JP5766222B2 - Brushless fan motor driving device and starting method - Google Patents

Brushless fan motor driving device and starting method Download PDF

Info

Publication number
JP5766222B2
JP5766222B2 JP2013020923A JP2013020923A JP5766222B2 JP 5766222 B2 JP5766222 B2 JP 5766222B2 JP 2013020923 A JP2013020923 A JP 2013020923A JP 2013020923 A JP2013020923 A JP 2013020923A JP 5766222 B2 JP5766222 B2 JP 5766222B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotor
time
fan motor
energization
phase
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
JP2013020923A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2013081370A (en
Inventor
真治 渋谷
真治 渋谷
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 JP2013020923A priority Critical patent/JP5766222B2/en
Publication of JP2013081370A publication Critical patent/JP2013081370A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5766222B2 publication Critical patent/JP5766222B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

本発明は、ブラシレスファンモータの駆動装置、及び始動方法に関する。   The present invention relates to a brushless fan motor driving apparatus and a starting method.

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.

他のロータ停止位置の検出方法としては、ロータが動かない程度の短いパルス電流を1つのコイルから他の2つのコイルに同時に流して3相通電を行い、電流をオフしたときに2つのコイルに発生する方形波パルス電圧のパルス幅を検出することでロータ停止位置を判定するものがある(例えば、特許文献2参照)。2つのコイルに同時に発生する2つの方形波パルス電圧のパルス幅は、ロータの停止位置の違いによって微妙に変化するので、両者を比較することでロータ停止位置が特定される。   As another method for detecting the rotor stop position, a short pulse current that does not cause the rotor to move is simultaneously supplied from one coil to the other two coils to conduct three-phase energization. There is one that determines the rotor stop position by detecting the pulse width of the generated square wave pulse voltage (see, for example, Patent Document 2). Since the pulse widths of the two square wave pulse voltages generated simultaneously in the two coils slightly change depending on the difference in the rotor stop position, the rotor stop position is specified by comparing the two.

また、ブラシレスモータを始動させる従来の方法としては、ロータ位置を検出せずに、強制的に通電切り替えを行うオープンループ強制通電を実施し、ロータ位置が検出できるようになったら、前記したパルス信号に基づいて通電切り替えを制御するようにしたものがある(例えば、特許文献3参照)。
この他にも、特定位置にロータを位置決めする第一の通電パターンを通電してロータ位置を特定位置に吸い付けてロック状態とし、そこから60°進んだ第二の通電パターンを微小時間通電した後、第二の通電パターンからさらに60°進んだ第三の通電パターンを通電することでブラシレスモータを始動する方法がある(例えば、特許文献4参照)。
Also, as a conventional method for starting the brushless motor, the open pulse forced energization for forcibly switching the energization is performed without detecting the rotor position, and when the rotor position can be detected, the pulse signal described above is used. There is one in which the energization switching is controlled based on (see, for example, Patent Document 3).
In addition to this, the first energization pattern for positioning the rotor at a specific position is energized to suck the rotor position to the specific position to be in a locked state, and the second energization pattern advanced by 60 ° is energized for a short time. Thereafter, there is a method of starting the brushless motor by energizing a third energization pattern advanced by 60 ° from the second energization pattern (see, for example, Patent Document 4).

ここで、外部負荷によってブラシレスモータが逆回転している場合の始動方法としては、例えば、特許文献5に開示されているものがある。最初に、3相通電でロータの回転数を低下させた後、3相通電中に通電のON/OFFを繰り返し、相電流がゼロになる位置と位相差を調べる。電流の位相差から回転方向を判定し、逆回転状態にあると判定された場合には、各相のゼロ点の発生周期から逆転周波数を求める。逆転周波数の交流電流を供給して引き込みを行った後、その周波数を逆転方向から徐々に正転方向の周波数に変化させて、ロータの回転数を所望の回転数まで引き上げて起動する。   Here, as a starting method in the case where the brushless motor rotates in reverse by an external load, for example, there is one disclosed in Patent Document 5. First, after the rotor rotation speed is reduced by three-phase energization, the energization is repeatedly turned ON / OFF during the three-phase energization, and the position where the phase current becomes zero and the phase difference are examined. The direction of rotation is determined from the phase difference of the current, and when it is determined that the motor is in the reverse rotation state, the reverse rotation frequency is obtained from the zero point generation cycle of each phase. After pulling in by supplying an alternating current of reverse rotation frequency, the frequency is gradually changed from the reverse rotation direction to the frequency in the normal rotation direction, and the rotational speed of the rotor is increased to a desired rotational speed and started.

特開2004−40943号公報JP 2004-40943 A 特開2002−335691号公報JP 2002-335691 A 実開平6−25224号公報Japanese Utility Model Publication No. 6-25224 特開2001−211684号公報JP 2001-211684 A 特開2001−128485号公報JP 2001-128485 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、ロータ停止位置を検出する停止位置検出回路を構成するトランジスタや抵抗、コンパレータなどを追加しなければならず、装置構成が複雑化する要因になっていた。また、電圧の立ち上がり時間の差は小さいので、インダクタンスの差も微小になってしまい、精度の良い判定が難しかった。
特許文献2に開示されているような方法は、特別な回路を不要とするメリットを有するが、3相通電では印加電圧によるインダクタンスの差は小さいので、方形波パルス電圧のパルス幅の差が小さくなってしまい、精度の良い検知が難しかった。
また、ブラシレスモータを始動させる従来の方法で、オープンループ強制通電をする場合、外乱に弱く、ブラシレスモータのパラメータ依存性が大きいのでパラメータの設定が困難であった。また、強制通電を継続することで徐々にロータが回転し始めるようになるので、始動に要する時間が長くかかり、始動時のトルクも小さかった。なお、強制的な通電切り替えを多数回行うと、外乱の影響をさらに受け易くなってしまう。
所定の通電パターンでロータをロック状態にする場合や、インダクタンスを測定する場合も、ブラシレスモータが回転し始めてからロータ位置が検出できるようになるまでの間は、オープンループ強制通電を行う必要があるので、同様の課題を有する。さらに、ロータをロック状態にする場合、イナーシャの大きいモータでは、ロータを位置決めするまでに長い時間が必要であった。
逆回転状態から始動する場合、相電流がゼロになる位置を調べてから、回転方向や回転の周波数を算出するので、複雑な処理が必要であった。また、逆転方向から徐々に正転方向の周波数に変化させるので、始動までに長い時間が必要だった。
この発明は、このような事情に鑑みてなれたものであり、簡単な方法で短時間にモータを始動させ、かつ始動時に大きいトルクが得られ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 must add a transistor, a resistor, a comparator, and the like that constitute a stop position detection circuit for detecting the rotor stop position. This has become a factor that complicates the device configuration. Also, since the difference in voltage rise time is small, the difference in inductance is also very small, making it difficult to make a precise determination.
The method as disclosed in Patent Document 2 has an advantage that a special circuit is not required. However, since the difference in inductance due to applied voltage is small in three-phase energization, the difference in pulse width of the square wave pulse voltage is small. As a result, accurate detection was difficult.
In addition, when the open-loop forced energization is performed by the conventional method of starting the brushless motor, it is difficult to set parameters because it is vulnerable to disturbance and the parameter dependence of the brushless motor is large. Further, since the rotor starts to rotate gradually by continuing the forced energization, it takes a long time to start and the torque at the start is small. Note that if forced energization switching is performed many times, it will be more susceptible to disturbances.
Even when the rotor is locked with a predetermined energization pattern or when measuring the inductance, it is necessary to perform forced open-loop energization until the rotor position can be detected after the brushless motor starts rotating. So it has a similar problem. Furthermore, when the rotor is locked, a long inertia time is required for a motor having a large inertia until the rotor is positioned.
When starting from the reverse rotation state, the rotation direction and the frequency of rotation are calculated after checking the position where the phase current becomes zero, so that complicated processing is required. In addition, since the frequency is gradually changed from the reverse direction to the normal direction, it takes a long time to start.
The present invention has been made in view of such circumstances, and a main object thereof is to start a motor in a short time by a simple method and to obtain a large torque at the time of starting.

上記の課題を解決する本発明の請求項1に係る発明は、エンジンルーム内のラジエータに対して配設されラジエータファンの回転機構に使用されるブラシレスファンモータを駆動させるブラシレスファンモータの駆動装置であって、前記ブラシレスファンモータの始動時に前記ブラシレスファンモータのロータの停止位置に合わせた励磁パターンを初期通電時間だけ前記ブラシレスファンモータに通電した後、通電を停止して前記ブラシレスファンモータの前記ロータをフリーランさせる通電パターン決定手段と、フリーラン中に前記ブラシレスファンモータの端子に発生する誘起電圧の信号の時間間隔のうち、前記ブラシレスファンモータの始動後の2〜3回目の誘起電圧の信号の時間間隔に基づいて、前記ロータの位置を検出して励磁タイミングを決定する励磁切り替えタイミング演算手段と、を有し、前記2〜3回目の信号と、3〜4回目の信号の時間間隔が等しい場合に、2〜3回目の誘起電圧の信号の時間間隔に基づいて、前記ロータの位置を検出して励磁タイミングを決定し、一方、前記2〜3回目の信号と、3〜4回目の信号の時間間隔が変化する場合には、次の時間間隔を推定して励磁タイミングを算出することを特徴とするブラシレスファンモータの駆動装置とした。
このブラシレスモータの駆動装置では、始動したときにロータの回転位置を正しく検出できるように、一旦加速した後にフリーラン状態にし、フリーラン中に発生する誘起電圧からロータ位置を検出する。このときの誘起電圧は、パルス幅変調信号などの影響を受けない状態なので、ロータ位置が正しく検出される。ロータ位置を検出した後は通常の通電切り替えを実施する。
The invention according to claim 1 of the present invention for solving the above-mentioned problems is a brushless fan motor drive device that drives a brushless fan motor that is provided for a radiator in an engine room and is used for a rotation mechanism of a radiator fan. And energizing the brushless fan motor for an initial energization time with an excitation pattern that matches the rotor stop position of the brushless fan motor when starting the brushless fan motor, and then de-energizing the rotor of the brushless fan motor. Among the energization pattern determining means for free-running and the time interval of the signal of the induced voltage generated at the terminal of the brushless fan motor during the free-running, the signal of the second to third induced voltage after the brushless fan motor is started The rotor position is detected based on the time interval of Possess the excitation switch timing calculating means for determining the timing and the and 2-3 times of signal, when the time interval of 3 to 4 times of signal are equal, the time interval of the signal 2-3 th induced voltage The excitation timing is determined by detecting the position of the rotor based on the above, and when the time interval between the second and third signals and the third and fourth signals changes, the next time interval is determined. The brushless fan motor drive device is characterized in that the excitation timing is calculated by estimation .
In this brushless motor drive device, after accelerating, it is put into a free-run state and the rotor position is detected from the induced voltage generated during the free-run so that the rotational position of the rotor can be correctly detected when it is started. Since the induced voltage at this time is not affected by the pulse width modulation signal or the like, the rotor position is correctly detected. After detecting the rotor position, normal energization switching is performed.

請求項2に係る発明は、請求項1に記載のブラシレスファンモータの駆動装置において、前記初期通電時間は、前記ロータが回転を開始してから1回目の通電切り替えタイミングまでの時間以下の長さであることを特徴とする。
このブラシレスモータの駆動装置では、ロータがステータに吸い付いて逆トルクが発生しない範囲内で加速が行われるので、ロータ位置の検出に十分な回転速度でフリーランさせることができる
According to a second aspect of the present invention, in the brushless fan motor drive device according to the first aspect, the initial energization time is equal to or less than the time from the start of rotation of the rotor to the first energization switching timing. It is characterized by being.
In this brushless motor drive device, acceleration is performed within a range in which the rotor is not attracted to the stator and reverse torque is generated, so that the free-running can be performed at a rotational speed sufficient to detect the rotor position .

請求項に係る発明は、エンジンルーム内のラジエータに対して配設されラジエータファンの回転機構に使用されるブラシレスファンモータを始動させるブラシレスファンモータの始動方法であって、前記ブラシレスファンモータのロータの停止位置に合わせた励磁パターンを初期通電時間だけ前記ブラシレスファンモータに通電した後、通電を停止して前記ブラシレスファンモータの前記ロータをフリーランさせるステップと、フリーラン中に前記ブラシレスファンモータの端子に発生する誘起電圧の信号の時間間隔のうち、前記ブラシレスファンモータの始動後の2〜3回目の誘起電圧の信号の時間間隔に基づいて、前記ロータの位置を検出するステップと、検出した前記ロータの位置に基づいて励磁パターンの切り替えを行うステップと、を有し、前記2〜3回目の信号と、3〜4回目の信号の時間間隔が等しい場合に、2〜3回目の誘起電圧の信号の時間間隔に基づいて、前記ロータの位置を検出して励磁タイミングを決定し、一方、前記2〜3回目の信号と、3〜4回目の信号の時間間隔が変化する場合には、次の時間間隔を推定して励磁タイミングを算出することを特徴とするブラシレスファンモータの始動方法とした。
このブラシレスモータの始動方法では、ロータが回転を始めたら通電を停止してフリーラン状態にする。このときに発生する誘起電圧から回転中のロータの位置を検出する。これ以降は、検出したロータの位置に基づいて通常の通電切り替えを実施してブラシレスモータの駆動制御を行う。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a brushless fan motor starting method for starting a brushless fan motor disposed on a radiator in an engine room and used for a rotating mechanism of a radiator fan, wherein the rotor of the brushless fan motor is used. After energizing the brushless fan motor for an initial energization time with an excitation pattern that matches the stop position of the brushless fan motor, freeing the energization and free-running the rotor of the brushless fan motor; A step of detecting the position of the rotor based on the time interval of the second to third induced voltage signals after the start of the brushless fan motor, among the time intervals of the induced voltage signals generated at the terminals; Switching the excitation pattern based on the position of the rotor , Have a, wherein the 2-3 th signal, if the time interval of 3 to 4 times of signal are equal, based on the time interval of the signal 2-3 th induced voltage, detects the position of the rotor On the other hand, when the time interval between the second and third signals and the third and fourth signals changes, the next time interval is estimated to calculate the excitation timing. The starting method of the characteristic brushless fan motor was used.
In this brushless motor starting method, when the rotor starts to rotate, the energization is stopped and a free-run state is set. The position of the rotating rotor is detected from the induced voltage generated at this time. Thereafter, normal energization switching is performed based on the detected rotor position to control the drive of the brushless motor.

請求項に係る発明は、請求項に記載のブラシレスファンモータの始動方法において、前記初期通電時間は、前記ロータが回転を開始してから1回目の通電切り替えタイミングまでの時間以下の長さであり、前記ロータの位置を検出するステップは、前記ロータを回転させたときに前記ブラシレスファンモータの端子に発生する誘起電圧の信号が4回目発生するまでの間に行われることを特徴とする。
このブラシレスモータの始動方法では、始動時に1回目の通電切り替えタイミングに相当する時間まで加速を行ってからフリーランさせ、4回目の通電切り替えタイミングに相当する時間までにロータの位置を検知する
According to a fourth aspect of the present invention, in the brushless fan motor starting method according to the third aspect , the initial energization time is equal to or less than the time from the start of rotation of the rotor to the first energization switching timing. And the step of detecting the position of the rotor is performed until a signal of an induced voltage generated at a terminal of the brushless fan motor when the rotor is rotated is generated for the fourth time. .
In this brushless motor starting method, at the time of starting, acceleration is performed until a time corresponding to the first energization switching timing, free running is performed, and the position of the rotor is detected by a time corresponding to the fourth energization switching timing .

本発明によれば、始動時にフリーラン状態を作り出すことでモータ端子に発生する誘起電圧をパルス幅変調信号などの影響を受けない状態で検出することができる。これによって、外乱の影響を受けることなく、ロータ位置を正しく検出することが可能になる。また、フリーランさせている間にロータ位置を検出するので、短時間でロータ位置を検出して通常運転に移行することが可能になる。
始動時にブラシレスモータが正方向に回転していないと判定された場合に、ロータを停止させるような通電制御を行ってから、再度始動処理を実施すると、逆回転状態からも速やかに正転方向に始動させることができる。このようにすると、逆転方向を判定する複雑な処理が不要になる。
According to the present invention, an induced voltage generated at a motor terminal can be detected without being affected by a pulse width modulation signal or the like by creating a free-run state at the time of starting. This makes it possible to correctly detect the rotor position without being affected by disturbance. Further, since the rotor position is detected during free running, it is possible to detect the rotor position in a short time and shift to normal operation.
If it is determined that the brushless motor is not rotating in the forward direction at the start, the energization control is performed to stop the rotor and then the start process is performed again. Can be started. This eliminates the need for complicated processing for determining the reverse direction.

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. 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. 始動時の処理の概要を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the outline | summary of the process at the time of starting. 始動時の励磁パターンとその励磁パターンで通電したときの磁束の流れを模式的に説明する図である。It is a figure which illustrates typically the flow of the magnetic flux when it supplies with the excitation pattern at the time of a start, and the excitation pattern. 各励磁パターンに対する方形波パルス電圧幅を測定する手順及びタイミングを説明するグラフである。It is a graph explaining the procedure and timing which measure the square wave pulse voltage width with respect to each excitation pattern. ロータ位置と始動励磁パターンの関係を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the relationship between a rotor position and a starting excitation pattern. 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3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。4 is a timing chart when starting from a region R2 in FIG. 3. 図3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。4 is a timing chart when starting from a region R3 in FIG. 3. 2回ずつ方形波パルス電圧幅を測定する場合の手順及びタイミングを説明する図である。It is a figure explaining the procedure and timing in the case of measuring a square wave pulse voltage width twice. 始動時の処理の概要を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the outline | summary of the process at the time of starting. 始動時の処理の概要を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the outline | summary of the process at the time of starting. 始動時の処理の概要を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the outline | summary of the process at the time of starting. 初期通電時間を決定する方法と、3回の通電切り替えまでをオープンループ制御する場合の通電時間を決定する方法を具体的に示す図である。It is a figure which shows concretely the method of determining the energization time in the case of performing the open loop control to the method of determining initial energization time, and three energization switching.

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。なお、各実施の形態で同じ構成要素には同一の符号を付してある。また、実施の形態の間で重複する説明は省略する。   The best mode for carrying out the invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the same reference numerals are given to the same components in each embodiment. Moreover, the description which overlaps between embodiment is abbreviate | omitted.

(第1の実施の形態)
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。
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)のコイルが周方向に順番に巻装されている。なお、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。
(First embodiment)
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.
The brushless motor 1 has a rotor having a permanent magnet and a stator, and three-phase (U, V, W) coils are wound around the stator in order in the circumferential direction. This brushless motor system is a sensorless type system that does not have a sensor for detecting the rotor position.

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相のコイルを形成する通電線に印加された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、インバータ13と、ブラシレスモータ1の通電線に印加された電圧のレベルを変換するレベル変換回路である分圧回路14とを有し、制御装置11とインバータ13の間に、プリドライバ37A,37Bと、過電流検出回路38と、過電流保護手段39とが設けられている。   The driving device 2 includes a control device 11 constituted by a microcomputer, an induced voltage I / F (interface) circuit 12 for detecting a voltage applied to a current line forming a three-phase coil of the brushless motor 1, an inverter 13 and a voltage dividing circuit 14 that is a level conversion circuit that converts the level of the voltage applied to the energization line of the brushless motor 1, and between the control device 11 and the inverter 13, pre-drivers 37A and 37B, An overcurrent detection circuit 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R1及び抵抗R2)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R2及びキャバシタC1)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(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 a voltage (analog signal) of each of the three-phase motor terminals and divides the voltage into a voltage that can be input to the comparators 17A to 17C (resistor R1 and resistor R2) and low-pass filter circuits 15A, 15B, and 15C composed of a primary CR filter (resistor R2 and capacitor C1) for removing noise of the pulse width modulation signal, and a circuit 16 for detecting an equivalent neutral point potential Comparators 17A, 17B, and 17C that generate pulse signals from the equivalent neutral point potential and the analog signal of the induced voltage that appears in the non-energized phase (open period), and a low-pass filter that cuts chattering components from the outputs of the comparators 17A to 17C ( Primary CR filters) 18A, 18B, 18C.

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を経て合成信号生成回路19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 composite signal generation circuit 19 through the low-pass filter circuits 18A to 18C.

インバータ13は、6個のスイッチング素子を電源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の各相に印加する。なお、インバータ13とグランドレベルの間には、シャント抵抗13Aが設けられている。シャント抵抗13Aを用いてインバータ13に流れる電流、つまりブラシレスモータ1に入力される電流は、過電流検出回路38を用いて検出することができる。
分圧回路14は、ブラシレスモータ1の各通電線に発生する端子電圧(例えば、12Vや36Vなど)を2つの抵抗で分圧し、制御装置11で使用可能な電圧レベル(例えば、3Vや5Vなど)にする回路である。
The inverter 13 is a circuit formed by connecting six switching elements by two bridges between the positive and negative terminals of the power supply 20, and the DC voltage supplied from the power supply 20 is a pulse input from the control device 11. It is converted into an AC voltage based on a width modulation signal (drive signal) and applied to each phase of the brushless motor 1. A shunt resistor 13A is provided between the inverter 13 and the ground level. The current flowing through the inverter 13 using the shunt resistor 13A, that is, the current input to the brushless motor 1 can be detected using the overcurrent detection circuit 38.
The voltage dividing circuit 14 divides a terminal voltage (for example, 12V or 36V) generated in each energization line of the brushless motor 1 by two resistors and can be used by the control device 11 (for example, 3V or 5V). ).

制御装置11は、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、回転方向判定手段23と、回転方向検出ロジック選択手段24と、ブレーキ停止手段25と、通電パターン決定手段26と、励磁電圧出力手段27と、PWMデューティ決定手段28と、を有する。また、制御装置11は、分圧回路14に接続され、始動時に使用される方形波パルス電圧幅検出手段29と、方形波パルス電圧幅比較手段30と、ロータ位置推定手段31とを有する。さらに、過電流検出回路38に接続される過電流保護手段32を有する。   The control device 11 includes a separation unit 21 connected to the induced voltage I / F circuit 12, an excitation switching timing calculation unit 22, a rotation direction determination unit 23, a rotation direction detection logic selection unit 24, and a brake stop unit 25. , Energization pattern determination means 26, excitation voltage output means 27, and PWM duty determination means 28. The control device 11 is connected to the voltage dividing circuit 14 and includes a square wave pulse voltage width detection means 29, a square wave pulse voltage width comparison means 30, and a rotor position estimation means 31 that are used at the time of starting. Furthermore, it has an overcurrent protection means 32 connected to the overcurrent detection circuit 38.

分離手段21は、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する。励磁切り替えタイミング演算手段22には、励磁切り替えタイミングを補正する遅れ位相補正部22Aが設けられている。
回転方向判定手段23は、励磁切り替えタイミングから回転方向を判定し、回転方向検出ロジック選択手段24と、ブレーキ停止手段25に所定の指令を出力する。回転方向検出ロジック選択手段24は、ブラシレスモータ1の回転方向によって分離手段21が使用するロジックを選択可能な場合に使用される。ブレーキ停止手段25は、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通電する際に使用される。
The separation means 21 performs processing for separating the edge of the pulse signal input from the induced voltage I / F circuit 12 into an edge of the induced voltage and an edge of the square wave pulse voltage. 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. Calculate timing. The excitation switching timing calculation means 22 is provided with a delay phase correction unit 22A that corrects the excitation switching timing.
The rotation direction determination unit 23 determines the rotation direction from the excitation switching timing, and outputs a predetermined command to the rotation direction detection logic selection unit 24 and the brake stop unit 25. The rotation direction detection logic selection unit 24 is used when the logic used by the separation unit 21 can be selected depending on the rotation direction of the brushless motor 1. The brake stop means 25 is used when energizing a current energization pattern that stops the brushless motor 1.

通電パターン決定手段26は、定常時励磁手段33と、停止位置検出手段34と、フリーラン制御手段35と、始動時励磁手段36とを有する。定常時励磁手段33は、励磁切り替えタイミング演算手段22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励磁パターンを決定する。停止位置検出手段34は、外部からの始動指令を受けて励磁電圧出力手段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。始動時励磁手段36は、ロータ位置推定手段31で最小と決定された方形波パルス電圧幅に相当するロータ停止位置に応じた励磁パターンを決定する。フリーラン制御手段35は、始動励磁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ロータ位置を検出する処理を実施する。これらの処理の詳細については、後述する。   The energization pattern determination unit 26 includes a steady-state excitation unit 33, a stop position detection unit 34, a free-run control unit 35, and a start-up excitation unit 36. The constant excitation means 33 determines an excitation pattern corresponding to the rotor position at the excitation switching timing calculated by the excitation switching timing calculation means 22. The stop position detecting means 34 receives a start command from the outside and causes the excitation voltage output means 27 to generate a pulse width modulation signal for detecting the rotor stop position. The starting excitation means 36 determines an excitation pattern corresponding to the rotor stop position corresponding to the square-wave pulse voltage width determined to be the minimum by the rotor position estimation means 31. The free-run control means 35 performs a process of detecting the rotor position by causing the brushless motor 1 to free-run after energizing the starting excitation pattern for a predetermined initial energization time Ts1. Details of these processes will be described later.

励磁電圧出力手段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37A,36B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には、インバータ13に過電流が流れたときに、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 voltage output means 27 outputs a signal for applying an excitation current to the coil of the brushless motor 1 to each of the pre-drivers 37A and 36B. 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 a signal is input from the overcurrent protection means 39 when an overcurrent flows through the inverter 13. When an overcurrent is detected, a signal is input to the overcurrent protection means 32 and a software reset is applied.

方形波パルス電圧幅検出手段29は、分圧回路14から入力される信号から方形波パルス電圧幅を検出する処理を行う。方形波パルス電圧幅検出手段29は、メモリなどの記憶手段29Aを有し、検出した方形波パルス電圧幅のデータをそのときの励磁パターンと関連付けて記憶することができる。方形波パルス電圧幅比較手段30は、方形波パルス電圧幅検出手段29の記憶手段29Aに記憶された複数の方形波パルス電圧幅のデータを比較し、最小となるものを決定する。ロータ位置推定手段31は、方形波パルス電圧幅の比較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 square wave pulse voltage width detection unit 29 performs a process of detecting the square wave pulse voltage width from the signal input from the voltage dividing circuit 14. The square wave pulse voltage width detection means 29 has a storage means 29A such as a memory, and can store the detected square wave pulse voltage width data in association with the excitation pattern at that time. The square wave pulse voltage width comparison means 30 compares data of a plurality of square wave pulse voltage widths stored in the storage means 29A of the square wave pulse voltage width detection means 29 and determines the smallest one. The rotor position estimation means 31 estimates the rotor position at a stop or at a low speed based on the comparison result of the square wave pulse voltage width.

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を始動するときは、ブラシレスモータ1が停止している場合と、ブラシレスモータ1が外部負荷によって回転させられている場合とがある。さらに、ブラシレスモータ1が回転させられている場合には、正回転している場合と、逆回転している場合とがある。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 rotated by an external load. Furthermore, when the brushless motor 1 is rotated, there are a case where the brushless motor 1 is rotating forward and a case where the brushless motor 1 is rotating reversely. 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が外部負荷で逆回転しても、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 rotates in reverse with an external load, control at the time of starting is performed assuming that the rotation speed and torque are small.

図3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。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。正回転方向に回転速度が領域R1より大きい領域R2であれば、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より大きい場合には、逆回転状態判別処理と、ロータの停止処理と、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. 3 schematically shows the classification of the starting method according to the rotational speed of the brushless motor 1 at the time of starting. 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 in the forward rotation direction is greater than the region R1, the rotor position is detected by detecting the induced voltage and the rotation is controlled. When the rotational speed in the reverse rotation direction is larger than the region R1, reverse rotation state determination processing, rotor stop processing, and start start processing by inductance detection are 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.

また、領域R1より小さい、つまり逆回転方向に回転速度が大きい領域R3は、後述するようにブラシレスモータ1にブレーキをかけてから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。
Further, in a region R3 that is smaller than the region R1, that is, the rotational speed is high in the reverse rotation direction, the rotor position is detected after the brushless motor 1 is braked, as will be described later. 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。このような始動方法の具体例を図4のフローチャートを参照して説明する。   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 brushless motor 1 is regarded as being in the region R3, and the processing corresponding to the region R3 is repeated. A specific example of such a starting method will be described with reference to the flowchart of FIG.

始動開始指令が停止位置検出手段34に入力されたら、過電流検出を行う(ステップS101)。過電流は、インバータ13のシャント抵抗13Aを流れる電流値でモニタする。シャント抵抗13Aを流れる電流が、所定の値を越えたら、過電流、つまり過負荷状態と判定し(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)、処理を終了する。過電流が検出されなかった場合には(ステップS101でNo)、インダクタンス検出によるロータ位置の検出処理を実施する(ステップS103)。過電流のチェックは、並列処理される別のプログラムで常時監視しており、ステップS103以降の処理を実施している最中に過電流が検出されたら、その時点で処理が停止される。   When a start start command is input to the stop position detection means 34, overcurrent detection is performed (step S101). The overcurrent is monitored by the current value flowing through the shunt resistor 13A of the inverter 13. When the current flowing through the shunt resistor 13A exceeds a predetermined value, it is determined as an overcurrent, that is, an overload state (Yes in step S101), and all phases are turned off and stop processing is performed (step S102). Exit. If no overcurrent is detected (No in step S101), a rotor position detection process based on inductance detection is performed (step S103). The overcurrent check is constantly monitored by another program that is processed in parallel. If an overcurrent is detected during the processing after step S103, the processing is stopped at that point.

インダクタンス検出によってロータ停止位置を検出したら、始動時励磁手段36が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励磁パターンを決定し、励磁電圧出力手段27が始動励磁パターンを出力する(ステップS104)。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S105)。初期通電時間Ts1が経過したら(ステップS105でYes)、フリーラン制御手段35が全相の通電をOFFにしてフリーランさせる(ステップS106)。慣性でロータ41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41の位置検出を実施する(ステップS107)。ロータ位置を予め定めた回数検出できたら(ステップS108でYes)、定常時励磁手段33を用いた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S109)。
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S108でNo)、誘起電圧のエッジ間隔を計測するカウンタが予め設定された回数オーバーフローするまで待つ(ステップS110)。カウンタが所定回数オーバーフローしたら(ステップS110でYes)、回転方向判定手段23はブラシレスモータ1が逆転していると判定する。その結果、ブレーキ停止手段25によるブレーキ処理として、低デューティで2相通電ロック処理を行う(ステップS111)。ブレーキ処理は、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S112)、ステップS101に戻る。
When the rotor stop position is detected by the inductance detection, the starting excitation means 36 determines a starting excitation pattern having a phase capable of generating the maximum torque with respect to the rotor position, and the excitation voltage output means 27 outputs the starting excitation pattern. (Step S104). The initial energization counter is activated, and the aforementioned phase is energized until a preset initial energization time Ts1 elapses (step S105). When the initial energization time Ts1 elapses (Yes in step S105), the free-run control means 35 turns off the energization of all phases and free-runs (step S106). From the induced voltage generated while the rotor 41 is free running due to inertia, the position of the rotor 41 is detected using the forward rotation exclusive logic (step S107). When the rotor position has been detected a predetermined number of times (Yes in step S108), the process shifts to sensorless driving (steady driving mode) by the induced voltage using the steady state excitation means 33 (step S109).
If the rotor position cannot be detected a predetermined number of times (No in step S108), the process waits until the counter for measuring the edge interval of the induced voltage overflows a preset number of times (step S110). When the counter overflows a predetermined number of times (Yes in step S110), the rotation direction determination means 23 determines that the brushless motor 1 is reversely rotated. As a result, as a brake process by the brake stop means 25, a two-phase energization lock process is performed with a low duty (step S111). The brake process is performed for a predetermined time, and when this time has elapsed (step S112), the process returns to step S101.

ここで、ステップS103からステップS105は、初期の回転速度が領域R1の範囲内にあり、ここから領域R2に加速させるときの処理である。
ステップS103の詳細について説明する。ここでは、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。
Here, Step S103 to Step S105 are processes when the initial rotational speed is within the range of the region R1 and the region is accelerated from here to the region R2.
Details of step S103 will be described. Here, 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 by focusing on the fact that the permeability of the magnet core increases and the inductance decreases.

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の停止位置検出手段34に始動指令を入力する。停止位置検出手段34は、予め定められた6つの停止位置判定用の励磁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電圧出力手段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。励磁電圧出力手段27は、励磁パターンに応じたパルス幅変調信号をインバータ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 start command is input from the outside to the stop position detecting means 34 of the control device 11. The stop position detection means 34 issues a command to the excitation voltage output means 27 so that six predetermined excitation patterns for stop position determination 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 voltage output means 27 outputs a pulse width modulation signal corresponding to the excitation pattern to the inverter 13, and the switching element is turned on / off in response to the pulse width modulation signal to energize any two of the three phases. .

ここで、停止位置検出手段34が指令する停止位置判定用の励磁パターンを図5に示す。これら励磁パターン#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。
励磁パターン#1は、U相のコイル(以下、U相という)からV相のコイル(以下、U相という)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。U、V、W相の配置及びロータ41の停止位置が図示する配置であった場合には、矢印に示すようにU相からロータ41の永久磁石42のS極、N極を順番に通り、V相に向かう磁束が形成される。
励磁パターン#2は、U相からW相に電流を流す。U相がN極磁化され、W相がS極磁化される。矢印に示すようにU相からロータ41の永久磁石のS極、N極を順番に通り、W相に向かう磁束が形成される。
励磁パターン#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。矢印に示すようにV相からロータ41の永久磁石のS極、N極を順番に通り、W相に向かう磁束が形成される。
励磁パターン#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。矢印に示すようにV相からロータ41の永久磁石のS極、N極を順番に通り、U相に向かう磁束が形成される。
励磁パターン#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。矢印に示すようにW相からロータ41の永久磁石のS極、N極を順番に通り、U相に向かう磁束が形成される。
励磁パターン#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。矢印に示すようにW相からロータ41の永久磁石のS極、N極を順番に通り、V相に向かう磁束が形成される。
Here, the excitation pattern for stop position determination commanded by the stop position detecting means 34 is shown in FIG. These excitation patterns # 1 to # 6 are patterns that can drive the brushless motor 1.
In excitation pattern # 1, a current flows from a U-phase coil (hereinafter referred to as U-phase) to a V-phase coil (hereinafter referred to as U-phase). The U phase is N pole magnetized and the V phase is S pole magnetized. When the arrangement of the U, V, and W phases and the stop position of the rotor 41 are as shown in the figure, as shown by the arrows, the U-phase passes through the S pole and N pole of the permanent magnet 42 of the rotor 41 in order, A magnetic flux toward the V phase is formed.
In excitation pattern # 2, a current flows from the U phase to the W phase. The U phase is N pole magnetized and the W phase is S pole magnetized. As indicated by the arrow, a magnetic flux is formed from the U phase through the S pole and the N pole of the permanent magnet of the rotor 41 in that order toward the W phase.
In excitation 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. As indicated by the arrow, a magnetic flux is formed from the V-phase to the S-phase and N-pole of the permanent magnet of the rotor 41 in that order and toward the W-phase.
In excitation 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. As indicated by the arrow, a magnetic flux is formed from the V phase through the S pole and the N pole of the permanent magnet of the rotor 41 in that order and toward the U phase.
In excitation 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. As indicated by the arrow, a magnetic flux is formed from the W phase through the S pole and the N pole of the permanent magnet of the rotor 41 in that order toward the U phase.
In excitation 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. As indicated by the arrow, a magnetic flux is formed from the W phase through the S pole and the N pole of the permanent magnet of the rotor 41 in this order and toward the V phase.

図6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、ステップ0〜11を1セットとする通電制御を行う。各ステップは、制御装置11内のカウンタの値が予め決められた所定値に達するごとにインクリメントされる。ステップをインクリメントするときにはカウンタをその都度リセットする。
ステップ0は、励磁パターン#1を選択してパルス幅変調信号のデューティを100%にして通電する。残りのW相は、開放される。ステップ1では、デューティを0%にしていずれの相にも通電しない。ステップ0が終了してステップ1に移行するとき、インバータ13のスイッチング素子がオフになった瞬間にコイルに蓄えられていた電気エネルギがスイッチング素子の還流ダイオードを介して電流として流れる。このときのV相の端子に方形波パルス電圧が発生する。この端子電圧を方形波パルス電圧として、分圧回路14に取り込んで分圧し、方形波パルス電圧幅検出手段29に入力する。方形波パルス電圧幅検出手段29は、パルスの立ち下がりエッジを検出したときのカウント値を調べる。カウント値は、ステップの切り替えタイミングからの経過時間に相当するので、このカウント値を励磁パターン#1(UV通電)に対する方形波パルス電圧幅として記憶手段29Aに記憶する。
As shown in FIG. 6, the stop position inspection of the rotor 41 in this embodiment performs energization control with steps 0 to 11 as one set. Each step is incremented every time the value of the counter in the control device 11 reaches a predetermined value. When incrementing a step, the counter is reset each time.
In step 0, the excitation pattern # 1 is selected and energization is performed with the duty of the pulse width modulation signal being 100%. The remaining W phase is released. In step 1, the duty is set to 0% and neither phase is energized. When Step 0 ends and the process proceeds to Step 1, the electrical energy stored in the coil at the moment when the switching element of the inverter 13 is turned off flows as a current through the return diode of the switching element. At this time, a square wave pulse voltage is generated at the V-phase terminal. This terminal voltage is taken as a square wave pulse voltage into the voltage dividing circuit 14 and divided and input to the square wave pulse voltage width detecting means 29. The square wave pulse voltage width detecting means 29 checks the count value when the falling edge of the pulse is detected. Since the count value corresponds to the elapsed time from the step switching timing, this count value is stored in the storage means 29A as the square wave pulse voltage width for the excitation pattern # 1 (UV energization).

ステップ1では方形波パルス電圧幅検出手段29などの処理を実行すると共に、カウンタがカウントアップされる。そして、カウント値がステップ0と同じ所定値になったら、カウンタをリセットしてステップ1からステップ2に進む。ステップ2では励磁パターン#2が用いられ、パルス幅変調信号のデューティを100%にする。残ったV相は、開放にする。ステップ3でデューティを0%にしていずれの相にも通電せずに、W相に発生する方形波パルス電圧のエッジが立ち下がったときのカウント値を調べ、励磁パターン#2(UW通電)に対する方形波パルス電圧幅として記憶手段29Aに記憶する。
ステップ4では励磁パターン#3で通電してU相を開放する。ステップ5でいずれの相にも通電せずに、W相に発生する方形波パルス電圧のパルス幅を調べて励磁パターン#3(VW通電)に対する方形波パルス電圧幅として記憶手段29Aに記憶する。
ステップ6では励磁パターン#4で通電してW相を開放する。ステップ7でいずれの相にも通電せずに、U相に発生する方形波パルス電圧のパルス幅を調べて励磁パターン#4(VU通電)に対する方形波パルス電圧幅として記憶手段29Aに記憶する。
ステップ8では励磁パターン#5で通電してV相を開放する。ステップ9でいずれの相にも通電せずに、U相に発生する方形波パルス電圧のパルス幅を調べて励磁パターン#5(WU通電)に対する方形波パルス電圧幅として記憶手段29Aに記憶する。
ステップ10では励磁パターン#6で通電してU相を開放する。ステップ11でいずれの相にも通電せずに、V相に発生する方形波パルス電圧のパルス幅を調べて励磁パターン#6(WV通電)に対する方形波パルス電圧幅として記憶手段29Aに記憶する。
In step 1, processing such as the square wave pulse voltage width detecting means 29 is executed and the counter is counted up. When the count value reaches the same predetermined value as in step 0, the counter is reset and the process proceeds from step 1 to step 2. In step 2, excitation pattern # 2 is used, and the duty of the pulse width modulation signal is set to 100%. The remaining V phase is opened. In step 3, the duty is set to 0%, and neither phase is energized, and the count value when the edge of the square wave pulse voltage generated in the W phase falls is examined, and the excitation pattern # 2 (UW energization) The square wave pulse voltage width is stored in the storage means 29A.
In step 4, the U phase is released by energizing with excitation pattern # 3. In Step 5, without energizing any phase, the pulse width of the square wave pulse voltage generated in the W phase is examined and stored in the storage means 29A as the square wave pulse voltage width for the excitation pattern # 3 (VW energization).
In Step 6, the W phase is released by energizing with excitation pattern # 4. In step 7, without energizing any phase, the pulse width of the square wave pulse voltage generated in the U phase is checked and stored in the storage means 29A as the square wave pulse voltage width for excitation pattern # 4 (VU energization).
In step 8, energization is performed with excitation pattern # 5 to release the V phase. In step 9, without energizing any phase, the pulse width of the square wave pulse voltage generated in the U phase is checked and stored in the storage means 29A as the square wave pulse voltage width for excitation pattern # 5 (WU energization).
In step 10, the U phase is released by energizing with excitation pattern # 6. In step 11, without energizing any phase, the pulse width of the square wave pulse voltage generated in the V phase is examined and stored in the storage means 29A as the square wave pulse voltage width for the excitation pattern # 6 (WV energization).

そして、ステップ11に続くステップ12のタイミングで、ロータ位置推定手段31が方形波パルス電圧幅検出手段29の記憶手段29Aに記憶されている各励磁パターン#1〜#6のそれぞれの方形波パルス電圧幅の中から、最小値となる励磁パターンを調べ、その励磁パターンでインダクタンスが最小になるロータ位置をロータ41の停止位置とする。図5の例では、励磁パターン#6が最も磁束が流れ易いので、この励磁パターン#6の方形波パルス電圧のパルス幅が最も小さくなる。そして、このときのロータ41の位置が停止位置となる。
ロータ位置推定手段31の処理の詳細を具体的に説明すると、予め方形波パルス電圧幅のカウント値が1000以下であることがわかっている場合には、最小値を格納するメモリに初期値として1000より大きい値を格納しておき、励磁パターン#1の方形波パルス電圧幅のカウント値と比較する。カウント値が小さい場合には、最小値のメモリに格納されるデータを初期値から励磁パターン#1のカウント値に置き換える。最小値のメモリのデータと、全ての方形波パルス電圧幅のカウント値を順番に比較し、小さい方のカウント値を最小値のメモリに格納していく。最終的に格納されているカウント値が最小値となり、そのときの励磁パターンが、方形波パルス電圧幅が最小となる励磁パターンになる。
Then, at the timing of step 12 following step 11, the rotor position estimation unit 31 has the respective square wave pulse voltages of the excitation patterns # 1 to # 6 stored in the storage unit 29 </ b> A of the square wave pulse voltage width detection unit 29. The excitation pattern having the minimum value is checked from the width, and the rotor position where the inductance is minimized by the excitation pattern is set as the stop position of the rotor 41. In the example of FIG. 5, since the magnetic flux flows most easily in the excitation pattern # 6, the pulse width of the square wave pulse voltage of the excitation pattern # 6 is the smallest. The position of the rotor 41 at this time is the stop position.
The details of the processing of the rotor position estimating means 31 will be specifically described. When it is known in advance that the count value of the square wave pulse voltage width is 1000 or less, the initial value is set to 1000 in the memory storing the minimum value. A larger value is stored and compared with the count value of the square wave pulse voltage width of excitation pattern # 1. When the count value is small, the data stored in the minimum value memory is replaced with the count value of the excitation pattern # 1 from the initial value. The data of the minimum value memory and the count values of all the square wave pulse voltage widths are compared in order, and the smaller count value is stored in the minimum value memory. Finally, the stored count value becomes the minimum value, and the excitation pattern at that time becomes the excitation pattern in which the square wave pulse voltage width is minimized.

ステップS104の詳細について説明する。始動時励磁手段36は、方形波パルス電圧幅が最小になる励磁パターンから回転方向に120°遅角させた励磁パターンを始動時の励磁パターンとして選択する。このことについて、図7に具体例をあげて説明する。図7は、横軸を位相(電気角)とし、縦軸をトルクにしている。ラインL1は、コギングトルクを示し、ラインL2〜L4はそれぞれ通電パターン#6、#1、#2における位相とトルクの関係を示す。例えば、W相からV相に通電する励磁パターン#6で方形波パルス電圧幅が最小であった場合、励磁パターン#6を始動励磁パターンにすると、電気角0°でのトルクがゼロなのでブラシレスモータ1を回転させることができない。電気角0°において正のトルクが大きいのは、1つ進んだ励磁パターン#1(60°位相遅れ通電)と、2つ進んだ励磁パターン#2(120°位相遅れ通電)である。しかしながら、ラインL3に示す励磁パターン#1で始動させると、その後トルクが減少するのでロータ41を回転させる力は小さい。これに対して、ラインL4に示す励磁パターン#2で始動すると、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。   Details of step S104 will be described. The starting excitation means 36 selects an excitation pattern delayed by 120 ° in the rotation direction from the excitation pattern having the smallest square wave pulse voltage width as the excitation pattern at the start. This will be described with reference to a specific example in FIG. In FIG. 7, the horizontal axis is the phase (electrical angle) and the vertical axis is the torque. Line L1 indicates cogging torque, and lines L2 to L4 indicate the relationship between phase and torque in energization patterns # 6, # 1, and # 2, respectively. For example, if the square wave pulse voltage width is the smallest in the excitation pattern # 6 energized from the W phase to the V phase, and the excitation pattern # 6 is the starting excitation pattern, the torque at the electrical angle of 0 ° is zero, so the brushless motor 1 cannot be rotated. When the electrical angle is 0 °, the positive torque is large in the excitation pattern # 1 (60 ° phase-lag energization) advanced by 1 and the excitation pattern # 2 (120 ° phase-lag energization) advanced by two. However, when starting with the excitation pattern # 1 shown in the line L3, the torque decreases thereafter, so that the force for rotating the rotor 41 is small. On the other hand, when starting with the excitation pattern # 2 shown in the line L4, since the torque increases thereafter, the rotor 41 can be rotated with a large force.

ここまでの各処理について、図8を参照してさらに詳細に説明する。図8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合成信号は、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。
Each process so far will be described in more detail with reference to FIG. In FIG. 8, the horizontal axis indicates the passage of time, and various types of information are arranged in the vertical direction. The hall sensor combined 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(ステップS104)。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 (step S104). 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、フリーラン制御手段35が全相への通電をOFFにする(ステップS106に相当)。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相合成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。
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。
When the initial energization time Ts1 has elapsed at time t3, the free-run control means 35 turns off the energization of all phases (corresponding to step S106). 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. Therefore, the first signal SL1 is generated as the excitation switching timing signal corresponding to the rising edge of the three-phase composite signal. 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.
Furthermore, when the rotor 41 is free-running, an induced voltage is generated at a motor terminal of a predetermined phase 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 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3相合成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の同期運転が行われる。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 excitation switching timing is determined based on the three-phase composite signal generated from the comparison result of the motor terminal voltage and the equivalent neutral point potential, and the energization pattern switching control is performed, thereby synchronizing the brushless motor 1. Driving is performed. 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9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. 9, at the time of start-up, the duty of the pulse width modulation signal (PWM) is set to 50%, the current is suppressed, and then the rotational speed is increased. After the initial energization time Ts1 has elapsed, the duty is once set. Set to 0% and free run. When the free run is completed, the duty is again set to 50%, and then the duty is gradually increased so that the rotational speed reaches the target value (for example, the maximum rotational speed) when the duty finally reaches 100%. . 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.

ステップS109の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1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る。
なお、正転専用ロジックは、図1に示す回転方向判定手段23がブラシレスモータ1が正転していると判定する場合に、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。
Details of the sensorless drive (steady drive mode) by the induced voltage in step S109 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 1 and a square wave pulse voltage end edge determination logic shown in Table 2.
Note that the forward rotation dedicated logic is referred to by the separation unit 21 in response to a command from the rotation direction detection logic selection unit 24 when the rotation direction determination unit 23 illustrated in FIG. 1 determines that the brushless motor 1 is rotating forward.

Figure 0005766222
Figure 0005766222

Figure 0005766222
Figure 0005766222

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10に示す。図10は、横軸に電気角をとり、縦軸は上側から各固定子巻線U,V,Wへの通電状態と、各固定子巻線U,V,Wの実際の誘起電圧波形Uv、Vv、Wv(アナログ信号)と、各固定子巻線U,V,W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。最上段の各固定子巻線U,V,Wへの通電状態は、上段で「+」が付加されている固定子巻線U,V,Wが高電位側で、下段で「−」が付加されている固定子巻線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、固定子巻線Wから固定子巻線Vに通電することを示す(図5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. 10 shows signal waveforms when energization control is performed in the steady drive mode. In FIG. 10, the horizontal axis represents the electrical angle, and the vertical axis represents the energized state from the upper side to each of the stator windings U, V, W and the actual induced voltage waveform Uv of each stator winding U, V, W. , Vv, Wv (analog signals) and induced voltage signals Ud, Vd, Wd (digital signals) of the respective stator windings U, V, W are shown. The energization state of the uppermost stator windings U, V, W is such that the stator windings U, V, W added with “+” in the upper stage are on the high potential side, and “−” is in the lower stage. It shows that the added stator windings U, V, W are on the low potential side. That is, “W +” and “V−” between the electrical angles of 0 ° and 60 ° indicate that the stator winding W is energized to the stator winding V (equivalent to the energization pattern # 6 in FIG. 5). . 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11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11は、横軸に電気角をとり、縦軸は上側から各固定子巻線U,V,Wの誘起電圧信号Ud,Vd,Wd(図10と同じ信号)と、固定子巻線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、固定子巻線Uの方形波パルス電圧信号Um、固定子巻線Vの方形波パルス電圧信号Vm、固定子巻線Wの方形波パルス電圧信号Wmとが順番に図示されている。   FIG. 11 is a diagram schematically showing a mask signal generation process and a position detection signal generation process. In FIG. 11, 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. 10) of the stator windings U, V, W from the upper side, and the stator winding. Position detection signals Us, Vs, Ws of lines U, V, W, position detection signals Uss, Vss, Wss after phase shift of electrical angle 30 °, square wave pulse voltage signal Um of stator winding U, fixed A square wave pulse voltage signal Vm of the child winding V and a square wave pulse voltage signal Wm of the stator winding W are illustrated in order.

図10に示す各固定子巻線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、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 stator windings U, V, and W shown in FIG. 10 are input to the induced voltage I / F circuit 12 (see FIG. 1) and divided by the low-pass filter circuits 15A to 15C. 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に受け渡たす。励磁切り替えタイミング演算手段22では、図11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、励磁電圧出力手段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, and Ws made up of information on the induced voltage generated by the rotation of the rotation are generated and passed 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 voltage output means 27 controls the inverter 13 in accordance with these 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. .

ここで、励磁電圧出力手段27に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、励磁電圧出力手段27がインバータ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11の例では、固定子巻線Uの位置検出信号Ussのエッジの発生タイミングの直前に、固定子巻線Wのマスク信号WmをH(High)レベルに設定する。同様に、固定子巻線V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、固定子巻線Uのマスク信号UmをH(High)レベルに設定する。固定子巻線Wの位置検出信号Wssのエッジの発生タイミングの直前に、固定子巻線V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 voltage output means 27 is provided with 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 voltage output means 27 outputs an energization pattern to the inverter. To do.
For example, in the example of FIG. 11, the mask signal Wm of the stator winding W is set to the H (High) level immediately before the occurrence timing of the edge of the position detection signal Uss of the stator winding U. Similarly, the mask signal Um of the stator winding U is set to H (High) level immediately before the occurrence timing of the edge edge of the position detection signal Vss of the stator winding V. Immediately before the edge generation timing of the position detection signal Wss of the stator winding W, the mask signal Vm of the stator winding V is set to 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、ブラシレスモータ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 brushless motor 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12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12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、固定子巻線U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. 12, 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 induced voltage of the stator winding U. 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13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、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. 13, 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 separation means 21 refers 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 and determines the induced voltage edge. The position detection signals Us, Vs, and Ws are created.

図13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1及び表2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2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2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1及び表2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. 13, 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 1 and 2 are used. It is checked whether or not the condition of the above is satisfied. In this case, since the condition for the induced voltage signal Ud of the falling edge in Table 2 is satisfied, it is regarded as the edge of the square wave pulse voltage Ps, and the position detection signal Us is created after removing this signal. 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 2. 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 1 and 2 are obtained. 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14に示す。図14は、U相における励磁タイミングと遅れ位相θ1、θ2を模試的に示している。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に起因する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. 14 shows a delay phase to be corrected. FIG. 14 schematically shows excitation timing and delay phases θ1 and θ2 in the U phase. The delay phase θ1 varies depending on the rotation speed caused by the low-pass filter circuits 15A to 15C of the induced voltage I / F circuit 12. The delay phase θ2 is the sum of the delayed component θ2a of the induced voltage I / F circuit 12 from the comparators 17A to 17C, that is, the comparators 17A to 17C and the low-pass filters 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15に示す範囲R4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R4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15は、横軸を周波数の対数表示をし、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 R4 shown in FIG. 15 is a 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 R4. FIG. 15 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)からフィルタ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 filters 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、のフィルタ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 filters 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。   (Equation 6) shows that since the delay time T2 is constant, the value of T2 / Ta increases and the delay phase θ2 increases as the rotation 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16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4のフローチャートに従ってステップS103からステップS106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S108からステップS109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. 16, the state before starting is the same as the above-described free-run state. Even if the processing from step S103 to step S106 is performed according to the flowchart of FIG. 4, there is little influence on the free running rotational state, and the free running state can be maintained. Therefore, the process proceeds from step S108 to step S109 to shift to the steady drive mode.

始動時に回転速度が領域R3にあるときについて説明する。
図4のステップS101からステップS107を実施しても、逆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(ステップS110に相等)、回転方向判定手段23が逆転状態であると判定する。
この場合、図1に示す制御装置11は、ブレーキ停止手段25が2相ロック通電を一定の時間、過電流にならない程度の低いデューティでブラシレスモータ1に印加させる。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。図17に示すように、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。
A case where the rotational speed is in the region R3 at the start will be described.
Even if step S101 to step S107 of FIG. 4 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 (equivalent to step S110), it is determined that the rotation direction determination means 23 is in the reverse rotation state.
In this case, the control device 11 shown in FIG. 1 causes the brake stop means 25 to apply the two-phase lock energization to the brushless motor 1 with a low duty that does not cause an overcurrent for a certain period of time. The radiator fan acts as a brake, and the rotation speed of the radiator fan is reduced to approach the stop state. As shown in FIG. 17, 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S103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 S103 to S108 are performed, and the routine shifts to the steady drive mode.

この実施の形態によれば、2相通電を行うことで、インダクタンスの大小を方形波パルス電圧幅から調べることが可能になる。パルス幅は、従来のように電圧の立ち上がり時間を測定する場合に比べて測定し易く、特別な回路を付加する必要がない。装置構成を簡略化でき、製造コストの低減が図れる。
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。
方形波パルス電圧を発生させる励磁パターンの順番、つまりロータ停止位置の検索順番において、N極磁化からS極磁化に変化させる場合には、その間に無通電となるような励磁パターンを実行するような切り替え順番にしたので、コイルを巻装する鉄心の残留磁化の影響を受け難くなってインダクタンスの検出精度を向上させることができる。
According to this embodiment, it is possible to examine the magnitude of the inductance from the square wave pulse voltage width by performing two-phase energization. The pulse width is easier to measure than in the case of measuring the voltage rise time as in the prior art, and it is not necessary to add a special circuit. The apparatus configuration can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.
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. In addition, the rotor stop position can be detected stably.
When changing from N-pole magnetization to S-pole magnetization in the order of excitation patterns for generating square-wave pulse voltage, that is, the search order of the rotor stop position, an excitation pattern that is not energized during that time is executed. Since the switching order is adopted, it is difficult to be affected by the residual magnetization of the iron core around which the coil is wound, and the inductance detection accuracy can be improved.

なお、ロータ位置推定手段31は、方形波パルス電圧幅の最小値を調べる代わりに最大値を調べても良い。この場合、方形波パルス電圧幅検出手段29は、最も大きいパルス幅をそのときの励磁パターンと関連付けて記憶手段29Aに記憶する。始動時励磁手段36は、パルス幅の最大値を与える励磁パターンから回転方向に60°遅れた通電パターンを始動時励磁手段36で選択してブラシレスモータ1を始動させる。例えば、図5に示す例では、励磁パターン#3が最も磁束が流れ難く方形波パルス電圧幅が大きくなるので、1つ前の励磁パターン#2が始動励磁パターンに決定される。   The rotor position estimating means 31 may check the maximum value instead of checking the minimum value of the square wave pulse voltage width. In this case, the square-wave pulse voltage width detection unit 29 stores the largest pulse width in the storage unit 29A in association with the excitation pattern at that time. The starting excitation unit 36 starts the brushless motor 1 by selecting the energizing pattern delayed by 60 ° in the rotation direction from the excitation pattern giving the maximum pulse width by the starting excitation unit 36. For example, in the example shown in FIG. 5, the excitation pattern # 3 has the smallest square wave pulse voltage width because the magnetic flux hardly flows, so the previous excitation pattern # 2 is determined as the starting excitation pattern.

また、方形波パルス電圧幅を複数回ずつ測定しても良い。例えば、2回ずつ測定する場合の処理を図18を参照して説明する。この場合の停止位置検査では、0〜23の24個のステップを1セットとして通電制御を行い、25番目のステップ24で停止位置を推定する。ステップ0及びステップ1で励磁パターン#1を通電した後に開放し、W相に発生する方形波パルス電圧のパルス幅をカウントする。ステップ2及びステップ3ではそれぞれステップ0およびステップ1と同じ処理を繰り返す。ステップ4及びステップ5と、ステップ6及びステップ7は励磁パターン#2について同様の処理を行う。以降、ステップ23まで、各励磁パターン#3〜#6について同じ方形波パルス電圧幅のカウントを2回ずつ順番に行う。   Further, the square wave pulse voltage width may be measured a plurality of times. For example, a process when measuring twice is described with reference to FIG. In the stop position inspection in this case, the energization control is performed with 24 steps 0 to 23 as one set, and the stop position is estimated in the 25th step 24. In Step 0 and Step 1, the excitation pattern # 1 is energized and then released, and the pulse width of the square wave pulse voltage generated in the W phase is counted. In step 2 and step 3, the same processing as in step 0 and step 1 is repeated. Steps 4 and 5 and steps 6 and 7 perform the same processing for the excitation pattern # 2. Thereafter, until the step 23, the same square wave pulse voltage width is counted twice in order for each of the excitation patterns # 3 to # 6.

方形波パルス電圧幅検出手段29は、記憶手段29Aに2回ずつ測定した方形波パルス電圧幅(カウント値)の全て、又は2回目に測定した方形波パルス電圧幅(カウント値)のみをそのときの励磁パターンと関連付けて記憶する。ステップ24の停止位置推定処理は、2回目に測定した方形波パルス電圧幅の大小を前記と同様に比較する。最小となる方形波パルス電圧幅の励磁パターンが始動励磁パターンに決定される。
このようにすると、ブラシレスモータ1がコイル鉄心の残留磁化の影響を受け易い構成である場合に、残留磁化の影響をさらに低減させ、インダクタンスの検出精度を向上させることができる。
At this time, the square wave pulse voltage width detection means 29 has the entire square wave pulse voltage width (count value) measured twice in the storage means 29A or only the square wave pulse voltage width (count value) measured second time. Are stored in association with the excitation pattern. In the stop position estimation process of step 24, the square wave pulse voltage width measured for the second time is compared in the same manner as described above. The excitation pattern having the smallest square wave pulse voltage width is determined as the starting excitation pattern.
In this way, when the brushless motor 1 is configured to be easily affected by the residual magnetization of the coil core, the influence of the residual magnetization can be further reduced and the inductance detection accuracy can be improved.

ここで、停止位置推定処理は、同じ励磁パターンに対して複数回測定した方形波パルス電圧幅(カウント値)の平均値を算出し、平均値同士で大小を前記と同様に比較しても良い。平均化処理を行うことで、インダクタンスの検出精度をさらに向上させることができる。方形波パルス電圧幅を複数回取得する場合でも、最小値の代わりに最大値を調べることでロータ停止位置及び始動励磁パターンを決定しても良い。   Here, the stop position estimation process may calculate an average value of square wave pulse voltage widths (count values) measured a plurality of times for the same excitation pattern, and compare the magnitudes of the average values in the same manner as described above. . By performing the averaging process, the inductance detection accuracy can be further improved. Even when the square wave pulse voltage width is acquired a plurality of times, the rotor stop position and the start excitation pattern may be determined by examining the maximum value instead of the minimum value.

また、この実施の形態では、ブラシレスモータ1の始動時にフリーラン状態を作り出すようにしたので、全相が開放状態になって回転し始めたロータ41の位置検出をノイズが無い状態で行うことが可能になる。このため、ロータ位置を速やかに、かつ正確に検出することができる。
フリーランさせるまでの通電時間(Ts1)は、逆トルクが発生しない範囲内にしたので、フリーラン中にロータ41が大きく減速することがなく、ロータ位置を正しく検出することができる。
フリーラン時に発生する1回目の信号SL1を使用せずに、2回目以降の信号SL2〜SL4を使用すると、1回目に方形波パルス電圧に起因する信号が発生した場合でも正しい検知が可能になる。
Further, in this embodiment, since the free-run state is created when the brushless motor 1 is started, the position detection of the rotor 41 which has started to rotate with all phases opened can be performed without noise. It becomes possible. For this reason, the rotor position can be detected promptly and accurately.
Since the energization time (Ts1) until free running is within a range where no reverse torque is generated, the rotor 41 is not greatly decelerated during free running, and the rotor position can be detected correctly.
If the second and subsequent signals SL2 to SL4 are used without using the first signal SL1 generated at the time of free-running, correct detection is possible even when a signal due to the square wave pulse voltage is generated the first time. .

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。このように、ロータ停止位置の検出方法や、始動励磁パターンの決定方法は、インダクタンスに基づく方法に限定されずに種々の方法を使用することができる。   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. As described above, the method for detecting the rotor stop position and the method for determining the starting excitation pattern are not limited to the method based on the inductance, and various methods can be used.

また、この実施の形態によれば、ブラシレスモータ1を始動させるときに、ロータ41が逆回転している場合でも、ブレーキ処理を行うことでコイルのインダクタンスを用いたロータ位置の検出が可能になる。ここからブラシレスモータ1を始動させて、120°通電による定常運転に速やかに移行することが可能になる。ブラシレスモータ1の無通電時に風などの影響でロータ41が正回転・逆回転している状態や、停止している状態のそれぞれに対応した始動制御を行うことで、ブラシレスモータ1を確実に起動できる。例えば、自動車などのエンジン冷却システムのラジエータファンの駆動用にブラシレスモータ1を用いた場合には、システムの信頼性を高めることができる。   Further, according to this embodiment, when starting the brushless motor 1, even when the rotor 41 is rotating in the reverse direction, it is possible to detect the rotor position using the coil inductance by performing the braking process. . From here, the brushless motor 1 can be started, and it is possible to promptly shift to a steady operation by 120 ° energization. When the brushless motor 1 is not energized, the brushless motor 1 is reliably started by performing start-up control corresponding to the state in which the rotor 41 is rotating forward / reversely due to the influence of wind or the like and the state where it is stopped. it can. For example, when the brushless motor 1 is used for driving a radiator fan of an engine cooling system such as an automobile, the reliability of the system can be improved.

(第2の実施の形態)
この実施の形態は、正転専用ロジックに加えて逆転専用ロジックを使用することを特徴とする。装置構成は、第1の実施の形態と同様である。
図19に始動時の動作のフローチャートを示す。ステップS101からステップS108まで、すなわち、始動開始時のブラシレスモータ1の回転速度が図3の領域R1又は領域R2にあるときの処理は、第1の実施の形態と同じである。始動時の回転速度が領域R3にあるときは、ステップS108からステップS110Aに進む。
(Second Embodiment)
This embodiment is characterized in that reverse rotation dedicated logic is used in addition to forward rotation dedicated logic. The apparatus configuration is the same as that of the first embodiment.
FIG. 19 shows a flowchart of the operation at the start. The process from step S101 to step S108, that is, when the rotation speed of the brushless motor 1 at the start of the start is in the region R1 or the region R2 in FIG. 3, is the same as that in the first embodiment. When the rotation speed at the start is in the region R3, the process proceeds from step S108 to step S110A.

ステップS110Aでは、誘起電圧を検出して逆転専用ロジックを使用してロータ位置検出を行う。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2に示す誘起電圧信号検出ロジックと、表1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。このような逆転専用ロジックを用い、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、ロータ位置信号とスイッチングパルスとを区別し、ロータ位置を検出する。ここでの処理は、使用するロジックが異なる以外は、第1の実施の形態における定常駆動モードと同様である。   In step S110A, the induced voltage is detected and the rotor position is detected using the reverse 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 2 and the square wave pulse voltage shown in Table 1 are selected. It consists of end edge determination logic and is registered in the separation means 21. Using such reverse rotation dedicated logic, 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 switching pulse and detect the rotor position. . The processing here is the same as in the steady drive mode in the first embodiment, except that the logic used is different.

ロータ位置検出処理を実施し、実際にロータ位置検出信号が得られたら(ステップS110BでYes)、ステップS111以降の処理を実施する。逆回転であることが確認できれば良いので、ロータ位置検出信号は、1回以上発生していれば良い。ステップS111以降の処理は、第1の実施の形態と同じである。
これに対して、ロータ位置検出信号が得られなかった場合は(ステップS110BでNo)、一定時間待機してから(ステップS110CでYes)、ステップS111に進む。
When the rotor position detection process is performed and a rotor position detection signal is actually obtained (Yes in step S110B), the processes after step S111 are performed. The rotor position detection signal only needs to be generated once or more as long as it can be confirmed that the rotation is reverse. The processes after step S111 are the same as those in the first embodiment.
On the other hand, when the rotor position detection signal is not obtained (No in step S110B), after waiting for a certain time (Yes in step S110C), the process proceeds to step S111.

この実施の形態では、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。その他の効果は、第1の実施の形態と同様である。   In this embodiment, the reverse rotation state can be reliably detected by using the reverse rotation dedicated logic. Other effects are the same as those of the first embodiment.

(第3の実施の形態)
この実施の形態は、最初にブレーキ処理を実施することを特徴とする。
図20に示すように、過電流検出処理(ステップS101)を行なった後、低デューティでの2相通電ロック処理を実施する(ステップS102A)。ブレーキ時間は、一定時間とする(ステップS102B)。これらの処理は、第1の実施の形態におけるステップS111,S112に相当する処理である。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、ブレーキ処理によって強制的に領域R1に制御されるようになる。以降の処理は、第1の実施の形態と同じある。
また、図21に示すように、逆転専用ロジックを使用する場合(ステップS110Aに相当)についても、最初にステップS102A,S102Bでブレーキ処理を行うことで、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、ブレーキ処理によって強制的に領域R1に制御されるようになる。
(Third embodiment)
This embodiment is characterized in that the brake processing is first performed.
As shown in FIG. 20, after performing an overcurrent detection process (step S101), a two-phase energization lock process with a low duty is performed (step S102A). The brake time is a fixed time (step S102B). These processes are processes corresponding to steps S111 and S112 in the first embodiment. Even when the rotational speed of the brushless motor 1 is in any of the regions R1 to R3 at the time of starting, it is forcibly controlled to the region R1 by the brake process. Subsequent processing is the same as in the first embodiment.
Further, as shown in FIG. 21, even when using the reverse rotation dedicated logic (corresponding to step S110A), the rotational speed of the brushless motor 1 is set to any region R1 by first performing the brake processing in steps S102A and S102B. Even in the case of ˜R3, the region is forcibly controlled to the region R1 by the brake process.

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、電源電圧が変動する場合など、端子電圧が変動する場合には、分圧回路14の代わりにレベル変換回路を使用することが望ましい。レベル変換回路は、トランジスタやFET、コンパレータなどを使用し、電源電圧に応じて端子電圧を下げられるように構成される。
始動時の通電制御は、シャント抵抗13Aから電流値をモニタし、所定値以上にならないように制御すれば良く、デューティ50%に限定されない。
初期通電時間Ts1は、電圧・電流方程式、位置・トルク方程式に所定の物理定数を代入して求めたり、シミュレーションで決定しても良い。
Note that the present invention can be widely applied without being limited to the above-described embodiment.
For example, when the terminal voltage fluctuates, such as when the power supply voltage fluctuates, it is desirable to use a level conversion circuit instead of the voltage dividing circuit 14. The level conversion circuit uses transistors, FETs, comparators, and the like, and is configured so that the terminal voltage can be lowered according to the power supply voltage.
The energization control at the start is not limited to the duty of 50% as long as the current value is monitored from the shunt resistor 13A and controlled so as not to exceed a predetermined value.
The initial energization time Ts1 may be obtained by substituting predetermined physical constants into the voltage / current equation and the position / torque equation, or may be determined by simulation.

初期通電時間Ts1だけではロータ位置検出に十分な回転速度まで加速できない場合には、数回のオープンループによる強制通電を実施して十分に加速した後にフリーラン状態に移行させても良い。例えば、図22に示すように、ホールセンサを用いて1回目の通電切り替えのタイミング(初期通電時間Ts1)を決定すると共に、2回目の通電切り替えのタイミング(通電時間Ts2)と、3回目の通電切り替えのタイミング(通電時間Ts3)も測定し、これら通電時間Ts1〜Ts3をプログラムとして制御装置11に記憶させる。始動時には、始動励磁パターンを初期通電時間Ts1だけ継続した後に、始動励磁パターンの次の励磁パターンを時間Ts2だけ継続し、さらに次の励磁パターンを時間Ts3だけ継続した後に全相の通電をOFFにしてフリーランさせる。
なお、図7において、始動時にブラシレスモータ1を逆転させるときには、120°進んだ励磁パターンを始動時の励磁パターンとして選択する。
If the initial energization time Ts1 alone cannot be used to accelerate to a rotational speed sufficient for rotor position detection, forced energization by several open loops may be performed to sufficiently accelerate and then shift to a free-run state. For example, as shown in FIG. 22, the first energization switching timing (initial energization time Ts1) is determined using the Hall sensor, and the second energization switching timing (energization time Ts2) and the third energization are performed. The switching timing (energizing time Ts3) is also measured, and these energizing times Ts1 to Ts3 are stored in the control device 11 as programs. At the start, the start excitation pattern is continued for the initial energization time Ts1, the next excitation pattern for the start excitation pattern is continued for the time Ts2, and the next excitation pattern is continued for the time Ts3. Free run.
In FIG. 7, when the brushless motor 1 is reversely rotated at the start, an excitation pattern advanced by 120 ° is selected as an excitation pattern at the start.

1 ブラシレスモータ
2 駆動装置
11 制御装置
14 分圧回路
15A,15B,15C フィルタ
22 励磁切り替えタイミング演算手段
22A 遅れ位相補正部(フィルタ遅れ位相補正手段、回路遅れ位相補正手段)
26 通電パターン決定手段
27 励磁電圧出力手段
29 方形波パルス電圧幅検出手段
31 ロータ位置推定手段
41 ロータ
SL2,SL3,SL4 信号
Ts1 初期通電時間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Brushless motor 2 Drive apparatus 11 Control apparatus 14 Voltage dividing circuit 15A, 15B, 15C Filter 22 Excitation switching timing calculation means 22A Delay phase correction | amendment part (Filter delay phase correction means, Circuit delay phase correction means)
26 energization pattern determination means 27 excitation voltage output means 29 square wave pulse voltage width detection means 31 rotor position estimation means 41 rotor SL2, SL3, SL4 signal Ts1 initial energization time

Claims (4)

エンジンルーム内のラジエータに対して配設されラジエータファンの回転機構に使用されるブラシレスファンモータを駆動させるブラシレスファンモータの駆動装置であって、
前記ブラシレスファンモータの始動時に前記ブラシレスファンモータのロータの停止位置に合わせた励磁パターンを初期通電時間だけ前記ブラシレスファンモータに通電した後、通電を停止して前記ブラシレスファンモータの前記ロータをフリーランさせる通電パターン決定手段と、
フリーラン中に前記ブラシレスファンモータの端子に発生する誘起電圧の信号の時間間隔のうち、前記ブラシレスファンモータの始動後の2〜3回目の誘起電圧の信号の時間間隔に基づいて、前記ロータの位置を検出して励磁タイミングを決定する励磁切り替えタイミング演算手段と、
を有し、
前記2〜3回目の信号と、3〜4回目の信号の時間間隔が等しい場合に、2〜3回目の誘起電圧の信号の時間間隔に基づいて、前記ロータの位置を検出して励磁タイミングを決定し、
一方、前記2〜3回目の信号と、3〜4回目の信号の時間間隔が変化する場合には、次の時間間隔を推定して励磁タイミングを算出する
ことを特徴とするブラシレスファンモータの駆動装置。
A brushless fan motor drive device that drives a brushless fan motor that is disposed with respect to a radiator in an engine room and is used in a rotation mechanism of a radiator fan,
When the brushless fan motor is started, the brushless fan motor is energized for the initial energization time with an excitation pattern that matches the stop position of the rotor of the brushless fan motor, and then the energization is stopped to free run the rotor of the brushless fan motor. Energization pattern determination means to be
Of the time interval of the induced voltage signal generated at the terminal of the brushless fan motor during the free run, the time interval of the signal of the induced voltage of the second time after the start of the brushless fan motor is determined based on the time interval of the rotor. Excitation switching timing calculating means for detecting the position and determining the excitation timing;
I have a,
When the time interval between the second to third signals and the third to fourth signals are equal, the excitation timing is determined by detecting the position of the rotor based on the time intervals of the second to third induced voltage signals. Decide
On the other hand, when the time interval between the second and third signals and the third and fourth signals changes, the excitation timing is calculated by estimating the next time interval, and the driving of the brushless fan motor apparatus.
前記初期通電時間は、前記ロータが回転を開始してから1回目の通電切り替えタイミングまでの時間以下の長さである
ことを特徴とする請求項1に記載のブラシレスファンモータの駆動装置。
2. The brushless fan motor drive device according to claim 1, wherein the initial energization time is equal to or shorter than a time from the start of rotation of the rotor to a first energization switching timing.
エンジンルーム内のラジエータに対して配設されラジエータファンの回転機構に使用されるブラシレスファンモータを始動させるブラシレスファンモータの始動方法であって、
前記ブラシレスファンモータのロータの停止位置に合わせた励磁パターンを初期通電時間だけ前記ブラシレスファンモータに通電した後、通電を停止して前記ブラシレスファンモータの前記ロータをフリーランさせるステップと、
フリーラン中に前記ブラシレスファンモータの端子に発生する誘起電圧の信号の時間間隔のうち、前記ブラシレスファンモータの始動後の2〜3回目の誘起電圧の信号の時間間隔に基づいて、前記ロータの位置を検出するステップと、
検出した前記ロータの位置に基づいて励磁パターンの切り替えを行うステップと、
を有し、
前記2〜3回目の信号と、3〜4回目の信号の時間間隔が等しい場合に、2〜3回目の誘起電圧の信号の時間間隔に基づいて、前記ロータの位置を検出して励磁タイミングを決定し、
一方、前記2〜3回目の信号と、3〜4回目の信号の時間間隔が変化する場合には、次の時間間隔を推定して励磁タイミングを算出する
ことを特徴とするブラシレスファンモータの始動方法。
A brushless fan motor starting method for starting a brushless fan motor which is disposed with respect to a radiator in an engine room and used for a rotating mechanism of a radiator fan,
Energizing the brushless fan motor for an initial energization time with an excitation pattern matched to the stop position of the brushless fan motor rotor, and then stopping energization to free run the rotor of the brushless fan motor;
Of the time interval of the induced voltage signal generated at the terminal of the brushless fan motor during the free run, the time interval of the signal of the induced voltage of the second time after the start of the brushless fan motor is determined based on the time interval of the rotor. Detecting the position;
Switching the excitation pattern based on the detected position of the rotor;
I have a,
When the time interval between the second to third signals and the third to fourth signals are equal, the excitation timing is determined by detecting the position of the rotor based on the time intervals of the second to third induced voltage signals. Decide
On the other hand, when the time interval between the second and third signals and the third and fourth signals changes, the next time interval is estimated and the excitation timing is calculated. Method.
前記初期通電時間は、前記ロータが回転を開始してから1回目の通電切り替えタイミングまでの時間以下の長さであり、
前記ロータの位置を検出するステップは、前記ロータを回転させたときに前記ブラシレスファンモータの端子に発生する誘起電圧の信号が4回目発生するまでの間に行われる
ことを特徴とする請求項に記載のブラシレスファンモータの始動方法。
The initial energization time is a length equal to or shorter than the time from the start of rotation of the rotor to the first energization switching timing,
Detecting a position of said rotor, according to claim 3, characterized in that it is carried out until the signal of the induced voltage generated at the terminals of the brushless fan motor generates fourth time when rotating the rotor The start method of the brushless fan motor as described in 2.
JP2013020923A 2006-07-28 2013-02-05 Brushless fan motor driving device and starting method Expired - Fee Related JP5766222B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013020923A JP5766222B2 (en) 2006-07-28 2013-02-05 Brushless fan motor driving device and starting method

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006206390 2006-07-28
JP2006206390 2006-07-28
JP2006242647 2006-09-07
JP2006242647 2006-09-07
JP2013020923A JP5766222B2 (en) 2006-07-28 2013-02-05 Brushless fan motor driving device and starting method

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007000469A Division JP2008092784A (en) 2006-07-28 2007-01-05 Drive unit for brushless motor, and method for starting the brushless motor and method for detecting stopping position of rotor of the brushless motor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013081370A JP2013081370A (en) 2013-05-02
JP5766222B2 true JP5766222B2 (en) 2015-08-19

Family

ID=48527280

Family Applications (7)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013020925A Expired - Fee Related JP5778191B2 (en) 2006-07-28 2013-02-05 Brushless motor driving apparatus and control method, and brushless fan motor driving apparatus and control method
JP2013020922A Expired - Fee Related JP5778190B2 (en) 2006-07-28 2013-02-05 Brushless motor driving device, brushless motor starting method, brushless fan motor driving device, and brushless fan motor starting method
JP2013020923A Expired - Fee Related JP5766222B2 (en) 2006-07-28 2013-02-05 Brushless fan motor driving device and starting method
JP2013020924A Expired - Fee Related JP5634538B2 (en) 2006-07-28 2013-02-05 Brushless motor driving device and starting method, and brushless fan motor driving device and starting method
JP2013241260A Expired - Fee Related JP6132749B2 (en) 2006-07-28 2013-11-21 Brushless motor driving apparatus and brushless motor starting method
JP2014064816A Expired - Fee Related JP5840718B2 (en) 2006-07-28 2014-03-26 Brushless motor control device and starting method
JP2014064815A Expired - Fee Related JP5840717B2 (en) 2006-07-28 2014-03-26 Brushless motor driving apparatus and control method

Family Applications Before (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013020925A Expired - Fee Related JP5778191B2 (en) 2006-07-28 2013-02-05 Brushless motor driving apparatus and control method, and brushless fan motor driving apparatus and control method
JP2013020922A Expired - Fee Related JP5778190B2 (en) 2006-07-28 2013-02-05 Brushless motor driving device, brushless motor starting method, brushless fan motor driving device, and brushless fan motor starting method

Family Applications After (4)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013020924A Expired - Fee Related JP5634538B2 (en) 2006-07-28 2013-02-05 Brushless motor driving device and starting method, and brushless fan motor driving device and starting method
JP2013241260A Expired - Fee Related JP6132749B2 (en) 2006-07-28 2013-11-21 Brushless motor driving apparatus and brushless motor starting method
JP2014064816A Expired - Fee Related JP5840718B2 (en) 2006-07-28 2014-03-26 Brushless motor control device and starting method
JP2014064815A Expired - Fee Related JP5840717B2 (en) 2006-07-28 2014-03-26 Brushless motor driving apparatus and control method

Country Status (1)

Country Link
JP (7) JP5778191B2 (en)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101709491B1 (en) * 2013-11-08 2017-02-23 엘지전자 주식회사 Motor driving apparatus and laundry treatment machine including the same
JP5907463B2 (en) * 2014-04-25 2016-04-26 飯田電機工業株式会社 Method for detecting rotor stop section of brushless DC motor
JP6354523B2 (en) * 2014-10-31 2018-07-11 株式会社デンソー Electric motor control device
US9837940B2 (en) 2015-06-05 2017-12-05 Semiconductor Components Industries, Llc Three-phase brushless motor state identification
JP6596253B2 (en) * 2015-07-27 2019-10-23 株式会社日立産機システム Power converter and control method of power converter
JP6582212B2 (en) * 2015-07-30 2019-10-02 アダマンド並木精密宝石株式会社 Driving method of sensorless / brushless motor and motor control apparatus using the driving method
JP6420228B2 (en) 2015-12-01 2018-11-07 株式会社神戸製鋼所 Method for producing coated particles and method for producing functional materials
JP6457410B2 (en) * 2016-01-12 2019-01-23 日立オートモティブシステムズ株式会社 Three-phase brushless motor driving apparatus and driving method thereof
US10116244B2 (en) 2016-06-17 2018-10-30 Semiconductor Components Industries, Llc Motor driving circuit and method providing smooth recovery from transient power loss
WO2018134886A1 (en) * 2017-01-17 2018-07-26 オリンパス株式会社 Power supply
JP7016762B2 (en) * 2018-04-13 2022-02-07 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor devices, motor drive systems, and motor control programs
JP2019216499A (en) 2018-06-11 2019-12-19 日本電産サンキョー株式会社 Control metho and controller of brushless dc motor
KR20230165465A (en) * 2022-05-27 2023-12-05 현대자동차주식회사 Sensorless induction motor system and control method therefor

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5915289U (en) * 1982-07-19 1984-01-30 パイオニア株式会社 DC motor drive stop device
JPH01308192A (en) * 1988-06-02 1989-12-12 Fujitsu General Ltd Starting method for sensorless brushless motor
JP2502781B2 (en) * 1990-02-09 1996-05-29 松下電器産業株式会社 DC motor without commutator
JP2834288B2 (en) * 1990-07-17 1998-12-09 松下電器産業株式会社 Motor stop device
JPH0670586A (en) * 1992-08-18 1994-03-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd Driver for sensorless brushless motor
JPH06133584A (en) * 1992-10-15 1994-05-13 Seiko Epson Corp Controller for brushless dc motor using no position sensor
JPH07337080A (en) * 1994-06-10 1995-12-22 Hitachi Ltd Air-conditioner
JP3386688B2 (en) * 1997-05-09 2003-03-17 松下エコシステムズ株式会社 Brushless motor position detection circuit
JPH11318096A (en) * 1998-04-30 1999-11-16 Seiko Seiki Co Ltd Driver of brushless motor
JP3711749B2 (en) * 1998-05-25 2005-11-02 いすゞ自動車株式会社 Permanent magnet type synchronous motor and control method thereof
JPH11356080A (en) * 1998-06-09 1999-12-24 Aisin Seiki Co Ltd Sr motor
JP3204644B2 (en) * 1998-07-07 2001-09-04 松下電器産業株式会社 Driving device and driving method for electric motor
JP2000287477A (en) * 1999-03-29 2000-10-13 Mitsubishi Electric Corp Motor drive
JP2000287485A (en) * 1999-03-30 2000-10-13 Toshiba Corp Control device of compressor motor for air conditioner
JP2002119084A (en) * 2000-10-04 2002-04-19 Denso Corp Sensorless/brushless dc motor-driving device
JP2002335691A (en) * 2001-05-09 2002-11-22 Kunio Seki Drive device of three-phase brushless motor
JP2002374689A (en) * 2001-06-14 2002-12-26 Mitsubishi Electric Corp Motor drive gear and washing machine
JP2004040943A (en) * 2002-07-05 2004-02-05 Nec Electronics Corp Method and device for detecting rotor stop position of sensorless motor, and method and device for starting
JP2005143189A (en) * 2003-11-05 2005-06-02 Asmo Co Ltd Fan driver for vehicle
JP2005204390A (en) * 2004-01-14 2005-07-28 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands Bv Data storage device, and apparatus and method for controlling motor
JP3964399B2 (en) * 2004-03-09 2007-08-22 カルソニックカンセイ株式会社 Electric motor drive device
JP2006121815A (en) * 2004-10-21 2006-05-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd Drive device of dc brushless motor

Also Published As

Publication number Publication date
JP5634538B2 (en) 2014-12-03
JP5840717B2 (en) 2016-01-06
JP2013081369A (en) 2013-05-02
JP2014113057A (en) 2014-06-19
JP5840718B2 (en) 2016-01-06
JP2013081372A (en) 2013-05-02
JP5778190B2 (en) 2015-09-16
JP5778191B2 (en) 2015-09-16
JP6132749B2 (en) 2017-05-24
JP2014113056A (en) 2014-06-19
JP2014033616A (en) 2014-02-20
JP2013081370A (en) 2013-05-02
JP2013081371A (en) 2013-05-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5840718B2 (en) Brushless motor control device and 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
JP5198017B2 (en) Brushless motor control device and method of detecting rotor stop position of brushless motor
US20120235610A1 (en) Electric motor control apparatus
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
JP2011125079A (en) Drive device for brushless motor and method of starting the same
JP2010088267A (en) Controller of brushless motor and control method
JP5683618B2 (en) Brushless motor driving device and control method, brushless fan motor driving device and control method
JP6173107B2 (en) Brushless motor driving apparatus and driving method
JP6562881B2 (en) Constant identification apparatus and constant identification method for permanent magnet synchronous motor
JP5756542B2 (en) Brushless motor control device and control method
JP5634541B2 (en) Brushless fan motor driving apparatus and brushless fan motor control method
JP5745955B2 (en) Driving apparatus and driving method
CN107852113B (en) Power conversion device and control method for power conversion device
JP2008295260A (en) Drive device of brushless motor
JP6642311B2 (en) Control device for rotating electric machine
JP4633521B2 (en) Brushless motor control device, control method, and motor system
JP5797478B2 (en) Brushless motor control device and control method
JP5634540B2 (en) Brushless motor driving device and control method, brushless fan motor driving device and control method
JP2010016942A (en) Method and apparatus for controlling synchronous motor
JP5216185B2 (en) Brushless motor control device, control method, and motor system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130205

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20131226

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140114

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140314

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140826

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: 20150602

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150616

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5766222

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees