停止位置検出モード26Aは、通電パターン#1の通電を指令する信号を出力してから、カウンタ29Bから所定の時間が経過した信号を受け取ったら、通電パターン#2の通電を指令する信号を出力する。所定の時間は、印加電流が過電流閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間として十分な値が設定されている。なお、カウンタ29Bには、この所定の時間に相当するカウント値がカウンタクリア用の閾値として設定されている。このため、通電パターンを切り替えるタイミングでカウンタ29Bの値がリセットされる。   In the stop position detection mode 26A of the energization pattern determining means 26, the energization of the energization pattern # 2 is performed when a signal indicating that a predetermined time has elapsed from the output of the signal for instructing energization of the energization pattern # 1 is received. Outputs a command signal. The predetermined time is set to a sufficient value as the time required until the applied current reaches the overcurrent threshold and the regenerative current flowing thereafter becomes zero. In the counter 29B, a count value corresponding to the predetermined time is set as a counter clearing threshold value. For this reason, the value of the counter 29B is reset at the timing of switching the energization pattern.

なお、所定の時間は、印加電流が過電流閾値に達し、その後に流れる回生電流がゼロになるまでに要する時間として十分な値が設定されているが、電流を印加してから過電流閾値に達するまでの時間を計測し(記憶手段29Aの計測結果)、その時間と同じ時間を所定の時間としても良い。この場合は、記憶手段29Aが通電時間を計測する毎に、カウンタ29Bをリセットするための所定の時間のデータをカウンタ29Bに渡す。つまり、記憶手段29Aからカウンタ29Bに所定の時間信号が送られる。   The predetermined time is set to a sufficient value as the time required until the applied current reaches the overcurrent threshold and the regenerative current flowing thereafter becomes zero. The time until the time is reached (measurement result of the storage unit 29A) may be set as the predetermined time. In this case, every time the storage unit 29A measures the energization time, data for a predetermined time for resetting the counter 29B is passed to the counter 29B. That is, a predetermined time signal is sent from the storage means 29A to the counter 29B.

以降、同様にして通電パターン#2〜#6を実施すれば、それぞれの通電パターンに対応してシャント抵抗13Aに印加電流と回生電流が順番に流れる。電流印加時間計測手段29は、通電開始からのカウント値を通電パターン#2〜#6に対応して通電時間T2〜T6として記憶手段29Aに記憶する。
記憶手段29Aに記憶されるカウント値は、ロータ停止位置によって変化する。ロータ停止位置に対応する通電パターンでは、最も磁束が流れ易く、過電流閾値に達するまでの時間が短くなる。図7の例では、通電パターン#3のときが最も大きく、その隣りの通電パターン#2、#4が次に大きい、そして通電パターン#6のときが最も小さい。したがって、通電パターン#6に相当する位置にロータが停止していることになる。このように、カウント値の大小を電流印加時間比較手段30で調べれば、ロータ位置推定手段31においてロータ停止位置を推定することが可能になる。
Thereafter, when the energization patterns # 2 to # 6 are performed in the same manner, the applied current and the regenerative current sequentially flow through the shunt resistor 13A corresponding to the respective energization patterns. The current application time measuring unit 29 stores the count value from the start of energization in the storage unit 29A as energization times T2 to T6 corresponding to the energization patterns # 2 to # 6.
The count value stored in the storage unit 29A varies depending on the rotor stop position. In the energization pattern corresponding to the rotor stop position, the magnetic flux flows most easily, and the time until the overcurrent threshold is reached is shortened. In the example of FIG. 7, the energization pattern # 3 is the largest, the adjacent energization patterns # 2 and # 4 are the next largest, and the energization pattern # 6 is the smallest. Therefore, the rotor is stopped at a position corresponding to the energization pattern # 6. Thus, if the magnitude of the count value is examined by the current application time comparison means 30, the rotor position estimation means 31 can estimate the rotor stop position.

ロータ停止位置が推定された後に実施される通電パターン決定手段26の始動励磁モード26Bは、6通りの通電時間のうち最小になる通電パターンから回転方向に120°位相を進ませた通電パターンを始動時の通電パターンとして選択する。このことについて、図8を参照しながら説明する。
3相のブラシレスモータ1の2相間に電流を流してロータを回転させると、図8に示すように、位相がずれた正弦波状(又は台形波状)のトルクが発生する。例えば、通電パターン#3であるVW通電状態でロータを外部から回転させようとしたとき、ロータ位置の位相が±0°のときはトルクがゼロになり、ロータ位置の位相が+60°のときはプラス側の最大トルクの86.6%のトルクが得られる。以下、ロータ位置の位相が+120°のときはプラス側の最大トルクの86.6%のトルク、ロータ位置の位相が180°のときはゼロ、ロータ位置の位相が+210°のときはマイナス側の最大トルクの86.6%のトルクがそれぞれ得られる。
したがって、ロータ位置に応じて常にプラス側に大きいトルクが得られるように回転させるためには、ロータ位置がP1のときに通電パターン#3を実施すると、その後トルクが増大するので大きい力でロータ41を回転させることができる。
The start excitation mode 26B of the energization pattern determining means 26, which is performed after the rotor stop position is estimated, starts an energization pattern in which the phase is advanced by 120 ° in the rotation direction from the energization pattern that becomes the minimum among the six energization times. Select as the current conduction pattern. This will be described with reference to FIG.
When a current is passed between the two phases of the three-phase brushless motor 1 to rotate the rotor, a sine wave (or trapezoid wave) torque out of phase is generated as shown in FIG. For example, when trying to rotate the rotor from the outside in the energization pattern # 3 in the VW energization state, the torque is zero when the rotor position phase is ± 0 °, and the rotor position phase is + 60 °. A torque of 86.6% of the maximum torque on the plus side can be obtained. Hereinafter, when the phase of the rotor position is + 120 °, the torque is 86.6% of the maximum torque on the positive side, zero when the phase of the rotor position is 180 °, and negative when the phase of the rotor position is + 210 °. A torque of 86.6% of the maximum torque can be obtained.
Therefore, in order to rotate so that a large torque is always obtained on the plus side according to the rotor position, when the energization pattern # 3 is performed when the rotor position is P1, the torque increases thereafter, so the rotor 41 is driven with a large force. Can be rotated.

このように、電気角60°ごとに2相通電パターンを切り替える120°矩形波駆動では、86.6%トルクから100%トルクを使用しながら駆動させる。
ロータ位置がP1のとき、ロック通電パターンはUV通電であるため、UV通電パターンから120°位相が進んだVW通電パターンを使用すれば高いトルクで始動させられる。ロック通電状態となるとき、ロータマグネット磁束とコイル磁束は増磁状態なのでコイルのインダクタンスが小さくなる。このため、任意のロータ位置においてコイルインダクタンスの最も小さな通電パターンを検索することで、任意のロータ位置におけるロック通電パターンを特定することができる。したがって、特定したロック通電パターンから120°位相が進んだ通電パターンを使用すれば高いトルクで始動させられる。なお、トルク波形が台形波になるときは、120°矩形波駆動であっても、ほぼ100%トルクを常に出すことができる。なお、ロック通電パターンは、ロータ停止位置に相当するものである。
As described above, in the 120 ° rectangular wave driving in which the two-phase energization pattern is switched every 60 ° of electrical angle, the driving is performed using the 86.6% torque to the 100% torque.
When the rotor position is P1, the lock energization pattern is UV energization. Therefore, if a VW energization pattern whose phase is advanced by 120 ° from the UV energization pattern is used, it is started with high torque. When the lock energization state is established, the rotor magnet magnetic flux and the coil magnetic flux are in a magnetized state, so that the coil inductance is reduced. For this reason, a lock energization pattern at an arbitrary rotor position can be specified by searching for an energization pattern with the smallest coil inductance at an arbitrary rotor position. Therefore, if an energization pattern whose phase is advanced by 120 ° from the specified lock energization pattern is used, the engine can be started with high torque. When the torque waveform becomes a trapezoidal wave, almost 100% torque can always be obtained even with 120 ° rectangular wave driving. The lock energization pattern corresponds to the rotor stop position.

ここで、1つのロータ位置に対して、6通りの通電パターンを出力した場合の挙動について、ロータ位置が図8のP6にあると仮定して説明する。
図9のP6のロータ位置に対して最も増磁となる通電パターンは、通電パターン#6のWV通電である。このときにロータをプラス側の最大トルクでプラス方向に回転させるのは、120°進めた通電パターン#2:UW通電である。これは、P6のロータ位置に対して通電パターン#2の通電を実施すると、ステータコイルの磁束とロータマグネットの磁束による吸引反発の関係から、ロータにプラス方向に回転する力(トルク)を発生させることができるからである。
これは図6の(b)の状態と等価であり、ロータマグネットのN極の方向をd軸、d軸と直交した方向をq軸とすると、ステータコイルによる磁束のq軸成分は−86.6%であり、ロータをプラス方向に回転させると、q軸成分の磁束の絶対値は増加する。
また、P6にあるロータをマイナス側の最大トルクでマイナス方向に回転させるためには、通電パターン#4:VU通電を実施すれば良い。P6のロータ位置に対して通電パターン#4の通電を実施すると、ステータコイルの磁束とロータマグネットの磁束による吸引反発の関係から、ロータにマイナス方向に回転する力(トルク)が発生させられるからである。この場合、これは図6の(d)の状態と等価であり、ステータコイルによる磁束のq軸成分は86.6%であり、ロータをマイナス方向に回転させると、q軸成分の磁束の絶対値は増加する。
Here, the behavior when six energization patterns are output for one rotor position will be described assuming that the rotor position is at P6 in FIG.
The energization pattern that increases the magnetism most with respect to the rotor position of P6 in FIG. At this time, it is the energization pattern # 2: UW energization advanced by 120 ° that the rotor is rotated in the plus direction with the plus side maximum torque. This is because, when energization of the energization pattern # 2 is performed on the rotor position P6, a force (torque) that rotates in the plus direction is generated in the rotor from the relationship of the attractive repulsion due to the magnetic flux of the stator coil and the magnetic flux of the rotor magnet. Because it can.
This is equivalent to the state shown in FIG. 6B. When the direction of the N pole of the rotor magnet is d-axis and the direction orthogonal to the d-axis is q-axis, the q-axis component of the magnetic flux by the stator coil is −86. When the rotor is rotated in the plus direction, the absolute value of the q-axis component magnetic flux increases.
Further, in order to rotate the rotor at P6 in the negative direction with the maximum negative torque, the energization pattern # 4: VU energization may be performed. If energization of the energization pattern # 4 is performed on the rotor position of P6, a force (torque) that rotates in the negative direction is generated in the rotor due to the relationship of attraction and repulsion due to the magnetic flux of the stator coil and the magnetic flux of the rotor magnet is there. In this case, this is equivalent to the state of FIG. 6D, and the q-axis component of the magnetic flux by the stator coil is 86.6%. When the rotor is rotated in the minus direction, the absolute value of the magnetic flux of the q-axis component is The value increases.

図6の(a)の通電パターン#1では、UV通電が行われる。マグネット磁束ベクトルは、d軸と重なるが、コイル磁束ベクトルはd軸及びq軸からずれている。具体的には、d軸成分が50%で、q軸成分が−86.6%になっている。このため、瞬間的に発生するトルクは、−86.6%になる。ロータ(回転磁界)がプラス方向(正転方向)に回転すると、q軸成分の磁束の絶対値が減少するトルクが発生する。このときのトルクは2番目に大きいトルクが得られる。これに対し、ロータが−方向(逆転方向)に回転すると、q軸成分の磁束の絶対値が増加するが、この位置関係では回転させることができない。   In the energization pattern # 1 in FIG. 6A, UV energization is performed. The magnet magnetic flux vector overlaps the d-axis, but the coil magnetic flux vector is deviated from the d-axis and the q-axis. Specifically, the d-axis component is 50% and the q-axis component is −86.6%. For this reason, the torque generated instantaneously becomes -86.6%. When the rotor (rotating magnetic field) rotates in the plus direction (forward rotation direction), torque is generated that reduces the absolute value of the q-axis component magnetic flux. At this time, the second largest torque is obtained. On the other hand, when the rotor rotates in the-direction (reverse direction), the absolute value of the q-axis component magnetic flux increases, but cannot be rotated in this positional relationship.

(b)の通電パターン#2:UW通電では、コイル磁束ベクトルがd軸成分が−50%で、q軸成分が−86.6%になっている。ロータ(回転磁界)が+方向に回転するq軸成分の磁束の絶対値が増加するトルクが発生する。このときに+回転方向で最も大きいトルクが得られる。これに対し、ロータが−方向に回転すると、q軸成分の磁束の絶対値が増加するが、この位置関係では回転させることができない。   In the energization pattern # 2: UW energization in (b), the coil magnetic flux vector has a d-axis component of −50% and a q-axis component of −86.6%. A torque is generated that increases the absolute value of the magnetic flux of the q-axis component that rotates the rotor (rotating magnetic field) in the + direction. At this time, the largest torque is obtained in the + rotation direction. On the other hand, when the rotor rotates in the-direction, the absolute value of the magnetic flux of the q-axis component increases, but cannot be rotated in this positional relationship.

(c)の通電パターン#3:VW通電では、コイル磁束とマグネット磁束が真逆の関係になる。このため、吸引力がゼロで反発が最大になる。コイル磁束ベクトルは、d軸成分が−100%で、q軸成分が0%になる。瞬間発生トルクは0%になり、ロータがどちらに回転してもq軸成分の磁束の絶対値が増加するが、発生トルクは小さくほとんどゼロである。このとき、ステータコアを貫く磁束は最小になり、磁気飽和し難くなる。コアの透磁率が最大になって、ステータコイルのインダクタンスも最大となる。   In the energization pattern # 3: (c), in the VW energization, the coil magnetic flux and the magnet magnetic flux are in a reverse relationship. For this reason, the attraction force is zero and the rebound is maximized. The coil magnetic flux vector has a d-axis component of −100% and a q-axis component of 0%. The instantaneous generated torque becomes 0%, and the absolute value of the q-axis component magnetic flux increases regardless of which of the rotors rotates, but the generated torque is small and almost zero. At this time, the magnetic flux penetrating the stator core is minimized, and magnetic saturation is difficult. The magnetic permeability of the core is maximized, and the inductance of the stator coil is also maximized.

(d)の通電パターン#4:VU通電では、コイル磁束ベクトルがd軸成分が−50%で、q軸成分が86.6%になっている。このため、瞬間的に発生するトルクは、86.6%になる。ロータが+方向に回転すると、q軸成分の磁束の絶対値が減少するが、この位置関係では回転させることができない。ロータが−方向に回転すると、q軸成分の磁束の絶対値が増加するトルクが発生する。このときに−方向で最も大きいトルクが得られる。   In energization pattern # 4: VU energization in (d), the coil magnetic flux vector has a d-axis component of −50% and a q-axis component of 86.6%. For this reason, the torque generated instantaneously is 86.6%. When the rotor rotates in the + direction, the absolute value of the q-axis component magnetic flux decreases, but it cannot be rotated in this positional relationship. When the rotor rotates in the-direction, torque is generated that increases the absolute value of the q-axis component magnetic flux. At this time, the largest torque is obtained in the negative direction.

(e)の通電パターン#5:WU通電では、コイル磁束ベクトルがd軸成分が50%で、q軸成分が86.6%になっている。ロータが+方向に回転すると、q軸成分の磁束の絶対値が増加するが、この位置関係では回転させることができない。ロータが−方向に回転すると、q軸成分の磁束の絶対値が減少するトルクが発生する。このときに−方向で2番目に大きいトルクが得られる。   In energization pattern # 5: WU energization in (e), the coil magnetic flux vector has a d-axis component of 50% and a q-axis component of 86.6%. When the rotor rotates in the + direction, the absolute value of the q-axis component magnetic flux increases, but cannot be rotated in this positional relationship. When the rotor rotates in the-direction, torque is generated that reduces the absolute value of the q-axis component magnetic flux. At this time, the second largest torque is obtained in the negative direction.

(f)の通電パターン#6:WV通電では、コイル磁束とマグネット磁束が一致する。
このため、吸引力が最大になり、反発力がゼロになる。コイル磁束ベクトルは、d軸成分が100%で、q軸成分が0%になる。瞬間発生トルクは0%になり、ロータがどちらに回転してもq軸成分の磁束の絶対値が増加するが、発生トルクは小さくほとんどゼロである。この状態では、ステータコアを貫く磁束が最大となって、磁気飽和し易い。コアの透磁率が最小になって、ステータコイルのインダクタンスも最小となる。
In energization pattern # 6: WV energization in (f), the coil magnetic flux and the magnet magnetic flux coincide.
For this reason, the suction force becomes maximum and the repulsive force becomes zero. The coil magnetic flux vector has a d-axis component of 100% and a q-axis component of 0%. The instantaneous generated torque becomes 0%, and the absolute value of the q-axis component magnetic flux increases regardless of which of the rotors rotates, but the generated torque is small and almost zero. In this state, the magnetic flux penetrating the stator core is maximized, and magnetic saturation is likely to occur. The magnetic permeability of the core is minimized, and the inductance of the stator coil is also minimized.

インダクタンスに関しては、停止しているロータ位置に対して回転磁界(ステータコイル磁束)を変化させることで、原理的には正弦波状にコアを貫く磁束の量が変化するので、インダクタンスの変化も正弦波状になる。図9にロータ位置がP6のときの2相通電パターンとインダクタンス変化、及び発生トルクの変化を示す。
図9では、破線が発生トルクの変化を示し、実線がインダクタンスの変化を示している。インダクタンスが最大となる通電パターン#3が、通電時間が最も大きくなる通電パターンである。したがって、この通電パターン#3の1つ前の通電パターン、若しくは通電時間が最小となる通電パターン#6の2つ先の通電パターンが、正転方向の最大トルク発生可能通電パターンであり、この場合は通電パターン#2になる。
同様に、通電時間が最大となる通電パターン#3の1つ先の通電パターン、若しくは通電時間が最小となる通電パターン#6の2つ前の通電パターンが、逆転方向の最大トルク発生可能通電パターンである。このように求めた最大トルク発生可能通電パターンを、起動通電パターンにセットすることで、高トルクな起動が可能になる。
Regarding inductance, changing the rotating magnetic field (stator coil magnetic flux) with respect to the stopped rotor position changes the amount of magnetic flux that penetrates the core in a sine wave form in principle, so the change in inductance is also a sine wave form. become. FIG. 9 shows a two-phase energization pattern, an inductance change, and a generated torque change when the rotor position is P6.
In FIG. 9, the broken line indicates the change in generated torque, and the solid line indicates the change in inductance. The energization pattern # 3 that maximizes the inductance is the energization pattern that maximizes the energization time. Therefore, the energization pattern immediately before this energization pattern # 3 or the energization pattern two ahead of the energization pattern # 6 that minimizes the energization time is the energization pattern capable of generating the maximum torque in the forward rotation direction. Becomes energization pattern # 2.
Similarly, the energization pattern that is the next energization pattern of the energization pattern # 3 that maximizes the energization time, or the energization pattern that is two before the energization pattern # 6 that minimizes the energization time is the energization pattern that can generate the maximum torque in the reverse direction It is. By setting the energization pattern capable of generating the maximum torque determined in this way to the activation energization pattern, it is possible to start with high torque.

さらに、各通電パターンと通電時間の関係は、図10の(a)に示すようになる。ラインL6に示す通電時間波形は、ロータが位置P6にあるときの通電時間の変化を示している。ラインL1の通電時間波形は、ロータがP6から正転方向にπ/3(60°)進んだ位置P1にあるときの通電時間の変化を示す。以下、ラインL2、L3、L4、L5は、それぞれ正転方向のπ/3(60°)ずつ進んだ位置P2、P3、P4、P5にあるときの通電時間波形である。このように、ロータ位置により6通りの正弦波状になるので、その正弦波から起動通電パターンを推定することができる。
図10の(b)に示すように、各通電時間波形を三角波として捉え、これら三角波のそれぞれを微分(差分ΔTをとる)して傾きの符号を求めると、図10の(c)に示すようになる。例えば、ラインL4の通電時間波形で、通電時間T1から通電時間T2に至るまでは減少傾向にあるので、通電時間T1と通電時間T2の差分ΔTの符号は、「−」になる。
Further, the relationship between each energization pattern and the energization time is as shown in FIG. The energization time waveform shown in the line L6 indicates a change in the energization time when the rotor is at the position P6. The energization time waveform of the line L1 shows a change in the energization time when the rotor is at a position P1 advanced by π / 3 (60 °) in the forward rotation direction from P6. Hereinafter, the lines L2, L3, L4, and L5 are energization time waveforms when they are at positions P2, P3, P4, and P5 advanced by π / 3 (60 °) in the forward rotation direction, respectively. Thus, since it becomes six types of sine waves depending on the rotor position, the activation energization pattern can be estimated from the sine waves.
As shown in FIG. 10B, when each energization time waveform is regarded as a triangular wave and each of the triangular waves is differentiated (difference ΔT is obtained) to obtain the sign of the slope, as shown in FIG. 10C. become. For example, in the energization time waveform of the line L4, since it tends to decrease from the energization time T1 to the energization time T2, the sign of the difference ΔT between the energization time T1 and the energization time T2 is “−”.

ここで、6通りの通電パターンの全てについて通電時間を調べて記憶手段29Aに記憶させることも可能であるが、この実施の形態では、電流印加時間比較手段30にマップ30Aを設けることで、3つ又は4つの通電パターンでロータ停止位置を推定するようにしている。すなわち、図10の(b)に示すように、4つの通電パターン#1〜#4の中で必ずピークが現れるので、差分T12(=T2−T1)、差分T23(=T3−T2)、差分T34(=T4−T3)の符号の組み合わせから、三角波の最大又は最小のピークを求め、起動通電パターンを推定することができる。
マップ30Aの構成を以下に示す。
Here, it is possible to check the energization time for all six energization patterns and store it in the storage means 29A. In this embodiment, however, by providing the current application time comparison means 30 with a map 30A, 3 The rotor stop position is estimated by one or four energization patterns. That is, as shown in FIG. 10B, since peaks always appear in the four energization patterns # 1 to # 4, the difference T12 (= T2-T1), the difference T23 (= T3-T2), the difference From the combination of the signs of T34 (= T4-T3), the maximum or minimum peak of the triangular wave can be obtained, and the activation energization pattern can be estimated.
The configuration of the map 30A is shown below.

Figure 0005756542
Figure 0005756542

マップ30Aから分かるように、ロータ停止位置P5とP2の2通りは、T12とT23のみで、T34を実施しなくても推定できる。
このように、表1に示すようなマップ30Aを予め用意しておき、前後して通電される2つの通電パターンのそれぞれの通電時間の差分で検索することで、3回又は4回の通電でロータ回転位置を推定できるようになる。なお、全ての場合において4回通電を行ってからロータ停止位置を判別しても良い。
As can be seen from the map 30A, the two rotor stop positions P5 and P2 can be estimated only by T12 and T23 without performing T34.
As described above, a map 30A as shown in Table 1 is prepared in advance, and by searching for the difference between the energization times of the two energization patterns energized before and after, the energization can be performed three or four times. The rotor rotational position can be estimated. In all cases, the rotor stop position may be determined after energization four times.

ここで、ステップS104の停止位置検出処理のフローを図11に示す。
最初に過電流保護手段32の停止位置検出モード32Aが選択され(ステップS121)、停止位置検出サブルーチンAが実施される(ステップS122)。停止位置検出サブルーチンAは、通電パターンの決定(ステップS122A)と、次のモードへの移行の可否の判定(ステップS122B)を実施する。
始動励磁パターンが確定していないときは、ステップS122BからステップS123に進む。この処理は、過電流検出信号の立下りを検出したときに発生する割り込み処理であり、ブラシレスモータ1に電流が流れている間待機し(ステップS123)、過電流検出が検出されたら(ステップS124)、停止位置検出サブルーチンBを実施する(ステップS125)。その後、停止位置検出サブルーチンAに戻る。
これに対し、始動励磁パターンが確定したときは、ステップS122BからステップS126に進んでカウンタ29Bを停止させる。この後、始動励磁モードに移行し(ステップS127)、過電流保護手段32の過電流検出モード32Bを設定する(ステップS128)。具体的には、過電流検出手段38が過電流を検出したら(ステップS128A)、過電流フラグを「1」にセットする(ステップS128B)。
Here, FIG. 11 shows a flow of the stop position detection process in step S104.
First, the stop position detection mode 32A of the overcurrent protection means 32 is selected (step S121), and the stop position detection subroutine A is executed (step S122). The stop position detection subroutine A carries out determination of the energization pattern (step S122A) and determination of whether or not the mode can be shifted to the next mode (step S122B).
When the starting excitation pattern is not fixed, the process proceeds from step S122B to step S123. This process is an interrupt process that occurs when the falling of the overcurrent detection signal is detected. The process waits while the current is flowing through the brushless motor 1 (step S123), and when overcurrent detection is detected (step S124). ), The stop position detection subroutine B is executed (step S125). Thereafter, the process returns to the stop position detection subroutine A.
On the other hand, when the starting excitation pattern is confirmed, the process proceeds from step S122B to step S126, and the counter 29B is stopped. Thereafter, the mode is shifted to the start excitation mode (step S127), and the overcurrent detection mode 32B of the overcurrent protection means 32 is set (step S128). Specifically, when the overcurrent detection means 38 detects an overcurrent (step S128A), the overcurrent flag is set to “1” (step S128B).

図12に示すように、停止位置検出サブルーチンAでは、通電ナンバー(通電No)のカウンタをインクリメントする(ステップS201)。1回目の処理では通電Noカウンタは1に設定される。カウンタ29Bのクリア用の閾値を最大値に設定し(ステップS202)、カウンタ29Bを一度リセットしてから(ステップS203)、PWMデューティを100%に設定する(ステップS204)。
通電Noカウンタが「1」であれば(ステップS205でYes)、通電パターン#1を実施する(ステップS206)。そして、ここでの処理を抜ける。
同様に、通電Noカウンタが「2」であれば(ステップS207でYes)、通電パターン#2を実施する(ステップS208)。
通電Noカウンタが「3」であれば(ステップS209でYes)、通電パターン#3を実施する(ステップS210)。
As shown in FIG. 12, in the stop position detection subroutine A, the energization number (energization No) counter is incremented (step S201). In the first processing, the energization No counter is set to 1. The threshold for clearing the counter 29B is set to the maximum value (step S202), the counter 29B is reset once (step S203), and the PWM duty is set to 100% (step S204).
If the energization No counter is “1” (Yes in step S205), energization pattern # 1 is performed (step S206). Then, the process ends here.
Similarly, if the energization No counter is “2” (Yes in step S207), energization pattern # 2 is performed (step S208).
If the energization No counter is “3” (Yes in step S209), energization pattern # 3 is performed (step S210).

これに対し、通電Noカウンタが「4」であれば(ステップS211でYes)、差分T12<0で、かつ差分T23>0の場合(ステップS212でYes)、又は差分T12>0で、かつ差分T23<0の場合(ステップS213でYes)、PWMデューティを0%に設定し(ステップS214)、次のモード(始動励磁モード26B)に移行する(ステップS215)。それ以外の場合(ステップS212、ステップS213が共にNo)、通電パターン#4を実施する(ステップS216)。   On the other hand, if the energization No counter is “4” (Yes in step S211), the difference T12 <0 and the difference T23> 0 (Yes in step S212), or the difference T12> 0 and the difference If T23 <0 (Yes in step S213), the PWM duty is set to 0% (step S214), and the process proceeds to the next mode (starting excitation mode 26B) (step S215). In other cases (both step S212 and step S213 are No), the energization pattern # 4 is performed (step S216).

そして、通電Noカウンタが「5」であれば(ステップS217でYes)、差分T12>0、かつ差分T23>0、かつ差分T34>0である場合(ステップS218でYes)、差分T12>0、かつ差分T23>0、かつ差分T34<0である場合(ステップS219でYes)、差分T12<0、かつ差分T23<0、かつ差分T34<0である場合(ステップS220でYes)、差分T12<0、かつ差分T23<0、かつ差分T34>0である場合(ステップS221でYes)、PWMデューティを0%に設定し(ステップS222)、次のモード(始動励磁モード26B)に移行する(ステップS223)。   If the energization No counter is “5” (Yes in step S217), the difference T12> 0, the difference T23> 0, and the difference T34> 0 (Yes in step S218), the difference T12> 0, If difference T23> 0 and difference T34 <0 (Yes in step S219), difference T12 <0, difference T23 <0, and difference T34 <0 (Yes in step S220), difference T12 < If 0, difference T23 <0, and difference T34> 0 (Yes in step S221), the PWM duty is set to 0% (step S222), and the process proceeds to the next mode (starting excitation mode 26B) (step S22). S223).

停止位置検出サブルーチンBの詳細を図13及び図14を示す。停止位置検出サブルーチンBは、電流印加時間計測手段29と、電流印加時間比較手段30と、ロータ位置推定手段31の処理の詳細を示すものである。まず、通電のカウンタを調べ、カウンタ番号が「1」であれば(ステップS251でYes)、カウンタ29Bのカウント値を通電時間T1として記憶手段29Aにメモリさせる(ステップS252)。
カウンタ番号が「2」であれば(ステップS253でYes)、カウンタ29Bのカウント値を通電時間T2として記憶手段29Aにメモリさせる(ステップS254)。さらに、差分T12を算出する(ステップS255)。
カウンタ番号が「3」であれば(ステップS256でYes)、カウンタ29Bのカウント値を通電時間T3として記憶手段29Aにメモリさせる(ステップS257)。さらに、差分T12を算出する(ステップS258)。
Details of the stop position detection subroutine B are shown in FIGS. The stop position detection subroutine B shows details of processing of the current application time measuring means 29, the current application time comparing means 30, and the rotor position estimating means 31. First, the energization counter is checked, and if the counter number is “1” (Yes in step S251), the storage unit 29A stores the count value of the counter 29B as the energization time T1 (step S252).
If the counter number is “2” (Yes in step S253), the storage unit 29A stores the count value of the counter 29B as the energization time T2 (step S254). Further, the difference T12 is calculated (step S255).
If the counter number is “3” (Yes in step S256), the count value of the counter 29B is stored in the storage unit 29A as the energization time T3 (step S257). Further, the difference T12 is calculated (step S258).

ここで、差分T12<0で、かつ差分T23>0の場合(ステップS259でYes)、正転時であれば(ステップS260でのNo)、起動通電パターンを通電パターン#1に設定する(ステップS261)。逆転時であれば(ステップS260でYes)、起動通電パターンを通電パターン#3に設定する(ステップS262)。
一方、差分T12>0で、かつ差分T23<0で(ステップS263)、正転時には(ステップS264でNo)、起動通電パターンを通電パターン#4に設定する(ステップS265)。逆転時であれば(ステップS264でYes)、起動通電パターンを通電パターン#6に設定する(ステップS266)。
Here, if the difference T12 <0 and the difference T23> 0 (Yes in step S259), if it is forward rotation (No in step S260), the activation energization pattern is set to the energization pattern # 1 (step S261). If it is reverse (Yes in step S260), the activation energization pattern is set to energization pattern # 3 (step S262).
On the other hand, when the difference T12> 0 and the difference T23 <0 (step S263) and during normal rotation (No in step S264), the activation energization pattern is set to the energization pattern # 4 (step S265). If it is during reverse rotation (Yes in step S264), the activation energization pattern is set to energization pattern # 6 (step S266).

カウンタ番号が「4」であれば(ステップS267でYes)、カウンタ29Bのカウント値を通電時間T4として記憶手段29Aにメモリさせる(ステップS268)。さらに、差分T34を算出する(ステップS269)。
ここで、差分T12>0、T23>0,T34>0の場合(ステップS270でYes)、正転時であれば(ステップS271でNo)、起動通電パターンを通電パターン#6に設定する(ステップS272)。逆転時であれば(ステップS271でYes)、起動通電パターンを通電パターン#2に設定する(ステップS273)。
If the counter number is “4” (Yes in step S267), the storage unit 29A stores the count value of the counter 29B as the energization time T4 (step S268). Further, the difference T34 is calculated (step S269).
Here, when the differences T12> 0, T23> 0, and T34> 0 (Yes in step S270), if it is forward rotation (No in step S271), the start energization pattern is set to the energization pattern # 6 (step S272). If it is during reverse rotation (Yes in step S271), the activation energization pattern is set to energization pattern # 2 (step S273).

差分T12>0、T23>0,T34<0の場合(ステップS274でYes)、正転時であれば(ステップS275でYes)、起動通電パターンを通電パターン#5に設定する(ステップS276)。逆転時であれば(ステップs275でNo)、起動通電パターンを通電パターン#1に設定する(ステップS277)。
差分T12<0、T23<0,T34<0の場合(ステップS278でYes)、正転時であれば(ステップS279でNo)、起動通電パターンを通電パターン#3に設定する(ステップS280)。逆転時であれば(ステップS279でYes)、起動通電パターンを通電パターン#5に設定する(ステップS281)。
差分T12<0、T23<0,T34>0の場合(ステップS282でYes)、正転時であれば(ステップS283でNo)、起動通電パターンを通電パターン#2に設定する(ステップS284)。逆転時であれば(ステップS283でYes)、起動通電パターンを通電パターン#4に設定する(ステップS285)。
If the differences T12> 0, T23> 0, and T34 <0 (Yes in step S274), if it is forward rotation (Yes in step S275), the activation energization pattern is set to the energization pattern # 5 (step S276). If it is during reverse rotation (No in step s275), the activation energization pattern is set to energization pattern # 1 (step S277).
If the differences T12 <0, T23 <0, and T34 <0 (Yes in step S278), if it is forward rotation (No in step S279), the activation energization pattern is set to the energization pattern # 3 (step S280). If it is during reverse rotation (Yes in step S279), the activation energization pattern is set to energization pattern # 5 (step S281).
If the difference is T12 <0, T23 <0, T34> 0 (Yes in step S282), if it is forward rotation (No in step S283), the activation energization pattern is set to energization pattern # 2 (step S284). If it is during reverse rotation (Yes in step S283), the activation energization pattern is set to energization pattern # 4 (step S285).

次に、図5のステップS106の始動励磁処理の詳細について説明する。
図15に示すように、通電パターン決定手段26の始動励磁モード26Bでは、そのロータ位置に対して最大のトルクを発生可能な位相の始動通電パターンを決定し、励磁信号出力手段27に始動通電パターンを出力させる(ステップS131)。初期通電カウンタを起動させ、予め設定した一定の初期通電時間Ts1が経過するまで、前記した位相に通電する(ステップS132)。そして、所期通電時間Ts1経過したことを確認したら、モード選択手段40が通電パターン決定手段26をフリーラン制御モード26Cにセットする(ステップS133)。
Next, details of the start excitation process in step S106 of FIG. 5 will be described.
As shown in FIG. 15, in the start excitation mode 26B of the energization pattern determining means 26, a start energization pattern having a phase capable of generating the maximum torque for the rotor position is determined, and the start energization pattern is supplied to the excitation signal output means 27. Is output (step S131). The initial energization counter is activated, and the aforementioned phase is energized until a predetermined initial energization time Ts1 has elapsed (step S132). When it is confirmed that the predetermined energization time Ts1 has elapsed, the mode selection means 40 sets the energization pattern determination means 26 to the free-run control mode 26C (step S133).

図5のステップS108のフリーラン制御処理の詳細について説明する。
図16に示すように、最初に、通電パターン決定手段26のフリーラン制御モード26Cがフリーランパターンとして、全相の通電をOFFにする通電パターンを出力する(ステップS141)。
慣性でブラシレスモータ1のロータがフリーランしている間に発生する誘起電圧から、正転専用ロジックを用いてロータの位置検出を実施する(ステップS142)。ロータ位置を予め定めた回数だけ検出できたら(ステップS143でYes)、通電パターン決定手段26を定常励磁モード26Dにセットし、誘起電圧によるセンサレス駆動(定常駆動モード)に移行する(ステップS144)。
ステップS143でロータ位置を予め定めた回数検出されていないときは(ステップS143でNo)、誘起電圧のエッジ間隔を計測する回数が予め設定された回数経過するまで(ステップS145)、ステップS142を繰り返す。所定回数経過してもロータ位置を予め定めた回数検出できないときは(ステップS145でYes)、ブラシレスモータ1が逆転していると判定し、モード選択手段40は、通電パターン決定手段26をブレーキ停止モード26Eにセットする(ステップS146)。
Details of the free-run control process in step S108 of FIG. 5 will be described.
As shown in FIG. 16, first, the energization pattern for turning off energization of all phases is output as the free-run control mode 26C of the energization pattern determining means 26 (step S141).
From the induced voltage generated while the rotor of the brushless motor 1 is free-running due to inertia, the rotor position is detected using the forward rotation dedicated logic (step S142). When the rotor position has been detected a predetermined number of times (Yes in step S143), the energization pattern determination means 26 is set to the steady excitation mode 26D, and the process shifts to sensorless drive (steady drive mode) based on the induced voltage (step S144).
If the predetermined number of times the rotor position has not been detected in step S143 (No in step S143), step S142 is repeated until the number of times of measuring the edge interval of the induced voltage has elapsed (step S145). . If the rotor position cannot be detected a predetermined number of times after a predetermined number of times (Yes in step S145), it is determined that the brushless motor 1 is reversely rotated, and the mode selection means 40 brakes the energization pattern determination means 26. The mode 26E is set (step S146).

図5のステップS112のブレーキ停止処理の詳細について説明する。
図17に示すように、ブレーキ停止モード26Eによるブレーキ停止処理として、低デューティで2相通電ロック処理が行われる(ステップS151)。2相通電ロック処理は、予め定められた一定時間実施し、この時間が経過したら(ステップS152)、停止位置検出モード26Aがセットされる(ステップS153)。
Details of the brake stop process in step S112 in FIG. 5 will be described.
As shown in FIG. 17, as a brake stop process in the brake stop mode 26E, a two-phase energization lock process is performed with a low duty (step S151). The two-phase energization lock process is performed for a predetermined time, and when this time has elapsed (step S152), the stop position detection mode 26A is set (step S153).

次に、停止位置検出を含む始動時の処理の全体について、図18を参照してさらに詳細に説明する。図18は、横軸に時間経過をとっており、縦方向に各種の情報が並んで配置されている。なお、最も上側に示されているホールセンサ信号は、ホールセンサが取り付けられていた場合にホールセンサの出力として想定される信号である。
時間t1で始動信号が入力されたら、時間t2までの間にロータ停止位置検出処理(ステップS103)が行われる。この間の回転速度はゼロである。
Next, the entire process at the start including the detection of the stop position will be described in more detail with reference to FIG. In FIG. 18, the horizontal axis indicates the passage of time, and various types of information are arranged in the vertical direction. The hall sensor signal shown on the uppermost side is a signal assumed as an output of the hall sensor when the hall sensor is attached.
When the start signal is input at time t1, the rotor stop position detection process (step S103) is performed until time t2. The rotation speed during this time is zero.

時間t2でロータ停止位置を決定したら、シャント抵抗13Aの電流波形に示すように、始動時励磁手段36が初期通電時間Ts1の間だけ始動励磁パターンを継続して通電させる。この間、ロータ41の回転速度が徐々に増大する。
ここで、初期通電時間Ts1は、通電をOFFにした後で誘起電圧のエッジが複数回、例えば、4回以上発生するまでの間、ロータ41を回転速度N1以上でフリーランさせることができるだけロータ41を加速できる時間である。この観点からは、初期通電時間Ts1が長いことが望ましい。しかしながら、初期通電時間Ts1が長すぎて通常運転時における励磁パターンの切り替え位置を越えて同じ励磁パターンを継続すると、逆トルクが発生してしまってロータ41を減速させてしまう。したがって、初期通電時間Ts1は、逆トルクが発生しない範囲内で、できるだけ長い時間とすることが好ましい。初期通電時間Ts1の決定方法の一例としては、設計段階や製造段階でブラシレスモータ1をホールセンサ付きで始動させ、最初にホールセンサの信号が切り替わるまでの時間を測定し、これと略同じ時間又はこれより短い時間を初期通電時間Ts1として制御装置11に記憶させることがあげられる。
When the rotor stop position is determined at time t2, as shown in the current waveform of the shunt resistor 13A, the starting excitation means 36 continuously energizes the starting excitation pattern only during the initial energization time Ts1. During this time, the rotational speed of the rotor 41 gradually increases.
Here, the initial energization time Ts1 is such that the rotor 41 can be free-runned at a rotational speed of N1 or more until the edge of the induced voltage is generated a plurality of times, for example, four times or more after the energization is turned off. This is the time during which 41 can be accelerated. From this viewpoint, it is desirable that the initial energization time Ts1 is long. However, if the initial energization time Ts1 is too long and the same excitation pattern is continued beyond the excitation pattern switching position during normal operation, reverse torque is generated and the rotor 41 is decelerated. Therefore, it is preferable that the initial energization time Ts1 is as long as possible within a range where no reverse torque is generated. As an example of a method for determining the initial energization time Ts1, the brushless motor 1 is started with a hall sensor at the design stage or the manufacturing stage, and the time until the signal of the hall sensor is switched first is measured. A shorter time can be stored in the control device 11 as the initial energization time Ts1.

時間t3で初期通電時間Ts1が経過したら、通電パターン決定手段26がフリーラン制御モード26Cに移行し、全相への通電をOFFにする。シャント抵抗13Aで計測される電流値がゼロになり、ロータ41がフリーランする。以降は、時間の経過と共に回転速度がゆるやかに減少する。時間t3では、各位置信号にパルスが現れている。このため、3相の信号の立ち上がりエッジに対応して、励磁切り替えタイミング信号に1つ目の信号SL1が発生している。このときパルス信号は、ステータのコイルに蓄積されたエネルギがフライホイールパルスとして放出されときに、3相全てのモータ端子電圧に方形波パルス電圧が発生することに起因して発生している。通常駆動の場合はこれらの方形波パルス電圧は分離手段21により無視できるが、時間t3では全相をOFFするロジックなので、通常駆動時には在り得ない例外状態となるため、方形波パルス電圧を無視できずに誤検出となる。このため、始動後の1回目の信号SL1はロータ位置の検出には使用しない。   When the initial energization time Ts1 elapses at time t3, the energization pattern determining means 26 shifts to the free-run control mode 26C and turns off energization to all phases. The current value measured by the shunt resistor 13A becomes zero, and the rotor 41 free-runs. Thereafter, the rotational speed gradually decreases with time. At time t3, a pulse appears in each position signal. For this reason, the first signal SL1 is generated as the excitation switching timing signal corresponding to the rising edges of the three-phase signals. At this time, the pulse signal is generated due to the fact that square wave pulse voltages are generated in the motor terminal voltages of all three phases when the energy accumulated in the stator coil is released as a flywheel pulse. In the case of normal driving, these square wave pulse voltages can be ignored by the separating means 21, but since the logic turns off all phases at time t3, the square wave pulse voltage can be ignored because it becomes an exceptional state that cannot exist during normal driving. Without false detection. For this reason, the first signal SL1 after starting is not used for detecting the rotor position.

さらに、ロータ41がフリーランすることで、ロータ41の回転位置に応じてブラシレスモータ1の所定の相のモータ端子に誘起電圧が発生する。この場合には、W相位置信号、U相位置信号、V相位置信号の順番に立ち上がりエッジ、又は立ち下がりエッジが発生している。その結果、励磁切り換えタイミング信号は、W相のエッジに起因する2回目の信号SL2と、U相のエッジに起因する3回目の信号SL3と、V相のエッジに起因する4回目の信号SL4とが発生する。なお、全相をOFFにすることで、インバータ回路13からブラシレスモータ1に入力されるパルス幅変調信号などの不要な信号成分がない状態で誘起電圧と等価中性点電位の交点を計測できるようになるので、ロータ位置を正確に検出できる。   Furthermore, when the rotor 41 is free-running, an induced voltage is generated at a motor terminal of a predetermined phase of the brushless motor 1 according to the rotational position of the rotor 41. In this case, rising edges or falling edges occur in the order of the W-phase position signal, the U-phase position signal, and the V-phase position signal. As a result, the excitation switching timing signal includes the second signal SL2 caused by the W-phase edge, the third signal SL3 caused by the U-phase edge, and the fourth signal SL4 caused by the V-phase edge. Will occur. By turning off all phases, the intersection of the induced voltage and the equivalent neutral point potential can be measured in the absence of unnecessary signal components such as a pulse width modulation signal input from the inverter circuit 13 to the brushless motor 1. Therefore, the rotor position can be accurately detected.

この間、励磁切り替えタイミング演算手段22は、2回目の信号SL2と3回目の信号SL3の時間間隔を計測して電気角60°を算出する。さらに、3回目の信号SL3と4回目の信号SL4の時間間隔を計測して電気角60°を算出する。これら時間間隔に基づいて、4回目の信号SL4から例えば電気角30°進角させるなどして、励磁切り替えタイミングを算出する。そして、以降は、モータ端子電圧と等価中性点電位の比較結果から生成される信号に基づいて励磁切り替えタイミングを決定し、通電パターンの切り替え制御を行うことで、ブラシレスモータ1の運転が行われる。ホールセンサを有する場合の電気角120°矩形波駆動と同等性能の駆動が可能になって、回転速度が制御される。   During this time, the excitation switching timing calculation means 22 measures the time interval between the second signal SL2 and the third signal SL3 to calculate an electrical angle of 60 °. Furthermore, an electrical angle of 60 ° is calculated by measuring the time interval between the third signal SL3 and the fourth signal SL4. Based on these time intervals, the excitation switching timing is calculated by, for example, advancing the electrical angle by 30 ° from the fourth signal SL4. Thereafter, the brushless motor 1 is operated by determining the excitation switching timing based on the signal generated from the comparison result of the motor terminal voltage and the equivalent neutral point potential and performing the switching control of the energization pattern. . Driving with a performance equivalent to that of a rectangular wave driving with an electrical angle of 120 ° in the case of having a Hall sensor is possible, and the rotation speed is controlled.

なお、イナーシャが大きいブラシレスモータでは、5回目以降の信号を取得し、同様にして時間間隔から励磁通電タイミングを算出しても良い。始動時の安定性や、正確性をさらに向上できる。
また、イナーシャが大きいブラシレスモータでは、2〜3回目の信号SL2,SL3の時間間隔と、3〜4回目の信号SL3,SL4の時間間隔が略等しい。このため、2〜3回目の信号SL2,SL3の時間間隔のみでセンサレス駆動に移行しても良い。このようにすると、さらに短い時間で定常的な運転を開始することができる。また、1回目の信号SL1と2回目の信号SL2の時間間隔だけを取得してセンサレス駆動に移行しても良い。イナーシャが小さいブラシレスモータに有効である。この場合は、初期通電時間SL1は予め設定された値を用いており、SL2のタイミングを検出した時点でSL1とSL2の時間間隔を演算し、それをロータ位置信号として使用することができるので、2回目の信号SL2まででセンサレス駆動に移行できるようになる。
また、イナーシャが小さいブラシレスモータでは、減速が大きくなって2〜3回目の信号SL2,SL3の時間間隔より、3〜4回目の信号SL3,SL4の時間間隔の方が大きくなる。この場合には、時間間隔の変化から加速度を算出し、この加速度を用いて次の時間間隔を推定することで励磁通電タイミングを算出しても良い。
Note that in a brushless motor with a large inertia, the fifth and subsequent signals may be acquired, and the excitation energization timing may be similarly calculated from the time interval. Stability and accuracy at start-up can be further improved.
In a brushless motor having a large inertia, the time interval between the second and third signals SL2 and SL3 is substantially equal to the time interval between the third and fourth signals SL3 and SL4. For this reason, you may transfer to sensorless drive only in the time interval of the 2nd to 3rd signals SL2 and SL3. In this way, steady operation can be started in a shorter time. Alternatively, only the time interval between the first signal SL1 and the second signal SL2 may be acquired to shift to sensorless driving. Effective for brushless motors with low inertia. In this case, the initial energization time SL1 uses a preset value, and when the SL2 timing is detected, the time interval between SL1 and SL2 can be calculated and used as the rotor position signal. It becomes possible to shift to sensorless driving up to the second signal SL2.
Further, in a brushless motor with small inertia, the deceleration is increased and the time interval between the third and fourth signals SL3 and SL4 is larger than the time interval between the second and third signals SL2 and SL3. In this case, the excitation energization timing may be calculated by calculating the acceleration from the change in the time interval and estimating the next time interval using this acceleration.

さらに、この始動方法では、モータ始動時に電流を抑制しながら起動する方法(以下、ソフトスタートという)を実施している。例えば、図19に示すように、始動時は、パルス幅変調信号(PWM)のデューティを例えば50%にして電流を抑制し、その後回転速度を上昇させ、初期通電時間Ts1が経過したら、一旦デューティを0%にして、フリーランさせる。フリーランが終了したら、再びデューティを約50%にし、そこからデューティを徐々に増加させ、最終的にデューティが100%に達しときに回転速度が目標値(例えば、最大回転数)に達するようにする。これによって、始動時に過電流が流れることを防止することができ、ブラシレスモータ1が搭載されているシステム全体の安定性を高めることができる。   Further, in this starting method, a method of starting while suppressing the current at the time of starting the motor (hereinafter referred to as soft start) is implemented. For example, as shown in FIG. 19, at the time of start-up, the duty of the pulse width modulation signal (PWM) is set to, for example, 50%, the current is suppressed, the rotational speed is then increased, and once the initial energization time Ts1 has elapsed, the duty is once set. Set to 0% and free run. When the free run is completed, set the duty to about 50% again, gradually increase the duty from there, and finally reach the target value (for example, maximum speed) when the duty reaches 100%. To do. Thereby, it is possible to prevent an overcurrent from flowing at the time of starting, and to improve the stability of the entire system in which the brushless motor 1 is mounted.

次に、図5のステップS110に示す誘起電圧によるセンサレス駆動(定常駆動モード)の詳細について説明する。
定常駆動モードでは、モータ端子の誘起電圧を検出してロータ位置を検出するが、誘起電圧波形には方形波状のスイッチングパルス(方形波パルス電圧)が重畳するので、このようなノイズを除去する必要がある。この実施の形態では、各相のロータ位置信号に相当するエッジを検出したときに、他相のレベル検出を行って、ロータ位置信号と方形波パルス電圧とを区別している。この際に使用される正転専用ロジックは、表2に示す誘起電圧信号検出ロジックと、表3に示す方形波パルス電圧終了エッジ判定ロジックとからなる。
なお、正転専用ロジックは、ブラシレスモータ1が正回転していると判定された場合に、回転方向検出ロジック選択手段24の指令によって分離手段21が参照する。
Next, the details of the sensorless drive (steady drive mode) by the induced voltage shown in step S110 of FIG. 5 will be described.
In the steady drive mode, the rotor position is detected by detecting the induced voltage at the motor terminal. However, since the square-wave switching pulse (square wave pulse voltage) is superimposed on the induced voltage waveform, it is necessary to remove such noise. There is. In this embodiment, when an edge corresponding to the rotor position signal of each phase is detected, the level of the other phase is detected to distinguish the rotor position signal from the square wave pulse voltage. The forward rotation dedicated logic used at this time includes an induced voltage signal detection logic shown in Table 2 and a square wave pulse voltage end edge determination logic shown in Table 3.
Note that the forward rotation exclusive logic is referred to by the separation unit 21 in accordance with a command from the rotation direction detection logic selection unit 24 when it is determined that the brushless motor 1 is rotating forward.

Figure 0005756542
Figure 0005756542

Figure 0005756542
Figure 0005756542

定常駆動モードで通電制御しているときの信号波形を図20に示す。図20は、横軸に電気角をとり、縦軸は上側から各相U,V,Wへの通電状態と、各相U,V,Wの実際の誘起電圧波形Uv、Vv、Wv(アナログ信号)と、相U,V,Wごとの誘起電圧信号Ud,Vd,Wd(デジタル信号)とが図示されている。最上段の相U,V,Wへの通電状態は、上段で「+」が付加されている相U,V,Wが高電位側で、下段で「−」が付加されている相U,V,Wが低電位側であることを示している。つまり、電気角0°から60°までの間の「W+」「V−」は、W相からV相に通電することを示す(図6における通電パターン#6と同等)。また、例えば、誘起電圧波形Uvにおいて、電気角0°で立ち上がるパルスや、電気角180°で立ち下がるパルスが方形波パルス電圧Psであり、これら方形波パルス電圧Psがこの実施の形態において除去対象となる信号である。   FIG. 20 shows signal waveforms when energization control is performed in the steady drive mode. In FIG. 20, the horizontal axis represents the electrical angle, the vertical axis represents the energized state from the upper side to each phase U, V, W, and the actual induced voltage waveforms Uv, Vv, Wv (analogue) of each phase U, V, W. Signal) and induced voltage signals Ud, Vd, Wd (digital signals) for phases U, V, W are shown. The energization state of the uppermost phases U, V, W is such that the phases U, V, W added with “+” in the upper stage are on the high potential side, and the phases U, “-” added in the lower stage, V and W are on the low potential side. That is, “W +” and “V−” between the electrical angles of 0 ° and 60 ° indicate that the W phase is energized from the W phase (equivalent to the energization pattern # 6 in FIG. 6). Further, for example, in the induced voltage waveform Uv, a pulse that rises at an electrical angle of 0 ° and a pulse that falls at an electrical angle of 180 ° are square wave pulse voltages Ps, and these square wave pulse voltages Ps are to be removed in this embodiment. Is a signal.

また、図21はマスク信号の生成過程及び位置検出信号の生成過程を模式的に示す図である。なお、図21は、横軸に電気角をとり、縦軸は上側から各相U,V,Wの誘起電圧信号Ud,Vd,Wd(図20と同じ信号)と、前記誘起電圧信号Ud、Vd、Wdそれぞれに重畳されている方形波パルス電圧信号Psを分離するためのマスク信号Um、Vm、Wmと、前記マスク信号によってUd、Vd、Wdから分離された方形波パル電圧信号Ups、Vps、Wpsと、各相U,V,Wの位置検出信号Us、Vs、Wsと、電気角30°位相シフトした後の位置検出信号Uss、Vss、Wssとが順番に図示されている。   FIG. 21 is a diagram schematically showing a mask signal generation process and a position detection signal generation process. In FIG. 21, the horizontal axis represents the electrical angle, and the vertical axis represents the induced voltage signals Ud, Vd, Wd (the same signals as in FIG. 20) of the phases U, V, W from the upper side, and the induced voltage signal Ud, Mask signals Um, Vm, Wm for separating the square wave pulse voltage signal Ps superimposed on Vd, Wd, respectively, and square wave pulse voltage signals Ups, Vps separated from Ud, Vd, Wd by the mask signal. , Wps, position detection signals Us, Vs, Ws of each phase U, V, W, and position detection signals Uss, Vss, Wss after a phase shift of 30 electrical degrees are illustrated in order.

図20に示す各相U,V,Wの誘起電圧波形Uv、Vv、Wvは、誘起電圧I/F回路12(図1参照)に入力され、図2のローパスフィルタ回路15A〜15Cの分圧回路によりコンパレータ17A〜17Cに入力可能な電圧Uv2、Vv2、Wv2に分圧される。その後、ローパスフィルタ回路18A〜18CによりPWMノイズを除去した後の誘起電圧信号Uv3、Vv3、Wv3を生成し、これらの電圧値から等価中性点電圧が得られる。この等価中性点電圧と誘起電圧波形Uv3とをコンパレータに入力すると、誘起電圧信号Udが得られる。同様にして、アナログ信号の誘起電圧波形Vv3,Wv3からデジタル信号の誘起電圧信号Vd,Wdが得られる。これら、誘起電圧信号Ud,Vd,Wdは、制御装置11の分離手段21に入力され、以下の処理によって通電切り替えタイミングが生成される。   The induced voltage waveforms Uv, Vv, and Wv of the phases U, V, and W shown in FIG. 20 are input to the induced voltage I / F circuit 12 (see FIG. 1) and divided by the low-pass filter circuits 15A to 15C in FIG. The circuit divides the voltages into voltages Uv2, Vv2, and Wv2 that can be input to the comparators 17A to 17C. Thereafter, the induced voltage signals Uv3, Vv3, and Wv3 after the PWM noise is removed by the low-pass filter circuits 18A to 18C are generated, and an equivalent neutral point voltage is obtained from these voltage values. When this equivalent neutral point voltage and the induced voltage waveform Uv3 are input to the comparator, an induced voltage signal Ud is obtained. Similarly, the induced voltage signals Vd and Wd of the digital signal are obtained from the induced voltage waveforms Vv3 and Wv3 of the analog signal. These induced voltage signals Ud, Vd, Wd are input to the separating means 21 of the control device 11, and the energization switching timing is generated by the following processing.

分離手段21は、誘起電圧信号Ud,Vd,Wdのパルス信号から、方形波パルス電圧Psのエッジとロータ41の回転により生じる誘起電圧のエッジとを分離し、回転子位置検出部23がロータ41の回転により生じる誘起電圧の情報からなる位置検出信号Us,Vs,Wsを作成し、励磁切り替えタイミング演算手段22に受け渡す。励磁切り替えタイミング演算手段22では、図21に示す位置検出信号Us,Vs,Wsのエッジ(誘起電圧エッジ)の間隔Teをカウントする。具体的には、位置検出信号Us,Vs,Wsのすべてのエッジをトリガーとしてカウンタによる計測を開始し、次にいずれかの位置検出信号Us,Vs,Wsのエッジが検出されたらカウント値をクリアすると同時に次のカウントを開始する。ここで、ブラシレスモータ1が回転しているときには、誘起電圧エッジの間隔Teは、電気角60°ごとに発生するので、誘起電圧の発生間隔を示すカウント値からロータ41の回転速度や加速度を演算し、これに応じて次に通電を切り替えるタイミングを補正し、その分だけ位置検出信号Us,Vs,Wsの位相をシフトして位相検出信号Uss,Vss,Wssを生成する。そして、励磁信号出力手段27が、これら位相検出信号Uss,Vss,Wssに従ってインバータ回路13を制御し、各固定子巻線U,V,Wへの通電を切り替えてブラシレスモータ1のロータ41を回転させる。   The separating means 21 separates the edge of the square wave pulse voltage Ps and the edge of the induced voltage generated by the rotation of the rotor 41 from the pulse signals of the induced voltage signals Ud, Vd, and Wd. Position detection signals Us, Vs, Ws comprising information on the induced voltage generated by the rotation of the rotation are generated and transferred to the excitation switching timing calculation means 22. The excitation switching timing calculation means 22 counts the intervals Te between the edges (induced voltage edges) of the position detection signals Us, Vs, Ws shown in FIG. Specifically, measurement by the counter is started using all edges of the position detection signals Us, Vs, and Ws as triggers, and the count value is cleared when any edge of the position detection signals Us, Vs, and Ws is detected next. At the same time, the next count is started. Here, when the brushless motor 1 is rotating, the induced voltage edge interval Te is generated at every electrical angle of 60 °. Therefore, the rotational speed and acceleration of the rotor 41 are calculated from the count value indicating the induced voltage generation interval. In response to this, the timing to switch the energization next is corrected, and the phase of the position detection signals Us, Vs, Ws is shifted by that amount to generate the phase detection signals Uss, Vss, Wss. The excitation signal output means 27 controls the inverter circuit 13 in accordance with the phase detection signals Uss, Vss, Wss, and switches the energization to the stator windings U, V, W to rotate the rotor 41 of the brushless motor 1. Let

ここで、励磁信号出力手段27はマスク信号生成手段27Aを備えており、マスク信号生成手段27Aは、励磁信号出力手段27がインバータ回路13に通電パターンを出力する直前に分離手段21にマスク信号を出力する。
例えば、図21の例では、U相の位置検出信号Ussのエッジの発生タイミングの直前に、W相のマスク信号WmをH(High)レベルに設定する。同様に、V相の位置検出信号Vssのエッジエッジの発生タイミングの直前に、U相のマスク信号UmをH(High)レベルに設定する。W相の位置検出信号Wssのエッジの発生タイミングの直前に、V相のマスク信号VmをH(High)レベルに設定する。これら各マスク信号Um,Vm,Wmの信号レベルは所定の電気角の間維持された後にL(Low)レベルに変更される。
Here, the excitation signal output means 27 includes a mask signal generation means 27A. The mask signal generation means 27A outputs a mask signal to the separation means 21 immediately before the excitation signal output means 27 outputs an energization pattern to the inverter circuit 13. Output.
For example, in the example of FIG. 21, the W-phase mask signal Wm is set to the H (High) level immediately before the occurrence timing of the edge of the U-phase position detection signal Uss. Similarly, the U-phase mask signal Um is set to the H (High) level immediately before the edge generation timing of the V-phase position detection signal Vss. Immediately before the occurrence timing of the edge of the W-phase position detection signal Wss, the V-phase mask signal Vm is set to the H (High) level. The signal levels of these mask signals Um, Vm, Wm are changed to L (Low) level after being maintained for a predetermined electrical angle.

なお、マスク信号Um,Vm,Wmのパルス幅を決定する電気角は、常にTeの計測値から予めメモリされている角度を算出する。具体的には、通常負荷で回転させたときの方形波パルス電圧Psのパルス幅よりも大きく、かつマスク信号のパルスで誘起電圧波形Uv,Vv,Wvと等価中性点電圧との交点がマスクされないような値、0°<θ<30°が用いられる。   Note that the electrical angle that determines the pulse width of the mask signals Um, Vm, and Wm is always calculated in advance from the measured value of Te. Specifically, the intersection of the induced voltage waveforms Uv, Vv, Wv and the equivalent neutral point voltage is masked by the pulse of the mask signal, which is larger than the pulse width of the square wave pulse voltage Ps when rotated by a normal load. A value such that 0 ° <θ <30 ° is used.

以降は、誘起電圧I/F回路12から入力される誘起電圧信号Ud,Vd,Wdに対して、マスク信号Um,Vm,Wmで方形波パルス電圧Psのパルスを除去して位置検出信号Us,Vs,Wsを作成し、複数台並列モータ1の通電制御を行う。   Thereafter, with respect to the induced voltage signals Ud, Vd, Wd input from the induced voltage I / F circuit 12, the pulses of the square wave pulse voltage Ps are removed by the mask signals Um, Vm, Wm, and the position detection signals Us, Vs and Ws are created, and energization control of the plural parallel motors 1 is performed.

ここで、方形波パルス電圧Psのパルス幅は、負荷の大きさや、回転速度によって変化する。これに対して、マスク信号Um,Vm,Wmは、一定のパルス幅なので、マスク信号Um,Vm,Wmで方形波パルス電圧Psのパルスを完全にマスクできる場合と、マスクしきれない場合とが生じる。   Here, the pulse width of the square wave pulse voltage Ps varies depending on the size of the load and the rotation speed. On the other hand, since the mask signals Um, Vm, and Wm have a constant pulse width, there are cases where the mask signal Um, Vm, and Wm can completely mask the pulse of the square wave pulse voltage Ps and cases where the mask signal cannot be completely masked. Arise.

まず、方形波パルス電圧Psのパルス幅がマスク幅以下の場合には、図22に示すように、方形波パルス電圧Psの開始エッジ及び終了エッジの両方をマスクすることができる。この場合には、分離手段21は、表1に示すような誘起電圧信号検出ロジックに従って、誘起電圧信号Ud,Vd,Wdから位置検出信号Us,Vs,Wsを作成する。   First, when the pulse width of the square wave pulse voltage Ps is equal to or smaller than the mask width, both the start edge and the end edge of the square wave pulse voltage Ps can be masked as shown in FIG. In this case, the separating unit 21 creates the position detection signals Us, Vs, Ws from the induced voltage signals Ud, Vd, Wd according to the induced voltage signal detection logic as shown in Table 1.

なお、図22において、電気角θ1から始まる方形波パルス電圧Psの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジは、マスク信号UmがHレベルであるので無視される。電気角θ2における立ち上がりエッジは、表1の立ち上がりエッジの誘起電圧信号Udについての条件を満たすので、U相の誘起電圧の立ち上がりエッジとみなされる。同様に、電気角θ3から始まる方形波パルス電圧Psの立ち下がりエッジ及び立ち上がりエッジは、マスク信号UmがHレベルであるので無視される。電気角θ4における誘起電圧信号Udの立ち下がりエッジは、表1の立ち下がりエッジの誘起電圧信号Udについての条件を満たすので、固定子巻線Uの誘起電圧の立ち下がりエッジとみなされる。同様にして他の誘起電圧信号Vd,Wdについても、表1の誘起電圧信号検出ロジックに従って誘起電圧の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとを判定し、位置検出信号Us,Vs,Wsを作成する。   In FIG. 22, the rising edge and falling edge of the square wave pulse voltage Ps starting from the electrical angle θ1 are ignored because the mask signal Um is at the H level. Since the rising edge at the electrical angle θ2 satisfies the condition for the induced voltage signal Ud of the rising edge in Table 1, it is regarded as the rising edge of the U-phase induced voltage. Similarly, the falling edge and rising edge of the square wave pulse voltage Ps starting from the electrical angle θ3 are ignored because the mask signal Um is at the H level. Since the falling edge of the induced voltage signal Ud at the electrical angle θ4 satisfies the conditions for the induced voltage signal Ud of the falling edge in Table 1, it is regarded as the falling edge of the induced voltage of the stator winding U. Similarly, with respect to the other induced voltage signals Vd and Wd, the rising edge and the falling edge of the induced voltage are determined according to the induced voltage signal detection logic shown in Table 1, and the position detection signals Us, Vs, and Ws are created.

これに対して、図23に示すように、方形波パルス電圧Psのパルス幅がマスク幅を越える場合には、方形波パルス電圧Psの開始エッジはマスクできるが、方形波パルス電圧Psの終了エッジはマスクすることができない。このような場合に、分離手段21は、表1に示すような誘起電圧信号検出ロジックに加えて、表2に示すような方形波パルス電圧終了エッジ判定ロジックを参照して誘起電圧エッジを分離し、位置検出信号Us,Vs,Wsを作成する。   On the other hand, as shown in FIG. 23, when the pulse width of the square wave pulse voltage Ps exceeds the mask width, the start edge of the square wave pulse voltage Ps can be masked, but the end edge of the square wave pulse voltage Ps. Can not be masked. In such a case, the separating means 21 separates the induced voltage edge with reference to the square wave pulse voltage end edge determination logic as shown in Table 2 in addition to the induced voltage signal detection logic as shown in Table 1. The position detection signals Us, Vs and Ws are generated.

図23において、電気角θ1から始まる方形波パルス電圧Psの立ち上がりエッジは、マスクされるが、同じ方形波パルス電圧Psの立ち下がりエッジは、マスクできないので、表2及び表3に示す立ち下がりエッジの条件を満たすか否かを調べる。この場合には、表3の立ち下がりエッジの誘起電圧信号Udについての条件を満たすので、方形波パルス電圧Psのエッジであるとみなし、この信号を除去した上で位置検出信号Usを作成する。電気角θ2のエッジは、前記のように表1の条件を満たすので、誘起電圧エッジとする。同様に、電気角θ3から始まる方形波パルス電圧Psの立ち下がりエッジは、マスク信号Umによって除去され、同じ方形波パルス電圧Psの立ち上がりエッジは、表3の立ち上がりエッジの誘起電圧信号Udについての条件を満たすので除去する。このようにして、マスク信号Umで除去しきれない方形波パルス電圧Psのパルスがあった場合には、他の誘起電圧信号Vd,Wdの電圧レベルの高低を調べて表2及び表3の条件に当てはめることで除去の要否を判定し、方形波パルス電圧Psによる信号を除去して位置検出信号Usを作成する。さらに、同様にして、位置検出信号Vs,Wsを作成する。   In FIG. 23, the rising edge of the square wave pulse voltage Ps starting from the electrical angle θ1 is masked, but the falling edge of the same square wave pulse voltage Ps cannot be masked. Therefore, the falling edges shown in Tables 2 and 3 are used. It is checked whether or not the condition of the above is satisfied. In this case, since the conditions for the induced voltage signal Ud of the falling edge in Table 3 are satisfied, the position detection signal Us is created after removing the signal, considering the edge of the square wave pulse voltage Ps. The edge of the electrical angle θ2 satisfies the conditions in Table 1 as described above, and is therefore an induced voltage edge. Similarly, the falling edge of the square wave pulse voltage Ps starting from the electrical angle θ3 is removed by the mask signal Um, and the rising edge of the same square wave pulse voltage Ps is the condition for the induced voltage signal Ud of the rising edge in Table 3. Since it satisfies, it is removed. In this way, when there is a pulse of the square wave pulse voltage Ps that cannot be removed by the mask signal Um, the level of the voltage levels of the other induced voltage signals Vd and Wd is examined and the conditions shown in Tables 2 and 3 are satisfied. To determine whether or not it is necessary to remove the signal, and a signal based on the square wave pulse voltage Ps is removed to generate the position detection signal Us. Further, similarly, the position detection signals Vs and Ws are created.

ここで、位相検出信号Uss,Vss,Wssを生成する際に、通電を切り替えるタイミングを補正する処理について説明する。補正は、励磁切り替えタイミング演算手段22に設けられた遅れ位相補正部22Aで実施する。補正の対象となる遅れ位相を図23に示す。図24は、U相における励磁タイミングと遅れ位相θ1、θ2を模式的に示している。遅れ位相θ1は、誘起電圧I/F回路12のローパスフィルタ回路15A〜15Cに起因し、回転速度によって変化する。遅れ位相θ2は、コンパレータ17A〜17Cから後段の誘起電圧I/F回路12、すなわちコンパレータ17A〜17Cとローパスフィルタ回路18A〜18Cによる遅れ成分θ2aと、制御装置11のマイコンの処理遅れ時間θ2bの和(θ2=θ2a+θ2b)であり、駆動装置2に固有の値である。したがって、遅れ位相補正部22Aは、遅れ位相θ1を補正するフィルタ遅れ位相補正手段、及び遅れ位相θ2を補正する回路遅れ位相補正手段として機能する。   Here, a process for correcting the timing of switching energization when generating the phase detection signals Uss, Vss, Wss will be described. The correction is performed by a delay phase correction unit 22A provided in the excitation switching timing calculation unit 22. FIG. 23 shows the delay phase to be corrected. FIG. 24 schematically shows excitation timing and delay phases θ1 and θ2 in the U phase. The delay phase θ1 is caused by the low-pass filter circuits 15A to 15C of the induced voltage I / F circuit 12, and changes depending on the rotation speed. The delay phase θ2 is the sum of the induced voltage I / F circuit 12 at the subsequent stage from the comparators 17A to 17C, that is, the delay component θ2a by the comparators 17A to 17C and the low-pass filter circuits 18A to 18C, and the processing delay time θ2b of the microcomputer of the control device 11. (Θ2 = θ2a + θ2b), which is a value unique to the driving device 2. Therefore, the delay phase correction unit 22A functions as a filter delay phase correction unit that corrects the delay phase θ1 and a circuit delay phase correction unit that corrects the delay phase θ2.

まず、フィルタ遅れ位相補正手段としての遅れ位相補正部22Aの処理について説明する。
図25に示す範囲R5がブラシレスモータ1の回転速度の制御範囲である場合、ローパスフィルタ回路15A〜15Cは、範囲R5より高い周波数領域にカットオフ周波数fcが設定される。図25は、横軸を周波数の対数表示とし、縦軸を位相にしたボード線図である。カットオフ周波数fcのローパスフィルタ回路15A〜15Cを通った誘起電圧信号には遅れ位相θ1が生じる。遅れ位相θ1は、高周波数になる程、大きくなる。
First, the processing of the delay phase correction unit 22A as the filter delay phase correction means will be described.
When the range R5 shown in FIG. 25 is the control range of the rotational speed of the brushless motor 1, the low-pass filter circuits 15A to 15C have the cutoff frequency fc set in a frequency region higher than the range R5. FIG. 25 is a Bode diagram in which the horizontal axis represents logarithm of frequency and the vertical axis represents phase. A delayed phase θ1 is generated in the induced voltage signal that has passed through the low-pass filter circuits 15A to 15C having the cutoff frequency fc. The delay phase θ1 increases as the frequency increases.

ローパスフィルタ回路15A〜15Cの伝達関数G(s)は、τ(=C×R)を用いると次式で表せる。
G(s)=1/(τs+1) (1)
式(1)から、遅れ位相θ1〔rad〕は、
θ1=−arctan(ωτ) (2)
The transfer function G (s) of the low-pass filter circuits 15A to 15C can be expressed by the following equation using τ (= C × R).
G (s) = 1 / (τs + 1) (1)
From equation (1), the delay phase θ1 [rad] is
θ1 = −arctan (ωτ) (2)

ここで、角加速度ωは、回転速度に相当するモータ端子電圧の基本周波数fの関数として表すことができるので、
θ1=−arctan(2πτ×f) (3)
となる。単位を〔°〕に変換し、遅れにとると、
θ1=arctan(2πτ×f)×360/2π (4)
となる。電気角60°回転するのに要する時間をTaとすると、1/f=6Taなので、θ1=arctan(2πτ/6Ta)×360/2π (5)
式(5)からローパスフィルタ回路15A〜15Cによる遅れ位相θ1を算出できる。遅れ位相θ1は、式(5)からその都度計算しても良いが、この実施の形態では遅れ位相補正部22Aにマップ登録しておき、時間Taで検索して遅れ位相θ1を求める。
Here, the angular acceleration ω can be expressed as a function of the fundamental frequency f of the motor terminal voltage corresponding to the rotational speed.
θ1 = −arctan (2πτ × f) (3)
It becomes. If you change the unit to [°] and take the delay,
θ1 = arctan (2πτ × f) × 360 / 2π (4)
It becomes. Assuming that the time required to rotate the electrical angle of 60 ° is Ta, 1 / f = 6Ta, so θ1 = arctan (2πτ / 6Ta) × 360 / 2π (5)
The delay phase θ1 by the low-pass filter circuits 15A to 15C can be calculated from Expression (5). The delay phase θ1 may be calculated each time from the equation (5), but in this embodiment, the map is registered in the delay phase correction unit 22A, and the delay phase θ1 is obtained by searching at the time Ta.

次に、回路遅れ位相補正手段としての遅れ位相補正部22Aの処理について説明する。
遅れ位相θ2は、ローパスフィルタ回路15A〜15C以外のその他の回路及びソフトウェア処理によって発生する。この遅れ位相θ2は、コンパレータ17A〜17C、ローパスフィルタ回路18A〜18C、マイコンなどに起因して発生する。このときの遅れ時間T2は、回転速度に依らず一定値である。したがって、電気角60°回転するのに要する時間Taに対する遅れ時間T2の割合から遅れ位相θ2を算出できる。
θ2=(T2/Ta)×60〔°〕 (6)
Next, processing of the delay phase correction unit 22A as circuit delay phase correction means will be described.
The delay phase θ2 is generated by other circuits other than the low-pass filter circuits 15A to 15C and software processing. This delay phase θ2 is generated due to comparators 17A to 17C, low-pass filter circuits 18A to 18C, a microcomputer, and the like. The delay time T2 at this time is a constant value regardless of the rotation speed. Therefore, the delay phase θ2 can be calculated from the ratio of the delay time T2 to the time Ta required to rotate the electrical angle of 60 °.
θ2 = (T2 / Ta) × 60 [°] (6)

式(6)からは、遅れ時間T2が一定なので、回転速度が上昇して時間Taが短くなると、T2/Taの値が大きくなって、遅れ位相θ2が大きくなることがわかる。なお、式(6)もマップ化しておくと、計算をスムーズに行える。   From equation (6), it can be seen that since the delay time T2 is constant, the value of T2 / Ta increases and the delay phase θ2 increases as the rotational speed increases and the time Ta decreases. If equation (6) is also mapped, the calculation can be performed smoothly.

以上から、励磁を切り替えるタイミングEwは、
Ew=30−(θ1+θ2) (7)
になる。マップを使用してタイミングEwを補正することで、タイミングEwを速やかに演算できる。さらに、補正したタイミングEwを使用することで、回転速度に依らずに励磁を精度良く切り替えられる。
From the above, the timing Ew for switching excitation is
Ew = 30− (θ1 + θ2) (7)
become. By correcting the timing Ew using the map, the timing Ew can be quickly calculated. Further, by using the corrected timing Ew, the excitation can be switched with high accuracy regardless of the rotation speed.

次に、始動時に回転速度が既に領域R2にあるときについて説明する。
図26に示すように、始動前の状態が前記したフリーラン状態と同じになる。図5のフローチャートに従ってステップS103からステップS108の処理を実施してもフリーランしている回転状態への影響は少なく、フリーラン状態を維持できる。したがって、ステップS109からステップS110に進んで、定常駆動モードに移行する。
Next, the case where the rotational speed is already in the region R2 at the start will be described.
As shown in FIG. 26, the state before starting becomes the same as the above-described free-run state. Even if the processing from step S103 to step S108 is performed according to the flowchart of FIG. 5, the free running state is hardly affected and the free running state can be maintained. Accordingly, the process proceeds from step S109 to step S110 to shift to the steady drive mode.

始動時に回転速度が図4に示す領域R3にあるときについて説明する。
図5のステップS101からステップS108を実施しても、逆方向に回転しているロータ41の誘起電圧波形では、正転専用ロジックでロータ位置信号を抽出することはできない。したがって、ロータ位置信号が例えば1〜9秒程度の所定の時間の間、検出できないときは、励磁切り替えタイミング演算手段22のフリーランモード22Cからの励磁切り替えタイミング信号がモード選択手段40に送られないので、モード選択手段が逆転状態にあると判定する。
この場合、図1に示す制御装置11は、ブレーキ停止モード26Eが2相ロック通電を一定の時間、過電流とならない程度の低いデューティでブラシレスモータ1に印加する(ブレーキ停止モード26E)。ラジエータファンにはブレーキとして働き、ラジエータファンの回転速度が小さくなって、停止状態に近くなる。
The case where the rotation speed is in the region R3 shown in FIG. 4 at the start will be described.
Even if steps S101 to S108 in FIG. 5 are performed, the rotor position signal cannot be extracted by the forward rotation dedicated logic in the induced voltage waveform of the rotor 41 rotating in the reverse direction. Therefore, when the rotor position signal cannot be detected for a predetermined time of, for example, about 1 to 9 seconds, the excitation switching timing signal from the free run mode 22C of the excitation switching timing calculation unit 22 is not sent to the mode selection unit 40. Therefore, it is determined that the mode selection means is in the reverse rotation state.
In this case, the control device 11 shown in FIG. 1 applies the two-phase lock energization to the brushless motor 1 with a low duty that does not cause overcurrent for a certain period of time in the brake stop mode 26E (brake stop mode 26E). The radiator fan acts as a brake, and the rotation speed of the radiator fan is reduced to approach the stop state.

図27に始動時に逆回転しているときの回転速度の変化を示す。2相ロック通電を継続する時間は、予め設定されたブレーキ通電時間で、例えば、1〜9秒程度である。これによって、ブラシレスモータ1の回転速度は、−N1からゼロに近付く。前記したように、ラジエータファンは、逆回転している場合に回転数及びトルクは小さいからである。   FIG. 27 shows the change in the rotational speed when the engine rotates in reverse at the start. The time for which the two-phase lock energization is continued is a preset brake energization time, for example, about 1 to 9 seconds. As a result, the rotational speed of the brushless motor 1 approaches -N1 to zero. This is because, as described above, the radiator fan has a small number of rotations and torque when it is rotating in the reverse direction.

ブレーキ通電時間が経過したら、インダクタンス検出を用いた始動処理を実施する。ラジエータファンは、フリクションが大きいシステムなので機械的な時定数は大きく、逆回転中に強制的に停止させた場合、風力によって再び逆方向に回転し始めるまでには時間がかかるため、回転速度が領域R1に留まっているからである。以降は、前記したステップS102からステップS108を実施し、定常駆動モードに移行する。   When the brake energization time has elapsed, start processing using inductance detection is performed. Since the radiator fan is a system with high friction, the mechanical time constant is large, and if it is forcibly stopped during reverse rotation, it takes time to start rotating in the reverse direction again due to the wind force. This is because it stays at R1. Thereafter, the above-described steps S102 to S108 are performed, and the routine shifts to the steady drive mode.

この実施の形態によれば、コイルが作る磁束とマグネットが作る磁束が同じ方向の場合、つまりコイルとマグネットの間で磁束が流れ易いようなロータ位置ではインダクタンスが小さくなることに着目したので、従来の方法に比べて精度良く、かつ安定してロータ停止位置を検出することができる。
インダクタンス検出のための特別の回路が不要になるので回路構成を簡略化できる。
According to this embodiment, when the magnetic flux generated by the coil and the magnetic flux generated by the magnet are in the same direction, that is, the rotor position where the magnetic flux easily flows between the coil and the magnet, the inductance is reduced. Compared with this method, the rotor stop position can be detected with high accuracy and stability.
Since a special circuit for detecting inductance is not required, the circuit configuration can be simplified.

ここで、このようなブラシレスモータ1は、例えば、ファンモータや、燃料ポンプのモータなど、イナーシャが大きいモータ、コギングトルクが無いスロットレスモータ、摩擦やコギングトルク等による損失が少ない低損失モータがあげられる。スロットレスモータでは、スロットのコアがないことからインダクタンス検出によるロータ停止位置の検出ができない。しかしながら、イナーシャが極めて小さいことから、ロータの停止位置を検出する際の通電で所定の回転位置に容易に吸い付けることができるので、そのような方法で停止位置を決めて、そこから電気角120°位相が遅れた通電パターンを始動励磁パターンに選択すれば良い。   Here, the brushless motor 1 is, for example, a motor having a large inertia such as a fan motor or a fuel pump motor, a slotless motor having no cogging torque, and a low loss motor having a small loss due to friction or cogging torque. It is done. In a slotless motor, the rotor stop position cannot be detected by inductance detection because there is no slot core. However, since the inertia is extremely small, it can be easily sucked to the predetermined rotation position by energization when detecting the stop position of the rotor. Therefore, the stop position is determined by such a method, and the electric angle 120 is determined therefrom. ° Energization pattern with delayed phase may be selected as starting excitation pattern.

なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、正転専用ロジックに加えて逆転専用ロジックを使用しても良い。逆転専用ロジックは、回転方向判定手段23が逆転と判定するときに回転方向検出ロジック選択手段24によって選択されるもので、表3に示す誘起電圧信号検出ロジックと、表2に示す方形波パルス電圧終了エッジ判定ロジックとからなり、分離手段21に登録されている。逆転専用ロジックを使用することで逆回転状態にあることを確実に検出できるようになる。
Note that the present invention can be widely applied without being limited to the above-described embodiment.
For example, a reverse rotation dedicated logic may be used in addition to the forward rotation dedicated logic. The reverse rotation dedicated logic is selected by the rotation direction detection logic selection unit 24 when the rotation direction determination unit 23 determines that the rotation is reverse. The induced voltage signal detection logic shown in Table 3 and the square wave pulse voltage shown in Table 2 are selected. It consists of end edge determination logic and is registered in the separation means 21. By using the reverse rotation dedicated logic, it is possible to reliably detect the reverse rotation state.

ステップS112のブレーキ停止処理を最初に実施しても良い。始動時にブラシレスモータ1の回転速度がいずれの領域R1〜R3にある場合でも、ブレーキ停止処理によって強制的に領域R1に制御されるようになる。
6つの通電パターン全てについてカウント値を計数してロータ停止位置を判定しても良い。
ブラシレスモータ1は、複数台を並列に接続させても良い。
ロータ停止位置を検出した後の始動方法や、定常回転時の駆動方法は、実施の形態に限定されない。
The brake stop process in step S112 may be performed first. Even when the rotational speed of the brushless motor 1 is in any of the regions R1 to R3 at the start, the control is forcibly controlled to the region R1 by the brake stop process.
The rotor stop position may be determined by counting the count values for all six energization patterns.
A plurality of brushless motors 1 may be connected in parallel.
The starting method after detecting the rotor stop position and the driving method during steady rotation are not limited to the embodiment.

1 ブラシレスモータ
2 駆動装置
11 制御装置
13 インバータ回路
13A シャント抵抗(電流測定手段)
29A 記憶手段
29B カウンタ
30 電流印加時間比較手段(位置推定手段)
30A マップ
31 ロータ位置推定手段(位置推定手段)
38 過電流検出手段(電流比較手段)
41 ロータ
U,V,W コイル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Brushless motor 2 Drive apparatus 11 Control apparatus 13 Inverter circuit 13A Shunt resistance (current measurement means)
29A Storage means 29B Counter 30 Current application time comparison means (position estimation means)
30A map 31 rotor position estimating means (position estimating means)
38 Overcurrent detection means (current comparison means)
41 Rotor U, V, W Coil

Claims (5)

ロータと複数相のコイルが巻装されたステータを備えるブラシレスモータの制御装置であって、
複数相の前記コイルに流す電流の、あらかじめ定められた複数の通電パターンを指令する信号を発生させる位置信号発生手段と、
前記位置信号発生手段からの信号によって前記コイルに電流を供給するインバータ回路と、
前記コイルに流れる電流を測定するために用いられる電流測定手段と、
前記電流測定手段を用いて測定された電流値が予め設定された閾値以上になったら検出信号を出力する電流比較手段と、
通電パターンを指令する信号が出力されてから前記検出信号が出力されるまでの通電時間を通電パターンごとに計数するカウンタと、
前記複数の通電パターンのうち、連続して通電される通電パターンの前記通電時間の差分と、前記差分に応じたロータ停止位置とを関付けたマップからロータ停止位置を決定する位置推定手段とを備える、
ことを特徴とするブラシレスモータの制御装置。
A control device for a brushless motor comprising a rotor and a stator around which coils of a plurality of phases are wound,
Position signal generating means for generating a signal for instructing a plurality of predetermined energization patterns of currents flowing through the coils of a plurality of phases;
An inverter circuit for supplying a current to the coil by a signal from the position signal generating means;
Current measuring means used for measuring the current flowing in the coil;
A current comparison means for outputting a detection signal when a current value measured using the current measurement means is equal to or greater than a preset threshold; and
A counter for counting the current time from the signal instructing the energization pattern is outputted to said detection signal is output for each energization pattern,
Among the plurality of energization pattern, the position estimating means for determining and said energization time of the energization pattern is energized continuously difference, the rotor stop position and a rotor stop position from the related with the map corresponding to the difference Comprising
A control device for a brushless motor.
前記連続して通電される通電パターンの数は2つ〜4つであり、それら各通電パターン間の差分の符号の組み合わせから前記通電パターンを推定して制御する
ことを特徴とする請求項1に記載のブラシレスモータの制御装置。
The number of energization patterns that are energized continuously is two to four, and the energization patterns are estimated and controlled from combinations of signs of differences between the energization patterns. The brushless motor control device described.
前記電流比較手段は、前記インバータ回路に流れる過電流を検出する過電流検出回路である
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のブラシレスモータの制御装置。
The brushless motor control device according to claim 1, wherein the current comparison unit is an overcurrent detection circuit that detects an overcurrent flowing through the inverter circuit.
ロータと複数相のコイルが巻装されたステータを備えるブラシレスモータの制御方法であって、
複数相の前記コイルに流す電流の、あらかじめ定められた複数の通電パターンを指令する信号を発生させるステップと、
前記コイルに流れる電流が所定の閾値以上になったら、電流供給を停止させるステップと、
通電パターンを指令する信号の出力から前記コイルに流れる電流が前記閾値以上になるまでの通電時間をカウンタで計数するステップと、
前記複数の通電パターンのうち、連続して通電される通電パターンの前記通電時間の差分と、前記差分に応じたロータ停止位置とを関付けたマップからロータ停止位置を判定するステップと、
を備えることを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
A control method of a brushless motor including a stator and a stator around which coils of a plurality of phases are wound,
Generating a signal for instructing a plurality of predetermined energization patterns of currents flowing through the coils of a plurality of phases;
Stopping the current supply when the current flowing through the coil is equal to or greater than a predetermined threshold;
Counting the energization time from the output of the signal that commands the energization pattern until the current flowing through the coil becomes equal to or greater than the threshold;
Among the plurality of current patterns, and the energization time of the energization pattern is energized continuously difference, determining a rotor stop position from the related with maps and a rotor stop position in accordance with the difference,
A method for controlling a brushless motor, comprising:
前記カウンタで計数するステップは、2つ〜4つの通電パターンについて実施される
ことを特徴とする請求項4に記載のブラシレスモータの制御方法。
The brushless motor control method according to claim 4, wherein the step of counting by the counter is performed for two to four energization patterns.
JP2014058897A 2014-03-20 2014-03-20 Brushless motor control device and control method Expired - Fee Related JP5756542B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014058897A JP5756542B2 (en) 2014-03-20 2014-03-20 Brushless motor control device and control method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014058897A JP5756542B2 (en) 2014-03-20 2014-03-20 Brushless motor control device and control method

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013021824A Division JP5683618B2 (en) 2013-02-06 2013-02-06 Brushless motor driving device and control method, brushless fan motor driving device and control method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014113054A JP2014113054A (en) 2014-06-19
JP5756542B2 true JP5756542B2 (en) 2015-07-29

Family

ID=51169779

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014058897A Expired - Fee Related JP5756542B2 (en) 2014-03-20 2014-03-20 Brushless motor control device and control method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5756542B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6621289B2 (en) * 2015-09-30 2019-12-18 アイシン精機株式会社 Drive source control device
US9876452B1 (en) 2016-12-16 2018-01-23 Semiconductor Components Industries, Llc Rotor position sensing system for permanent magnet synchronous motors and related methods
US10218296B1 (en) 2017-08-29 2019-02-26 Semiconductor Components Industries, Llc Rotor position sensing system for three phase motors and related methods

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014113054A (en) 2014-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5198017B2 (en) Brushless motor control device and method of detecting rotor stop position of brushless motor
JP5888879B2 (en) Drive device and stop position detection method
JP6132749B2 (en) Brushless motor driving apparatus and brushless motor starting method
JP2008092784A (en) Drive unit for brushless motor, and method for starting the brushless motor and method for detecting stopping position of rotor of the brushless motor
WO2017033508A1 (en) Drive system and inverter device
JP2002335699A (en) Controller of ac motor
JP5683618B2 (en) Brushless motor driving device and control method, brushless fan motor driving device and control method
JP5173209B2 (en) Drive device for a plurality of brushless motors connected in parallel, start method for a plurality of brushless motors connected in parallel, and rotor stop position detection method for a plurality of brushless motors connected in parallel
JP5756542B2 (en) Brushless motor control device and control method
JP5634541B2 (en) Brushless fan motor driving apparatus and brushless fan motor control method
JP2010193707A (en) Method for driving brushless dc motor
JP2011125079A (en) Drive device for brushless motor and method of starting the same
JP5857825B2 (en) Motor control device
JP5634540B2 (en) Brushless motor driving device and control method, brushless fan motor driving device and control method
JP2010178609A (en) Motor control device
CN112640291A (en) Motor control device
JP6173107B2 (en) Brushless motor driving apparatus and driving method
JP5745955B2 (en) Driving apparatus and driving method
JP5055835B2 (en) Synchronous motor drive
US20150188467A1 (en) Zero crossing point estimating circuit, motor driving control apparatus and method using the same
JP2020191724A (en) Control device
WO2018012447A1 (en) Control device and control method for rotary electric machine
JP2008295260A (en) Drive device of brushless motor
JP7099225B2 (en) Motor control device
JP2016067079A (en) Controller for motor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140320

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150130

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150224

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150409

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150507

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150529

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5756542

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees