JPH01234090A - 直流ブラシレスモータの起動回転制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明は、直流ブラシレスモータの起動回転制御方法に
関する。

〔従来の技術〕

従来の直流ブラシレスモータは、ロータの回転位置をホ
ール素子等の検出器で検出し、モータのステータコイル
に流れる電流を、ロータとステータとの最適の相対位置
にて通電する方式を採用してきた。

〔発明が解決しようとするｙ！題〕

従来のこのような検出器を用いる方式では、最近の小型
化・薄型化への要望に応えられない。即ち、ホール素子
等の検出器を設けるスペースを要するからである。また
、ホール素子等の検出器、及びそのための配線を必要と
して、コスト高となるという問題があった。

なお、このような問題を解決するために最近検出器を省
略する方式も提案されているが、単に起動時のみについ
ての技士開示であって、起動後の加速方法及び定格回転
制御方法が不明であって、実際のモータへの適用ができ
ない。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明に係る直流ブラシレ
スモータの起動回転制御方法は、一定周波数の励磁パタ
ーンに従ってステータコイルをオーブンループで励磁し
て起動させ、少くとも−サイクルの後、該ステータコイ
ルによる逆起電力を検出してこれを波形処理し、整流用
の信号としてロータを加速してゆき、この加速途上の所
定回転数に於て、整流タイミング及び／又はフィルタ定
数の切換を行ない上記整流用の信号の位相をづらせてさ
らに加速し、定格回転数まで到達させ、ロータの回転位
置検出器を用いずに上記起動、加速及び定格回転を行な
う方法である。

また、本発明は、モータ駆動回路をバイポーラとすると
共に一定周波数の励磁パターンに従ってステークコイル
をオーブンループで励磁して起動させ、少くとも−サイ
クルの後、該ステークコイルによる逆起電力を検出して
これを波形処理し、整流用の信号としてロータを加速し
てゆき、この加速途上の所定回転数に於て、整流タイミ
ング及び／又はフィルタ定数の切換を行ない上記整流用
の信号の位相をづらせると共に、該所定回転数と相違す
る回転数に於てモータ駆動回路をバイポーラからユニポ
ーラへ切換えて、さらに加速していって定格回転数まで
到達させ、ロータの回転位置検出器を用いずに上記起動
、加速及び定格回転を行なう方法である。

〔作用〕

上記の方法によれば、起動時の一定低速回転のみがオー
ブンループにて短秒間制御される。その後の加速は、全
て、ステータコイルによる逆起電力の検出によって行な
われる。即ち、ロータの回転位置検出器を用いることな
く、上記逆起電力の波形処理による信号を整流用の信号
として活用する。

ステータコイルをセンタータップ付の結線とした場合に
は、逆起電力の検出感度が非常に良く、最低の電気的−
サイクルのみで起動を終了できて、直ちに加速を開始で
きる。

加速の途中に於て、整流タイミング及び／又はフィルタ
定数を切換えることによって、（一般に逆起電力の検出
波形の歪みによるノイズを除去するために介装されてい
る）フィルター等のｋＷによる位相遅れを防止して、ス
テークコイルに無効電流又はブレーキ力発生電流が流れ
るのを防ぎ、もって効率良く加速することを可能ならし
める。

また、加速途上にてバイポーラからユニポーラにモータ
駆動回路を切換えれば、起動時の回転トルクが大きく、
かつ、定常回転時のモータ効率を良好とすることが、可
能となる。

〔実施例〕

以下、実施例について図面を参照して説明する。

本発明は、励磁された時に電磁界を発生するステータと
、該ステータとの電磁気的相互作用によって回転力を得
る永久磁石ロータとを、備えた直流ブラシレスモータの
起動・加速・定常運転の回転の制御方法であり、第２図
に於て、横軸に時間Ｔを、縦軸にロータの回転数Ｎをと
って、どのように起動後の回転数が変化するかを例示す
る。

本発明では従来のホール素子等の検出器は全く使用せず
に回転制御を行なうものであって、第２図に示す如く、
十分な低速にて起動する起動域Ｓと、これに続く第１加
速域Ａ１と第２加速域Ａ２と、さらにこれに続く定常運
転域Ｃとに、区分できるような特性を示す。

この第２図に対応する制御回路のブロック図を第１図に
、また波形図を第３図に夫々示す。

ｌは無安定マルチバイブレーク（発振器）であって第３
図■に示すようなパルス２・・・を発振し、カウンタ３
にてそのパルス２・・・を計数し、その後、このパルス
２・・・を波形処理するために励磁パターン発生回路４
に入力して、該励磁パターン発生回路４から第３図■に
示すような方形波ｕ、　　ｖ、　ｗを送り出し、切換回
路５に入力させる。この切換回路５の一部を構成するモ
ード切換回路５ａは、モード切換指令回路６に接続され
ると共に、上記カウンタ３とこのモード切換指令回路６
とが接続され、カウンタ３によって、電気的な−サイク
ルーー邪ち第３図Ｉに示した■〜■のパルス２・・・−
一をカウントすると直ちにモート切換指令回路６に信号
を送−る。

上記切換回路５はモータ駆動回路７に接続され、さらに
直流モータ８に一具体的にはモータのステータコイルに
□接続される。

１９は、このモータ８のステータコイルによる逆起電力
を検出する回路であり、該ステータコイルを、第６図■
に示したセンタータップ付の結線とするのが最も望まし
い。けだし、このセンタータップ付のステータコイルで
あれば、逆起電力の検出能力が向上出来、フィルタ９を
通せば、第３図■に示すような波形Ｕ、Ｖ、Ｗが得られ
る。

該フィルタ９は上記ステータコイルの逆起電力波形の歪
みによるノイズを除去する。

このフィルタ９の出力信号は、（所望により移相回路１
０を経て、増幅器１１に入力され、かつ該増幅器１１の
出力信号が前記切換回路５に入力される。

Ｉ２は速度検出回路であり、増幅器１１がらの波形信号
が入力される。該速度検出回路１２がらは、第２図中の
回転数Ｎｂに達した時に信号が入力され、定数切換指令
回路１３に送られて、フィルタ９のフィルタ定数を切換
える。

フィルタ９は既述の如くコイル波形の歪みによるノイズ
を防止するものであるが、これの影響として回転数の増
加につれて相対的に位相遅れが増大する。これを避ける
ために、第２図に示した加速途上に於て（回転数Ｎｂに
於て）、移用回路ＩＯを介装して位相の切換を行ない、
または、定数切換指令回路１３にてフィルタ定数を変更
する。

また上記速度検出回路１２の出力の一部を前記モード切
換指令回路６に人力するよう接続する。

【イは位相反転回路、１５はマルチプレクサであって、
該マルチプレクサ１５へは上記速度検出回路１２からの
信号が入力し、かつ、第２図中の第２加速ｂ５　Ａ　２
及び定常運転域Ｃに於てはこのマルチプレクサ１５から
切換回路５に送られる信号にてモータ８の回転が制御さ
れる。

第１図と第２図に於て明らかなように、本発明では起動
Ｓ−加速Ａ！−加速Ａ２一定當運転Ｃと、一連の回転の
制御を全て含むものであり、特にセンタータップ付の方
式のステータコイルを装備したモータ８が好適である。

かつ、起Ｆｌ＋域ｓでは、第３図１に示す如き一定の周
波数のパルス２・・・を、電気的な−サイクル■〜■の
み通電すれば、短秒間で確実に起動させることができる
。つまり、第１図の無安定マルチバイブレークｌ−カウ
ンタ３−励磁パターン発生回路４と、順次接続されたオ
ープンループ制御により、ステータコイルを励磁して低
い回転数Ｎａにて起動させる。

上記−サイクルのオープンループ制御による起動の後、
直ちに逆起電力検出によるステータコイルの通電制御を
ｆテなうことによって、第１加速Ａ１を行なう。特にセ
ンタータップ付の方式であれば、起動持回転数Ｎａに近
い低速時に於ても逆起電力の検出が容易・高精度に可能
である。

なお、このとき、カウンタ３にて電気的−サイクルを検
知してモード切換を旨令回路６に信号を送れば、モード
切換回路５ａによって、逆起電力検出回路１９−フィル
タ９−増幅器１１−切換回路５−・・・・・・−モータ
８のクローズトループ制御に、切換わる。低速時（つま
り第１加速域Ａ＋）では、逆起電力検出波形の位相のま
までステータコイルへの通電相とする。しかし、第２図
の所定回転数Ｎｂに到達すれば、逆起電力検出波形を位
相反転回路１４にて反転し、またフィルタ定数等を変え
て、マルチプレクサ１５から切換回路５へ入力するクロ
ーズトループ制御に切換えて、最適のタイミングとしつ
つ第２加速Ａ２及び定常運転Ｃを行なう。

次に、第４図と第５図は別の実施例を示し、モータ駆動
回路７をバイポーラとユニポーラとに切換自在とすると
共に、加速途中に於て、バイポーラからユニポーラへ切
換える制御方法である。

即ち、当初はモータ駆動回路７を十分な回転トルクの得
られるバイポーラとして起動し□勿論第２図と同様に一
定周波数の励磁パターンに従ってステークコイルをオー
プンループで励磁して起動し□その後、逆起電力を検出
してこれを波形処理し、第１加速域Ａ１にて回転数Ｎｂ
まで加速する。その時点で整流タイミングを位相反転回
路１４にて切換え、かつ、フィルタ９の定数を切換えて
、整流用の信号の位相をづらせ、加速をさらに続けてゆ
く　（第２加速域Ａ２）。その後、所定の回転数Ｎｃに
到達すれば、バイポーラ・ユニポーラ切換指令回路１６
へ速度検出回路１２ａから信号を送り、モータ駆動回路
７をバイポーラからユニポーラへ切換えると同時に、移
相回路１７によって、バイポーラとユニポーラの位相の
変化に対応した最適の位相の波形を送る。これによって
、第３加速域Ａ３及び定常運転域Ｃの効率の良い回転制
御を行なうものである。

第４図に於て、第１図と同し符号は同様の構成であって
説明を略すが、モード切換回路５ａは、第１図の３モー
ドから、４モードに増える。また、速度検出回路１２．
１２ａを２個設けたが、これは１１因にまとめるも自由
である。

なお、回転数Ｎｃに於て、バイポーラからユニポーラへ
切換えられると、例えば第６図に於て、同図■からＩの
ように、モータ駆動回路が切換ねることとなる。

なお、本発明は上述の実施例に固定されず種々変更自由
であり、第１図と第４図中のカウンタ３に代えて、タイ
ミング発生回路を設けて、起動域Ｓの時間の長さをもっ
て、オープンループからクローズトループに切換えるよ
うにするも好ましい。

また、整流タイミング及び／又はフィルタ定数の切換は
、第２図　第５図ではいずれも１回のみであるが、これ
を２回以上行なったり、若しくは連続的に（アナログ又
はデジタル的に）行なっても自由である。

〔発明の効果〕

本発明は上述の構成により次のような顕著な効果を有す
る。

■　ホール素子等の検出器が省略出来て、コストダウン
、構造の簡素化、配線の簡略化、モータの小型化・薄型
化を図り得る。

■　定常運転時にモータを高精度の通電タイミングにて
回転可能であり、モータの効率を最良とすることが容易
である。

■　起動が確実である。かつ、加速が極めてスムースに
行なわれる。

■　また、バイポーラからユニポーラへ切換える構成に
あっては、コンパクトなモータでありながら、起動時及
び初期加速時Ａ＋　、Ａ２の回転トルクが大きく、かつ
、定常運転時の効率が良好であるという、従来は両立し
がたいと考えられていた長所を兼備している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御方法に使用される制御回路の一例
を示すブロック図、第２図はモータの回転速度の変化を
示すグラフ図、第３図は説明用波形図、第４図は第１図
に代わる他の例のブロック図、第５図は第４図の場合の
モータ回転速度の変化を示すグラフ図、第６図はモータ
駆動結線図である。 Ｎ・・・回転数、Ｔ・・・時間、２・・・パルス、ｕ、
ｖ。 Ｗ・・・方形波、Ｓ・・・起動（域）、Ａ＋　、Ａ２．
Ａ３・・・加速（域）、Ｃ・・・定常運転（域）。 特　許　出　願　人　　日本電産株式会社１サイクル 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 　１．一定周波数の励磁パターンに従ってステータコイ
   ルをオープンループで励磁して起動させ、少くとも一サ
   イクルの後、該ステータコイルによる逆起電力を検出し
   てこれを波形処理し、整流用の信号としてロータを加速
   してゆき、この加速途上の所定回転数に於て、整流タイ
   ミング及び／又はフィルタ定数の切換を行ない上記整流
   用の信号を位相をづらせてさらに加速し、定格回転数ま
   で到達させ、ロータの回転位置検出器を用いずに上記起
   動、加速及び定格回転を行なうことを特徴とする直流ブ
   ラシレスモータの起動回転制御方法。
2. 　２．ステータコイルをセンタータップ付の結線とした
   特許請求の範囲第１項記載の直流ブラシレスモータの起
   動回転制御方法。
3. 　３．モータ駆動回路をバイポーラとすると共に一定周
   波数の励磁パターンに従ってステータコイルをオープン
   ループで励磁して起動させ、少くとも一サイクルの後、
   該ステータコイルによる逆起電力を検出してこれを波形
   処理し、整流用の信号としてロータを加速してゆき、こ
   の加速途上の所定回転数に於て、整流タイミング及び／
   又はフィルタ定数の切換を行ない上記整流用の信号の位
   相をづらせると共に、該所定回転数と相違する回転数に
   於てモータ駆動回路をバイポーラからユニポーラへ切換
   えて、さらに加速していって定格回転数まで到達させ、
   ロータの回転位置検出器を用いずに上記起動、加速及び
   定格回転を行なうことを特徴とする直流ブラシレスモー
   タの起動回転制御方法。