JP6582212B2 - Driving method of sensorless / brushless motor and motor control apparatus using the driving method - Google Patents
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Description
本発明は、位置制御用サーボモータや、その他の電動モータ等として用いられるセンサレス・ブラシレスモータの駆動方法及び該駆動方法を用いたモータ制御装置に関するものである。 The present invention relates to a driving method of a sensorless / brushless motor used as a position control servomotor, other electric motors, and the like, and a motor control device using the driving method.
従来、センサレスのブラシレスモータでは、ロータの初期位置が把握できないため、三相コイルへの電流方向の切り換えのタイミングとロータの磁極の回転とを同期させることが難しかった。特に回転の初期段階に同期させることは困難であるため、初期段階の脱調に起因して、起動電流が増大したり、起動立上り時間が長くなる等して、起動時のモータ効率の低下をまねくおそれがある。 Conventionally, in a sensorless brushless motor, since the initial position of the rotor cannot be grasped, it is difficult to synchronize the timing of switching the current direction to the three-phase coil and the rotation of the magnetic poles of the rotor. In particular, since it is difficult to synchronize with the initial stage of rotation, the start-up current increases or the start-up rise time becomes longer due to the out-of-step in the initial stage. There is a risk.
そこで、例えば特許文献1に記載のブラシレスモータ装置では、三相コイルについて通電相及び電流方向の組み合わせが異なる6つの駆動ステートを1サイクルとし、各駆動ステートを順次に切り換える制御回路(32)と、ロータの回転位置を検出する複数の磁気センサ(31:ホール素子)とを備えている。そして、磁気センサによりロータの回転位置を検出し、この検出されたロータの回転位置を基準にして、6つの駆動ステートの中から起動駆動ステートを選定し、この起動駆動ステートを始点にして前記駆動ステートを順次に切り替えるようにしている。なお、括弧内の数値は、特許文献1中の符号を示す。
しかしながら、この従来技術では、複数の磁気センサを具備する必要があるため、より簡素な構成が求められる。
Thus, for example, in the brushless motor device described in
However, this prior art requires a simpler configuration because it is necessary to have a plurality of magnetic sensors.
本発明は上記従来事情に鑑みてなされたものであり、その課題とする処は、簡素な構造により起動時のモータ効率を向上することができるセンサレス・ブラシレスモータの駆動方法及び該駆動方法を用いたモータ制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional circumstances, and a problem to be solved is a sensorless / brushless motor driving method capable of improving motor efficiency at start-up by a simple structure and the driving method. It is to provide a motor control device.
上記課題を解決するための一手段は、複数相のコイルについて通電相及び電流方向の組み合わせが異なる複数の駆動ステートを1サイクルとし、駆動ステートを順次に切り替えることでロータを回転させるようにしたセンサレス・ブラシレスモータの駆動方法において、適切な起動駆動ステートを選定するようにした。具体的には、ロータの静止状態で、1サイクル中の各駆動ステートにおける各通電相のコイルに、ロータが連続回転する電力よりも小さい検査電力を所定時間加える。そして、各通電相のコイルの逆起電力を検出し、この検出された逆起電力の大きさに応じて、1サイクル中の複数の駆動ステートの中から切り換えの始点となる起動駆動ステートを選定するようにしたものである。 One means for solving the above problem is a sensorless system in which a plurality of drive states with different combinations of energized phases and current directions are set as one cycle for a plurality of coils, and the rotor is rotated by sequentially switching the drive states. -Appropriate start-up drive state was selected for the brushless motor drive method. Specifically, a test power smaller than the power for continuously rotating the rotor is applied for a predetermined time to the coils of the respective energized phases in each drive state in one cycle while the rotor is stationary. Then, the back electromotive force of the coil of each energized phase is detected, and the start drive state that becomes the switching start point is selected from among a plurality of drive states in one cycle according to the magnitude of the detected back electromotive force. It is what you do.
本発明は、以上説明したように構成されているので、簡素な構造により起動時のモータ効率を向上することができる。 Since the present invention is configured as described above, the motor efficiency at startup can be improved with a simple structure.
本実施の形態の特徴の一つは、複数相のコイルについて通電相及び電流方向の組み合わせが異なる複数の駆動ステートを1サイクルとし、各駆動ステートを順次に切り替えることでロータを回転させるようにしたセンサレス・ブラシレスモータの駆動方法にある。具体的には、ロータの静止状態で、1サイクル中の各駆動ステートにおける各通電相のコイルに、ロータが連続回転する電力よりも小さい検査電力を所定時間加えて、各通電相のコイルの逆起電力を検出する。そして、検出された逆起電力の大きさに応じて、1サイクル中の複数の駆動ステートの中から切り換えの始点となる起動駆動ステートを選定するようにした(図4及び図6参照)。ここで、「検査電力」は、好ましい一例としては、矩形波状の電圧波形の時間幅の調整により設定すればよいが、他例としては、矩形波状の電圧波形の高さの調整により設定することも可能である。
この構成によれば、起動時における脱調を防いで、起動立上り時間を短縮化するとともに始動電流を低減し、起動時のモータ効率を向上することができる。
One of the features of the present embodiment is that a plurality of drive states with different combinations of energized phases and current directions are set as one cycle for a plurality of coils, and the rotor is rotated by sequentially switching each drive state. There is a method for driving a sensorless brushless motor. Specifically, when the rotor is stationary, a test power smaller than the electric power at which the rotor continuously rotates is applied for a predetermined time to the coil of each energized phase in each drive state in one cycle, and the reverse of the coil of each energized phase. Detect the electromotive force. Then, in accordance with the detected magnitude of the back electromotive force, an activation drive state serving as a switching start point is selected from a plurality of drive states in one cycle (see FIGS. 4 and 6). Here, as a preferable example, the “inspection power” may be set by adjusting the time width of the rectangular waveform voltage waveform, but as another example, it may be set by adjusting the height of the rectangular waveform voltage waveform. Is also possible.
According to this configuration, it is possible to prevent the step-out at the start-up, shorten the start-up rise time, reduce the start-up current, and improve the motor efficiency at the start-up.
他の特徴としては、具体的な好ましい態様を得るために、1サイクル中の複数の駆動ステートの中から、検出される逆起電力が最小となる駆動ステートを選定し、この選定された駆動ステートを基準にして起動駆動ステートを決定するようにした。
ここで、「選定された駆動ステートを基準にして起動駆動ステートを決定する」という構成には、選定された駆動ステート自体を起動駆動ステートとする態様や、選定された駆動ステートを基準にして次の駆動ステートを起動駆動ステートとする態様等を含む。
As another feature, in order to obtain a specific preferable mode, a drive state that minimizes the detected back electromotive force is selected from a plurality of drive states in one cycle, and the selected drive state is selected. The starting drive state is determined based on the above.
Here, in the configuration of “determining the startup drive state based on the selected drive state”, there is a mode in which the selected drive state itself is used as the startup drive state, and the following is performed based on the selected drive state. In other words, the drive state is the start drive state.
他の特徴としては、起動駆動ステートにて各通電相のコイルに駆動電力を所定時間加えてロータの回転を開始した後、現回転駆動ステートと回転方向順の次の回転駆動ステートとの双方について、各通電相のコイルに検査電力を所定時間加える。そして、これら二つの駆動ステートの逆起電力を比較して、何れか小さい方の逆起電力に対応する駆動ステートを回転駆動ステートとする。そして、逆起電力を比較する比較ステップと、回転駆動ステートにて各通電相のコイルに駆動電力を所定時間加える駆動ステップとの二つのステップを繰り返して、ロータを一方向へ回転させるようにした(図5、図8及び図9参照)。
この構成によれば、ロータ回転の初期段階において、トルク変動の小さい滑らかな回転運動を得ることができる。
Another feature is that both the current rotation drive state and the next rotation drive state in the rotation direction order after the drive power is applied to the coil of each energized phase for a predetermined time in the start drive state and the rotor starts rotating. The inspection power is applied to the coil of each energized phase for a predetermined time. Then, the back electromotive force of these two drive states is compared, and the drive state corresponding to the smaller back electromotive force is set as the rotational drive state. Then, the rotor is rotated in one direction by repeating two steps of a comparison step for comparing the counter electromotive force and a drive step for applying drive power to the coils of each energized phase for a predetermined time in the rotational drive state. (See FIGS. 5, 8 and 9).
According to this configuration, a smooth rotational motion with small torque fluctuation can be obtained in the initial stage of rotor rotation.
他の特徴としては、逆起電力を簡単かつ高精度に検出するために、各通電相における電圧波形の時間幅を逆起電力の大きさとして扱うようにした(図6〜9参照)。 As another feature, the time width of the voltage waveform in each energized phase is treated as the magnitude of the back electromotive force in order to detect the back electromotive force easily and with high accuracy (see FIGS. 6 to 9).
他の特徴としては、好ましい具体的態様を得るために、複数相のコイルが三相コイルであり、電気角120度毎に通電相を切り替えるようにした。 As another feature, in order to obtain a preferable specific aspect, the plurality of phase coils are three-phase coils, and the energized phase is switched every 120 degrees in electrical angle.
他の特徴としては、より好ましい具体的態様を得るために、1サイクル中の複数の駆動ステートを、通電相及び電流方向の組み合わせが異なる6種類の駆動ステートとした。 As another feature, in order to obtain a more preferable specific aspect, a plurality of drive states in one cycle are set to six types of drive states having different combinations of energized phases and current directions.
また、他の特徴としては、上記センサレス・ブラシレスモータの駆動方法を用いてモータ制御装置を構成した。 As another feature, the motor control device is configured by using the sensorless / brushless motor driving method.
次に、上記特徴を有する好ましい実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。 Next, a preferred embodiment having the above features will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明に係るセンサレス・ブラシレスモータの駆動方法を用いたモータ制御装置の一例を示す。
このモータ制御装置Aは、センサレス・ブラシレスモータ10の起動、運転、停止、逆転等を制御するようにした電子回路であり、オンオフ回路20、誘導起電力検出回路30、制御部40等によって構成される。
FIG. 1 shows an example of a motor control device using a sensorless / brushless motor driving method according to the present invention.
This motor control device A is an electronic circuit that controls the start, operation, stop, reverse rotation, etc., of the sensorless /
センサレス・ブラシレスモータ10は、マグネットのN極とS極を周方向へ交互に配置したロータ(図示せず)と、該ロータの周方向に沿って配設された三相コイル11と、これら三相コイルを固定したハウジング(図示せず)とを備えた三相ブラシレスDCモータである。
このセンサレス・ブラシレスモータ10は、例えば、周知の三相2極3スロットのブラシレスDCモータから、ロータ回転位置を検出するためのホール素子を省いた構成とすることができ、相数や極数、スロット数が異なるものを用いることも可能である。
また、図2に示す一例では、u相のコイル11uとv相のコイル11vとw相のコイル11wとからなるスター結線の三相コイル11を構成しているが、この結線方法はデルタ結線とすることも可能である。
また、本実施例では、複数相のコイルが電気角120度毎に通電相を切り替わる三相コイルでの例で説明を進めるが、3相以上のコイル構造でもこの発明は有効である。
The sensorless /
This sensorless /
In the example shown in FIG. 2, a star-connected three-
Further, in this embodiment, the description will be given with an example of a three-phase coil in which a plurality of coils are switched between energized phases every 120 degrees of electrical angle. However, the present invention is also effective in a coil structure of three or more phases.
オンオフ回路20は、制御部40から三相コイル11へ検査電力P1や駆動電力P3等を印加するラインを、MOSFETを用いて開閉する回路である。
逆起電力検出回路30は、センサレス・ブラシレスモータ10の各相の電圧を検出し、制御部40内の比較回路に入力するようにした電子回路である。
制御部40は、記憶装置に記憶したプログラムによりCPUを機能させるマイコンや、このマイコンの駆動指令に応じて位相を120°ずらした三相交流を出力するインバータ回路、逆起電力検出回路30によって検出される各相の逆起電力(電圧)を比較する比較回路(コンパレータ)等を具備している。
The on / off
The back electromotive
The
図1における逆起電力検出電圧:Vth(Threshold電圧)を決める抵抗比は電源電圧の22:1を各コンパレータのマイナス入力端子に接続し、モータリードにつなげた抵抗比は各コンパレータのプラス入力端子に21:1でつなげている。これにより、無回転、無電力時の各コンパレータ出力は+側になるようにした回路構成例である。なお、これらは回路環境ノイズマージンによって決定されるべき抵抗比である。
これらの電子回路は、同様の機能を有するようにすれば、図示例以外の構成にすることが可能である。
The resistance ratio that determines the counter electromotive force detection voltage: Vth (Threshold voltage) in FIG. 1 is connected to the negative input terminal of each comparator at 22: 1 of the power supply voltage, and the resistance ratio connected to the motor lead is the positive input terminal of each comparator. 21: 1. This is an example of a circuit configuration in which each comparator output at the time of no rotation and no power is on the + side. These are resistance ratios to be determined by the circuit environment noise margin.
These electronic circuits can have configurations other than those shown in the drawings as long as they have similar functions.
次に、上記モータ制御装置Aを用いてセンサレス・ブラシレスモータ10を制御する手順について説明する。
このモータ制御装置Aは、三相コイル11について通電相及び電流方向の組み合わせが異なる複数の駆動ステートを1サイクルとし、前記駆動ステートを順次に切り替えることで三相コイル11の電磁力によりロータ(図示せず)を一方向へ回転させる。
Next, a procedure for controlling the sensorless /
The motor control device A uses a plurality of drive states with different combinations of energized phases and current directions for the three-
1サイクル中の複数の駆動ステートは、図示例によれば、駆動ステート1〜6の6種類の駆動ステートであり、ロータが約60°回転する周期で順次に切り替えられる。
駆動ステート1は、図2及び図3に示すように、u相のコイル11u及びv相のコイル11vを通電相とし、u相のコイル11uからv相のコイル11vへ電流を流すようにしている。
駆動ステート2は、u相のコイル11u及びw相のコイル11wを通電相とし、u相のコイル11uからw相のコイル11wへ電流を流すようにしている。
駆動ステート3は、v相のコイル11v及びw相のコイル11wを通電相とし、v相のコイル11vからw相のコイル11wへ電流を流すようにしている。
駆動ステート4は、v相のコイル11v及びu相のコイル11uを通電相とし、v相のコイル11vからu相のコイル11uへ電流を流すようにしている。
駆動ステート5は、w相のコイル11w及びu相のコイル11uを通電相とし、w相のコイル11wからu相のコイル11uへ電流を流すようにしている。
駆動ステート6は、w相のコイル11w及びv相のコイル11vを通電相とし、w相のコイル11wからv相のコイル11vへ電流を流すようにしている。
According to the illustrated example, the plurality of drive states in one cycle are six types of drive states 1 to 6, and are sequentially switched in a cycle in which the rotor rotates about 60 °.
As shown in FIGS. 2 and 3, the
In the
In the driving
In the driving
In the
In the
尚、本実施例では、三相駆動モーター 構造で1サイクル中の複数の駆動ステートを、説明では通電相及び電流方向の組み合わせが異なる6種類の台形駆動(trapezoidal drive)としたが、印加電力形態が重なるサイン波駆動でも起動時にはこの発明を適用できる。 In this embodiment, a plurality of drive states in one cycle in the three-phase drive motor structure are six kinds of trapezoidal drives with different combinations of energized phases and current directions in the description. Even when the sine wave is overlapped, the present invention can be applied at the time of startup.
以下、制御部40による処理を図4と図5に示すフローチャートに沿って順番に説明する。
また、このフローチャートに沿った説明の中で、図6〜図9を用いた例示により、具体的な処理の内容を説明する。
尚、本実施例の説明上の表記に対して、各図面上で対応する表記は、図示による全体像を捉え易くするために一部を簡略化して表記している。具体的には、例えば、本実施例の説明中の「現駆動ステート」を図中では「現ステート」、同説明中の「起動駆動ステート」を図中では「起動ステート」と表記するなどしている。
Hereinafter, the process by the
In the description along the flowchart, specific processing contents will be described with reference to FIGS. 6 to 9.
In addition, with respect to the notation in the explanation of the present embodiment, the notation corresponding to each drawing is simplified in part in order to make it easy to grasp the entire image shown in the drawing. Specifically, for example, “current drive state” in the description of this embodiment is expressed as “current state” in the figure, and “startup drive state” in the description is expressed as “startup state” in the figure. ing.
先ず、制御部40は、ロータの静止状態において、駆動ステート1における各通電相のコイルに、ロータが連続回転する電力よりも小さい検査電力P1を所定の時間幅t1だけ加える(ステップ1)。
前記静止状態は、三相コイル11に電圧を印加しないで、ロータが静止している状態である。
前記検査電力P1は、ロータが起動回転しない程度に印加される電力である。より具体的に説明すれば、この検査電力P1は、図6に示すように、所定の時間幅t1を有する矩形波状の電圧である。時間幅t1は、実験又は計算等により予め求められた値に固定されている。また、検査電力P1の電圧波形上において時間幅t1に直交する方向の電圧レベル(矩形波の高さ)も、実験又は計算等により予め求められた値に固定されている。
First, in a stationary state of the rotor, the
The stationary state is a state where the rotor is stationary without applying a voltage to the three-
The inspection power P1 is applied to such an extent that the rotor does not start and rotate. More specifically, the inspection power P1 is a rectangular wave voltage having a predetermined time width t1, as shown in FIG. The time width t1 is fixed to a value obtained in advance by experiment or calculation. Further, the voltage level (height of the rectangular wave) in the direction orthogonal to the time width t1 on the voltage waveform of the inspection power P1 is also fixed to a value obtained in advance by experiment or calculation.
次に、制御部40は、前記ステップ1で出力した検査電力P1をオフにするとともにオンオフ回路20を開放状態し、その直後に、逆起電力検出回路30を介して各通電相の逆起電力P2を検出し、この検出された逆起電力P2を図示しない記憶装置に記憶する(ステップ2)。
逆起電力P2は、検査電力P1をオフにした直後の電磁誘導により生じる電力である。なお、本明細書の図面中においては、この逆起電力P2を逆起電圧と表現する場合もある。
Next, the
The counter electromotive force P2 is generated by electromagnetic induction immediately after the inspection power P1 is turned off. In the drawings of this specification, the counter electromotive force P2 may be expressed as a counter electromotive voltage.
制御部40は、逆起電力検出回路30及び制御部40内の比較回路により、図7に示すように、各通電相の電圧の正負が反転した時点から、該電圧レベルが予め設定されたVth(Threshold電圧)を超えた時点までの時間幅t2を計測し、この時間幅t2を、逆起電力P2の大きさとして扱うようにしている。
As shown in FIG. 7, the
次に、制御部40は、駆動ステート2〜6の各々について、駆動ステート1と同様にして、検査電力P1の印加と、逆起電力P2の検出及び記憶とを行う(ステップ3〜12)
なお、図6等に示されるように、同駆動ステート中の二つの通電相の検査電力P1及び逆起電力P2の電圧波形は、正負を反転した略同形状の波形となる。
Next, the
Note that, as shown in FIG. 6 and the like, the voltage waveforms of the test power P1 and the counter electromotive force P2 of the two energized phases in the same drive state are substantially the same waveform with the positive and negative reversed.
そして、制御部40は、駆動ステート毎に対応するように記憶した1サイクル分の複数の逆起電力P2の中から、最小となる逆起電力P2を選定し、この最小の逆起電力P2に対応する駆動ステートを起動駆動ステートとする(ステップ13)。
例えば、図6に示す一例によれば、一番左端の逆起電力P2が1サイクル中の最小の逆起電力となっており、この逆起電力P2に対応する駆動ステート1が起動駆動ステートに設定される。
The
For example, according to the example shown in FIG. 6, the leftmost counter electromotive force P2 is the minimum counter electromotive force in one cycle, and the
次に、制御部40は、決定した起動駆動ステートについて、各通電相に駆動電力P3を所定の時間幅t3だけ加えて、ロータの一方向への回転を開始する(ステップ14)。例えば、図8に示す一例によれば、起動駆動ステートである駆動ステート1について、通電相であるu相とv相に駆動電力P3が印加され、ロータの一方向への回転が開始している。
なお、駆動電力P3は、少なくとも検査電力P1よりも時間幅の大きい矩形波状の電圧である。この矩形波の時間幅t3及び該幅に直交する電圧レベル(矩形波の高さ)は、ロータを連続回転させることが可能な程度になるように、実験又は計算等により予め設定されている。
Next, the
The driving power P3 is a rectangular wave voltage having a time width larger than at least the inspection power P1. The rectangular wave time width t3 and the voltage level (rectangular wave height) orthogonal to the width are set in advance by experiments or calculations so that the rotor can be continuously rotated.
上記、検査電力P1、逆起電力P2、駆動電力P3及び時間幅t1、t2、t3は、このあとの説明で例示する図8、図9でも同じ意味で示している。 The above-described test power P1, back electromotive force P2, drive power P3, and time widths t1, t2, and t3 have the same meanings in FIGS. 8 and 9 illustrated in the following description.
起動駆動ステートでロータを始動した後、制御部40は、現駆動ステート(最初は起動駆動ステートと同じ駆動ステート)について、各通電相のコイルに上述した検査電力P1を所定の時間幅t1だけ加えて(ステップ21)、この通電相の逆起電力P2を測定し記憶する(ステップ22)。
例えば、図8に示す一例によれば、現駆動ステートである起動駆動ステート(ステート1)について、通電相であるu相とv相に検査電力P1が所定の時間幅t1だけ加えられ、この通電相の逆起電力P2が測定され記憶される。
After starting the rotor in the startup drive state, the
For example, according to the example shown in FIG. 8, in the startup drive state (state 1) that is the current drive state, the inspection power P1 is applied to the u phase and the v phase that are the energized phases for a predetermined time width t1. The phase back electromotive force P2 is measured and stored.
さらに、制御部40は、現駆動ステートに対する回転方向順の次の駆動ステートについて、各通電相のコイルに検査電力P1を所定の時間幅t1だけ加えて(ステップ23)、この通電相の逆起電力P2を記憶する(ステップ24)。
例えば、図8に示す一例によれば、次の駆動ステート(駆動ステート2)について、通電相であるu相とw相に検査電力P1が所定の時間幅t1だけ加えられ、この通電相の逆起電力P2が測定され記憶される。
Further, the
For example, according to the example shown in FIG. 8, for the next drive state (drive state 2), the inspection power P1 is applied to the u phase and w phase, which are energized phases, for a predetermined time width t1, and the reverse of this energized phase. The electromotive force P2 is measured and stored.
次に、制御部40は、前記ステップ22及び24で記憶した二つの駆動ステートの逆起電力P2について大小関係を比較する(ステップ25)。この比較は、具体的には、一方の逆起電力P2の時間幅t2と、他方の逆起電力P2の時間幅t2との比較により行う。
Next, the
次に、制御部40は、比較の結果、何れか小さい方になった逆起電力P2に対応する駆動ステートを回転駆動ステートとし、この回転駆動ステートにて各通電相のコイルに駆動電力P3を所定の時間幅t3だけ加える(ステップ26)。そして、このステップ26により、ロータは前記一方向へ回転を継続する。
ここで、「回転駆動ステート」とは、通電相に駆動電力P3を加える際の対象となる駆動ステートを意味する。
Next, as a result of the comparison, the
Here, the “rotation drive state” means a drive state that is a target when the drive power P3 is applied to the energized phase.
例えば、図8に示す一例によれば、駆動ステート1と駆動ステート2について逆起電力P2の大小関係が比較され、小さい方の逆起電力P2に対応する駆動ステート1が回転駆動ステートとされ、この回転駆動ステートにて通電相となるu相とv相のコイルに、駆動電力P3が所定の時間幅t3だけ加えられている。
For example, according to the example shown in FIG. 8, the magnitude relationship of the back electromotive force P2 is compared between the
次のステップ27では、ロータの回転数が予め設定された規定値以上になったか否かを判断し、規定値以上になっていれば処理をステップ28へ進め、そうでなければ処理をステップ21へ戻す。
このステップ27の判断は、現駆動ステートの逆起電力P2に応じた判断とすることが可能である。すなわち、ロータの回転数が上昇すると、検査電力P1を印加した際の逆起電力P2も上昇するため、例えば、逆起電力P2が所定の閾値を超えたことを条件に、処理をステップ28へ進めればよい。
In the next step 27, it is determined whether or not the number of rotations of the rotor has exceeded a preset specified value. If it has exceeded the specified value, the process proceeds to step 28; Return to.
The determination in step 27 can be made in accordance with the back electromotive force P2 in the current drive state. That is, when the rotational speed of the rotor increases, the back electromotive force P2 when the inspection power P1 is applied also increases. For example, the process proceeds to step 28 on condition that the back electromotive force P2 exceeds a predetermined threshold. Just go ahead.
したがって、ロータの回転数がある程度上昇するまでは、上記ステップ21〜26の処理が繰り返されることになる。 Therefore, the processes in steps 21 to 26 are repeated until the rotational speed of the rotor increases to some extent.
図8及び図9に示す一例では、駆動ステート1を回転駆動ステートとする初期段階の駆動を繰り返した後(図8参照)、駆動ステート1と駆動ステート2の大小関係が入れ替わって駆動ステート2を回転駆動ステートとした駆動に切り替わっている(図9参照)。この後は、同様にして、前後の駆動ステートの大小関係の比較する比較ステップと、何れか小さい方の駆動ステートを回転駆動ステートして駆動電力P3を印加する駆動ステップとの二つのステップが繰り返されて、回転駆動ステートが徐々に回転方向順の後の駆動ステートに移行してゆく。そして、このような回転駆動ステートの移行により、ロータの回転運動が前後の駆動ステート間において滑らかに行われる。
In the example shown in FIGS. 8 and 9, after repeating the initial stage of driving with the driving
また、ロータの回転数が上昇して、ステップ28へ処理が進んだ場合、このステップ28では、センサレスモータの通常運転を行う。この通常運転は、センサレスモータについてのゼロクロス制御やBEMF(back electromotive force)電圧検知による周知の制御方法による運転等とすればよい。 If the rotation speed of the rotor increases and the process proceeds to step 28, the sensorless motor is normally operated in step 28. This normal operation may be a zero-cross control for a sensorless motor, an operation by a known control method based on BEMF (back electromotive force) voltage detection, or the like.
よって、モータ制御装置Aを用いた上記駆動方法によれば、ロータが静止状態から起動回転する際に、センサレス・ブラシレスモータ10の起動電流を低減することができる。
Therefore, according to the driving method using the motor control device A, the starting current of the
すなわち、通常、起動電流の大きさはロータの磁極とコイルとの位置関係等により変化する。上記駆動方法により決定した起動駆動ステートでは、ロータが、他の駆動ステートの場合よりも起動し易い位置にあり、検査電力P1を加えた際に、外部からの回転力でわずかな検査電力P1でも回転してしまう場合や外部からの回転力で軸が勝手に回転している場合もある。 That is, normally, the magnitude of the starting current varies depending on the positional relationship between the magnetic poles of the rotor and the coil. In the starting drive state determined by the above driving method, the rotor is in a position where it is easier to start than in the other driving states, and when the inspection power P1 is applied, even with a small inspection power P1 due to the rotational force from the outside. In some cases, the shaft may rotate, or the shaft may rotate freely due to a rotational force from the outside.
したがって、再度、起動駆動ステート検出ソフトウエアルーチンを使い、起動駆動ステートを再確認し、起動駆動ステートが変動せず、複数回、安定して連続に検出できる場合までを起動駆動ステート検出ソフトウエアルーチンとする。 Therefore, use the startup drive state detection software routine again to recheck the startup drive state, and start up drive state detection software routine until the startup drive state does not change and can be detected continuously multiple times stably. And
このようにすれば、軸回転数に対して、CPUは十分に高速に起動駆動ステート検出ソフトウエアルーチンは起動駆動ステートをサンプル検出できるため、正常に起動する。このため、起動駆動ステートからロータを起動すれば、他の駆動ステートから起動する場合に比べて、常に起動電流が小さくなる。 In this way, the activation drive state detection software routine can detect the activation drive state in a sufficiently high speed with respect to the rotational speed of the shaft, so that the activation starts normally. For this reason, if the rotor is started from the starting drive state, the starting current is always smaller than when starting from another driving state.
そして、ロータを起動した後には、上記ステップ21〜27により、ロータの回転運動の加速が滑らかに行われる。
よって、本実施例のモータ制御装置A及び駆動方法によれば、簡素な構造により起動時のモータ効率を向上すことができる上、起動中もロータを滑らかに回転させることができる。
And after starting a rotor, acceleration of the rotational motion of a rotor is smoothly performed by the said steps 21-27.
Therefore, according to the motor control device A and the driving method of the present embodiment, the motor efficiency at the start-up can be improved with a simple structure, and the rotor can be smoothly rotated during the start-up.
特に、本実施例のモータ制御装置Aをラジコン模型や産業機器等の位置制御用サーボモータとして構成し、任意の位置や回転角度での発停を繰り返す場合等に、上記作用効果を効果的に発揮することができる。 In particular, when the motor control device A of this embodiment is configured as a servo motor for position control of a radio control model, industrial equipment, etc., the above-mentioned effects are effectively obtained when repeating start and stop at an arbitrary position and rotation angle. It can be demonstrated.
なお、上記ステップ1〜13において、複数の逆起電力P2の差が小さくて比較の精度が低下する場合等には、逆起電力を増加するために、検査電力P1の時間幅t1を大きくするなど、センサレス・ブラシレスモータ10のL分(インダクタンス)などに応じて、パラメータを適宜に変更して、これらのステップをやり直すようにしてもよい。
In
また、上記ステップ21〜25において、ロータが戻されるような力が作用してコギングが比較的大きい場合等には、ステップ22とステップ23との間に、駆動電力P3によるPWM駆動を行うステップを加えるようにしてもよい。
このようにした場合、ロータ及びコイルの構造等によりコギングが比較的大きい場合に、現駆動ステートから次の駆動ステートに切り替わる際、ロータ回転を戻すコギングがあっても起動できる。
Further, in steps 21 to 25 described above, when cogging is relatively large due to a force that returns the rotor, a step of performing PWM drive with drive power P3 between step 22 and step 23 is performed. You may make it add.
In this case, when the cogging is relatively large due to the structure of the rotor and the coil, etc., when switching from the current driving state to the next driving state, the cogging can be started even if there is cogging returning the rotor rotation.
図10は、図4に示したステップ1〜14及び図5に示したステップ21〜28の起動駆動ステートから通常運転に移行するまでの一連の流れを、より分かり易く示すために、主要ルーチンごとにまとめたフローチャートである。本実施例でのモータの制御フローのまとめとして、この図10を用いて、以下に説明する。
FIG. 10 shows a series of flows from the start drive state of
まず、起動駆動ステート検出ルーチンにおいて、6駆動ステートの逆起電力を比較して、起動駆動ステートを検出する。(図4のステップ1〜13が対応)
First, in the activation drive state detection routine, the back electromotive force of the 6 drive states is compared to detect the activation drive state. (
次に、ステートドライブタイマールーチンにおいて、起動駆動ステートで設定駆動電圧を印加する。このとき、基本的に、モータの起動時には回転速度がゼロであることから大きな電流がコイル流れ込むことを防ぐために、PWMドライブすることなどで、予め設定した値に起動電流を制限する。(図4のステップ14が対応) Next, in the state drive timer routine, a set drive voltage is applied in the startup drive state. At this time, basically, the starting current is limited to a preset value by PWM driving or the like in order to prevent a large current from flowing into the coil because the rotational speed is zero when the motor is started. (This corresponds to step 14 in FIG. 4)
次に、現ステート逆起電力計測ルーチンにおいて、現駆動ステートの逆起電力を計測し、記憶する。(図5のステップ21、22が対応) Next, in the current state counter electromotive force measurement routine, the counter electromotive force in the current drive state is measured and stored. (Steps 21 and 22 in FIG. 5 correspond)
次に、次ステート逆起電力計測ルーチンにおいて、現駆動ステートの次の駆動ステートの逆起電力を計測し、記憶する。(図5のステップ23、24が対応) Next, in the next state counter electromotive force measurement routine, the counter electromotive force of the drive state next to the current drive state is measured and stored. (Steps 23 and 24 in FIG. 5 correspond)
次に、逆起電力比較ルーチンにおいて、先に記憶した現駆動ステートの逆起電力と次駆動ステートの逆起電力とを比較する。(図5のステップ25が対応) Next, in the counter electromotive force comparison routine, the previously stored counter electromotive force in the current drive state is compared with the counter electromotive force in the next drive state. (Step 25 in FIG. 5 corresponds)
逆起電力比較ルーチンでの比較の結果、現駆動ステートの逆起電力の方が、次駆動ステートの逆起電力よりも小さい場合には、ステートドライブタイマールーチンに戻り、起動駆動ステートで駆動電圧を印加する。(図5のステップ26が対応) If the back electromotive force in the current drive state is smaller than the back electromotive force in the next drive state as a result of the comparison in the back electromotive force comparison routine, the process returns to the state drive timer routine and the drive voltage is set in the start drive state. Apply. (Step 26 in FIG. 5 corresponds)
逆起電力比較ルーチンでの比較の結果、次駆動ステートの逆起電力の方が、次駆動ステートの逆起電力よりも小さい場合には、駆動ステート書き換えルーチンにおいて、次駆動ステートを現駆動ステートに書き換える。(図5のステップ26が対応) If the back electromotive force in the next drive state is smaller than the back electromotive force in the next drive state as a result of the comparison in the back electromotive force comparison routine, the next drive state is changed to the current drive state in the drive state rewriting routine. rewrite. (Step 26 in FIG. 5 corresponds)
次駆動ステートを現駆動ステートに書き換えたあと、回転数確認ルーチンにおいて、回転数が規定値に達しているかを確認する。回転数の規定値は、BEMF誘起電圧によるゼロクロス点を検出したりして、脱調を起こすことなく、安定して運転可能な回転速度に達したところにより定められる。(図5のステップ27が対応) After the next drive state is rewritten to the current drive state, it is confirmed in the rotation speed confirmation routine whether the rotation speed has reached a specified value. The specified value of the rotational speed is determined by detecting a zero cross point due to the BEMF induced voltage or reaching a rotational speed at which stable operation is possible without causing a step-out. (Step 27 in FIG. 5 corresponds)
回転数確認ルーチンでの確認の結果、回転数が規定値に達していないと判断した場合には、ステートドライブタイマールーチンに戻り、再度、起動駆動ステートを検出して起動駆動する。(図5のステップ26が対応) As a result of the confirmation in the rotational speed confirmation routine, when it is determined that the rotational speed has not reached the specified value, the process returns to the state drive timer routine, and the activation drive state is detected again to perform the activation drive. (Step 26 in FIG. 5 corresponds)
回転数確認ルーチンでの確認の結果、回転数が規定値に達していると判断した場合には、一般的なセンサレスタイプのセンサレス・ブラシレスモータの通常運転であるドライブモードに移行する。(図5のステップ28が対応) As a result of the confirmation in the rotational speed confirmation routine, when it is determined that the rotational speed has reached the specified value, the drive mode is shifted to the normal operation of a general sensorless type sensorless brushless motor. (This corresponds to step 28 in FIG. 5)
ここまで説明したように、本実施例では、モータコイルへの逆起電圧がない回転速度ゼロからのセンサレス・ブラシレスモータの起動方法を示している。一般に、センサレスタイプのブラシレスモータを初速度ゼロから同期運転するには、強制転流モードで駆動させて、ロータの位置が検出可能になってから通常のセンサレス制御による同期運転を行う。本実施例による方法では、これまでの起動制御方法とは異なり、この方法は完全に起動から同期するため、素早くスムースに低電力で起動できる。 As described so far, in this embodiment, a sensorless / brushless motor starting method from zero rotation speed without a counter electromotive voltage to the motor coil is shown. In general, in order to operate a sensorless type brushless motor synchronously from the initial speed zero, it is driven in the forced commutation mode, and the synchronous operation is performed by normal sensorless control after the position of the rotor can be detected. In the method according to the present embodiment, unlike the conventional start control method, this method is completely synchronized from the start, so that it can be started quickly and smoothly with low power.
尚、上記実施例では、ロータを一回転以上回転させるようにしたセンサレス・ブラシレスモータについて上記制御方法を適用したが、他例としては、ロータを360以内の所定角度内で発停されるブラシレスモータ(例えば特許文献1参照)について上記制御方法を適用することも可能である。 In the above embodiment, the above control method is applied to a sensorless brushless motor in which the rotor is rotated at least once. However, as another example, a brushless motor in which the rotor is started and stopped within a predetermined angle within 360. It is also possible to apply the control method described above (see, for example, Patent Document 1).
10:センサレス・ブラシレスモータ
11:三相コイル
11u:u相のコイル
11v:v相のコイル
11w:w相のコイル
20:オンオフ回路
30:逆起電力検出回路
40:制御部
A:モータ制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Sensorless brushless motor 11: Three-
Claims (5)
前記ロータの静止状態で、前記1サイクル中の各駆動ステートにおける各通電相のコイルに、前記ロータが連続回転する電力よりも小さい検査電力を所定時間加えて、各通電相のコイルの逆起電力を検出し、この検出された逆起電力の大きさに応じて、前記1サイクル中の複数の駆動ステートの中から前記切り換えの始点となる起動駆動ステートを選定するようにし、
前記1サイクル中の複数の駆動ステートの中から、検出される逆起電力が最小となる駆動ステートを選定し、この選定された駆動ステートを基準にして前記起動駆動ステートを決定するようにし、
前記起動駆動ステートにて各通電相のコイルに駆動電力を所定時間加えて前記ロータの回転を開始した後、
現駆動ステートと回転方向順の次の駆動ステートとの双方について、各通電相のコイルに前記検査電力を所定時間加えて、これら二つの駆動ステートの逆起電力を比較する比較ステップと、何れか小さい方の逆起電力に対応する駆動ステートを回転駆動ステートとし、この回転駆動ステートにて各通電相のコイルに駆動電力を所定時間加える駆動ステップとの二つのステップを繰り返して、前記ロータを回転させるようにしたことを特徴とするセンサレス・ブラシレスモータの駆動方法。 In a driving method of a sensorless brushless motor in which a plurality of driving states having different combinations of energized phases and current directions for a plurality of phases are set as one cycle, and the rotor is rotated by sequentially switching the driving states,
In the stationary state of the rotor, a test power smaller than the electric power at which the rotor continuously rotates is applied for a predetermined time to the coil of each energized phase in each drive state in the one cycle, and the back electromotive force of each energized phase coil In accordance with the detected magnitude of the back electromotive force, an activation drive state that is the starting point of the switching is selected from a plurality of drive states in the one cycle ,
A drive state in which the detected back electromotive force is minimized is selected from the plurality of drive states in the one cycle, and the startup drive state is determined based on the selected drive state;
After starting the rotation of the rotor by applying drive power to the coil of each energized phase for a predetermined time in the startup drive state,
A comparison step in which the inspection power is applied to the coils of each energized phase for a predetermined time for both the current drive state and the next drive state in the rotation direction order, and the back electromotive force of these two drive states is compared. The drive state corresponding to the smaller back electromotive force is set as the rotational drive state, and the rotor is rotated by repeating the two steps of the rotational drive state and the drive step of applying the drive power to the coils of the respective energized phases for a predetermined time. sensorless brushless motor driving method which is characterized in that as causes.
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