JPH06121584A - ブラシ及びセンサのないモータのスタートアップ方法 - Google Patents

ブラシ及びセンサのないモータのスタートアップ方法

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JPH06121584A
JPH06121584A JP4317722A JP31772292A JPH06121584A JP H06121584 A JPH06121584 A JP H06121584A JP 4317722 A JP4317722 A JP 4317722A JP 31772292 A JP31772292 A JP 31772292A JP H06121584 A JPH06121584 A JP H06121584A
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JP
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phase
rotor
motor
comparator
induced
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Application number
JP4317722A
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Inventor
Giuseppe Maiocchi
ジュセッペ・マイオッキ
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SGS THOMSON MICROELECTRONICS
STMicroelectronics SRL
Original Assignee
SGS THOMSON MICROELECTRONICS
SGS Thomson Microelectronics SRL
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Filing date
Publication date
Application filed by SGS THOMSON MICROELECTRONICS, SGS Thomson Microelectronics SRL filed Critical SGS THOMSON MICROELECTRONICS
Publication of JPH06121584A publication Critical patent/JPH06121584A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/20Arrangements for starting
    • H02P6/22Arrangements for starting in a selected direction of rotation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • H02P6/16Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/185Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using inductance sensing, e.g. pulse excitation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/30Arrangements for controlling the direction of rotation

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

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンピューター用磁気ディスクの駆動用モー
タ等では無視できない逆方向回転が生ずると読出ヘッド
の損傷等の問題が生じ、これを解消するためには個々の
モータの特性に応じた操作が必要となり煩雑である。本
発明は、実質的に逆方向回転を無視できかつモータの製
造特性に実質的に依存せず、しかも容易に集積できる回
路手段として実行できるモータのスタートアップトアッ
プ方法及び回路を提供することを目的とする。 【構成】 逆起電力の零交差を生じさせ、トルク曲線と
で形成する斜線部1、2及び3のトルクの大小によりロ
ータを順方向に回転させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ロータの位置センサな
しに電子的にスイッチされるブラシのない多相DCモー
タをスタートアップさせる方法に関する。
【0002】
【従来技術及びその問題点】ブラシを有しないDCモー
タの使用は、これらのモータにより発生する電気的なノ
イズが小さいため、非常にポピュラーになってきてい
る。モータの相巻線(星型に接続された通常3本の巻
線)を通して励磁電流の電子的スイッチングをコントロ
ールするためのロータ位置のセンサの使用を省略する現
在の一般的な技術はこれらのモータのコストを大きく減
少させかつ信頼性を増加させている。これは、永久磁石
のロータの回転によりモータの巻線中に誘起される逆起
電力(BEMFs)を検出し増幅しかつこれらのシグナ
ルを処理することによりそして達成され、これによりロ
ータの実際の位置を決定し従って相巻線を通しての励磁
電流のスイッチングを同期化させる。これらの誘起され
た逆起電力の代表的なシグナルを処理するための多くの
システムが知られ、それそれが固有の利点と欠点を有し
ている。
【0003】ロータの位置の物理的センサが無いと、モ
ータが停止しているときに誘起された逆起電力シグナル
が存在せず従ってロータのスタート位置が判らないた
め、どの場合にもスタートアップの問題が生ずる。この
理由により、この技術的困難性を解決するために幾つか
のスタートアップ操作が開発されている。第1の既知の
スタートアップ操作は、ある巻線を励起させ前記励起相
に対する平衡点(零トルク位置)に向かってロータをむ
かわることから成っている。平衡点の近辺をロータが多
数振動した後、ロータは最終的にこのような予備設定さ
れたスタート位置で停止する。その後、最大トルクを×
ための所望の回転方向でモータをスタートアップするた
めに第1に励起しなければならない相巻線を知ることに
よりモータを最適な方法でスタートさせることができ
る。
【0004】このスタートアップ操作の原理的な欠点
は、ある固定されたスタート位置とロータが整列する相
の間に逆方向回転が起こり得ることと、スタートアップ
操作により要求される時間が比較的長いことである。他
の既知のスタートアップ操作によると、モータの相巻線
が種々の周波数で引き続き何回か励起される。ある周波
数でスタートしかつ周波数を増加して相の励起順序にロ
ータを開回路モードでフォローさせることにより、誘起
された逆起電力シグナル(BEMFs)が検出され処理
される速度にロータの速度が達するまでロータは加速す
る。
【0005】この操作の欠点は、ロータが励起順序に適
切にフォローできず幾つかの平衡位置の近辺を振動し又
は逆方向に回転する傾向があることである。第3の既知
のスタートアップ操作は、モータの相巻線のインダクタ
ンスと相互インダクタンスを測定することから成る。測
定値からロータの実際の位置を決定することが可能にな
る。この操作の欠点は、決定がモータの特別の構成に従
って比較的複雑でモータのタイプにケースバイケースで
適応しなければならないシステムに依存する測定結果に
基づいていることである。
【0006】他の既知のスタートアップ操作は主とし
て、開回路条件下の一連の励起に基づき、かつ加速順序
及びその繰り返しが実行される点で互いに異なってい
る。多くの用途において中でもコンピューター用磁気デ
ィスクでは無視できない逆方向回転は読出ヘッドを損傷
するのでこれは避けなければならない。実質的に無視で
きる逆方向回転のみを生じさせかつモータの製造特性に
実質的に依存せず、しかも接続された論理回路の形態で
実際に容易に集積できる回路手段として実行できる、迅
速なスタートアップ操作が要請されている。
【0007】
【発明の目的及び要約】これらの目的は、モータの任意
の相巻線中のロータのモーションにより誘起されるBE
MFがそこで「零交差」(符号の変化)を受ける最も近
い点に、この加速したロータがその慣性特性に依存して
達するために必要な予備設定された時間、予備限定され
た相を励起して該励起相に対する平衡点に向けて前記ロ
ータを回転させ、このような最も近い「零交差」が発生
する前にモータの相巻線の誘起されたBEMFsを評価
する複数のコンパレータの出力コンフィギュレーション
をデジタル的に読出し、その後前記第1の励起の前記遮
断の瞬間の後の予備設定された時間の内に前記誘起され
たBEMFsのいずれかによるこのような第1の「零交
差」の発生を検出し;もし「零交差」が起こりコンパレ
ータの出力コンフィギュレーションを2回目として読出
しかつ第1及び第2の読出しを処理することによりモー
タの相巻線に対するロータの位置を、従って最大トルク
で所望の回転方向にロータを加速するために次いで励起
される相を解読し、もし前記「零交差」が前記第1の励
起電流パルスの遮断の瞬間の後の前記予備設定された時
間の終了前に起こらないときは、前記予備限定された相
と比較して2相分だけ機能的に角シフトしたモータの異
なった相を励起することによりプロセスを繰り返す、こ
とを含んで成るスタートアップ操作を意図する本発明の
対象であるスタートアップシステムにより達成される。
【0008】実際にスタートアップの瞬間に存在するこ
とのある最悪の場合、起こり得るロータの最大の逆方向
回転はモータの2ポール間の角分離(又は平衡位置)と
等価の回転角より小さい。例えば36の平衡位置を有する
モータの場合、最悪の場合に起こる最大の可能な逆方向
回転は(360/36)10度未満に限定される。実際には7から
8度の最大逆回転が経験される。
【0009】好ましい態様によると、スタートアップ操
作は更に、ロータがその静止位置から動くことなく摩擦
の静的因子を除去するために、その間に各相が予備限定
された相の前記第1の励起ステップの前記予備設定され
た寿命の部分であるモータの全ての相が順々に一回又は
数回励起される予備ステップを含んでいてもよい。ロー
タをその静止位置から移動させるには不十分な時間だけ
相の予備的で一連の励起は真のスタートアップ操作の実
行を確保することを容易にするモータの機械的な予備条
件を決定する。
【0010】本発明の異なった特徴及び利点は添付図面
を参照しながら行う引き続く好ましい態様の説明を通し
て更に良好に理解されるであろう。図1、2及び3は、
6種の別個の励起相のためのN個のポールを有する星型
の3相モータの動作を例示するものである。図4は、モ
ータの3本の巻線中に誘起されるBEMFsの符号を増
幅し評価するために使用される、3個の差動増幅器とこ
れらの差動増幅器にカスケード接続された3個の異なっ
たコンパレータの部分ブロックダイアグラムである。
【0011】図5及び6は、図4のブロックダイアグラ
ムの3個のコンパレータの出力コンフィギュレーション
がデジタル的に読出され回転の2種類の向き用のビット
−ツー−ビットの補足データを生成させる方法を示して
いる。図7は、「零交差」の状態の前後のコンパレータ
から読出されるデータの関数として、ロータを所望方向
に加速しあるいはそれが万一初期に反対(逆)方向にス
タートした場合にロータにブレーキを掛けるために励起
される最適相用の「参照用」テーブルである。
【0012】図8は、本発明のスタートアップ手順のフ
ローダイアグラムである。図9から15は、本発明のスタ
ートアップ手順が、起こり得る異なった状況でどのよう
に実行されるかを示している。図16は、本発明のスター
トアップシステムの一態様のブロックダイアグラムであ
る。図17は、図16のスタートアップシステムのより詳細
なブロックダイアグラムである。
【0013】一連の図面は、星型のつまり6個の異なっ
た励起可能な相とN個のポールを有する3巻線モータの
場合を示している。従ってロータの完全な回転の間に6
×Nの平衡点がある。引き続く説明では、各励起相は2
個の大文字で示され、第1の文字(A、B又はC)はサ
プライターミナルから星型中心(CT)に一般的に流れ
る電流が通る巻線を示し、前に「!」が付いた(あるい
は上に水平の線が付された)第2の大文字は星型中心
(CT)から来る電流がそれを通って他のサプライター
ミナルへ向かって流れる巻線を示す(図1参照)。
【0014】各励起相に関してロータはそれ自身を特定
の励起相に対して安定な平衡点の1つと一致するよう位
置させようとし、従って全部の6個の相に対し完全な回
転の間に6×Nの平衡点があり、かつそれぞれの平衡点
から180 度シフトした同数の機械的な不安定平衡があ
る。例えば相A!Bを励起することにより、ロータの平
衡及び不安定点が図2に示すようになり、これは励起の
異なった相に関するモータのトルク曲線を示している。
モータがストップし電気的励起が停止すると、該モータ
は偶然に異なった平衡点の1つと整列することがある。
これらのロータの静止位置のそれぞれについて、励起さ
れたときにロータに対し回転のある方向に最大のスター
トアップトルクを生成する相がある。例えばロータが相
A!Bに関して安定な平衡位置で静止していると(図2
に示すように)、モータの6種の異なった相の励起は次
のスキームに従ってモータへのトルクを生成する。
【0015】励起相 瞬間的なスタートアップトルク
図3のトルクの最大インパルス A!C −√(3)/2Tp 1 B!C −√(3)/2Tp 2 B!A 0 Tp C!A +√(3)/2Tp 3 C!B +√(3)/2Tp 4 A!B 0
【0016】Tpはトルク曲線のピーク値を示し、この
ような値はモータのトルク定数Kt(Nm/A)を通し
てモータの励磁電流と相関している。「─」の符号はト
ルクが逆回転方向にロータをスタートアップさせること
を意味している。前記テーブルから及び図3のそれぞれ
のトルク曲線及びそこに示された3種類の誘起されたB
EMFsの対応曲線を観察することにより、順方向回転
の最大スタートアップトルクを達成するために第1に励
起されるべき相は相C!Aであることが明らかである。
【0017】更にロータを静止させかつ異なった平衡点
の任意のものと偶然に整列させながら励起させることに
より、順方向巻線逆方向の動作が起こりあるいは動作が
一切生じない。図4の部分ブロックダイアグラムに示さ
れるように、モータの巻線上のロータの回転により誘起
されるBEMFs、つまりBEMF−A、BEMF−B
及びBEMF−Cは差動増幅器A、B及びCの使用によ
り検出されかつ増幅され、かつ例えば「シュミット−ト
リガ」コンパレータであってもよいそれぞれのヒステリ
シスコンパレータCOMP−A、COMP−B及びCO
MP−Cの使用により評価される。図4のコンパレータ
の出力コンフィギュレーションにより与えられる読出し
可能なデジタルデータは、モータが読出しの間にある時
間インターバルだけ励起されないときにロータの実際の
位置とその回転方向の確立用に利用される。
【0018】実際に図5に見られるように、BEMFs
の状態(極性)は2個の引き続く「零交差」の間では変
化せず、従って2個の「零交差」間のロータの任意の位
置はコンパレータの出力の状態により一義的に表され
る。従ってコンパレータの出力のコンフィギュレーショ
ンがデジタル的に読出されかつ「0ウエイト」ビットが
相巻線Aに関するコンパレータと関連し、1ウエイトビ
ットが相巻線Bに関するコンパレータに関連しかつ2ウ
エイトビットが相巻線Cに関するコンパレータに関連し
ているとすると、0と7の間の値を有するデータは図6
に示すように3個のコンパレータの出力コンフィギュレ
ーションを読出すことにより誘導されることができる。
【0019】図5のBEMFsを表すダイアグラムの下
部のテーブルには、図4の3個のコンパレータの出力コ
ンフィギュレーションの読出された値がロータの異なっ
た起こり得る位置用及び与えられた回転方向用として示
されている。図から判るように、コンパレータの相対出
力コンフィギュレーションに対応するデータは2個の引
き続く「零交差」位置間のロータの各位置に割り振ら
れ、かつこのデータは前記位置に達するロータの回転方
向に依存して異なっている。
【0020】順方向に移動しているロータの各位置用の
コンパレータの出力状態に対応するデータは実際には逆
回転の場合のデータとビット−ツー−ビットで相補的で
ある。これはBEMFのシグナルの符号がモータの回転
方向を変化させるときに反転するという事実のためであ
る。例えばある場合にロータが相A!Bと整列するとす
ると、ロータが順方向に回転するときの読出データは2
でロータが逆方向に回転する場合は5である。これはあ
る場合と他の場合に巻線中に誘起される逆起電力の符号
に起因する。
【0021】この事実は、モータがその回転方向を変化
させるときにコンパレータの出力で読出されるデータは
ビット−ツー−ビットで相補的であるため、重要であ
る。これは、回転の反転後に、「擬零交差」が発生し、
この「擬零交差」は後に詳述する通り本発明の方法のス
タートアップアルゴリズムの基本であることを意味す
る。コンパレータの出力コンフィギュレーションに対応
するデジタルデータの形態で「零交差」の前後に得られ
そしてそれがロータの実際の位置と回転方向を明確に特
定するアドレス(コード)の関数として、最大のスター
トアップトルクで所望方向でモータをスタートアップさ
せるために励起の最適相を解読(特定)するために意図
的に形成されたいわゆる「索引テーブル」(コードテー
ブル)を使用することが可能である。図示の例では索引
テーブルは図7に概略的に示されている。
【0022】本発明のスタートアッププロセスの好まし
い態様が図8のフローチャートによるアルゴリズムの形
態で例示されている。スタートアップ操作を始める前に
好ましくは、極端に短時間で各相の一連の励起を行うこ
とによりモータの全ての相の簡単で一連の励起を一度又
は数回行って、ロータのスタートアップには不十分であ
るが静的な摩擦を除去又は減少させて、依然として静止
状態にあるモータを真のスタートアップ手順を行うため
に有利な条件とする。勿論この「予備条件」相は厳格に
必要である訳ではなく行わなくてもよい。
【0023】真のスタートアップ操作はモータの予備限
定相を励起することにより始まる(どの相が予備限定相
であるかは本質とは無関係であり、引き続く説明及び一
連の実施例では相C!Aに続く相を予備限定相とす
る)。該予備限定相を予備設定された時間T0だけ励起
し、この時間の長さはモータのロータと連係するシステ
ムの慣性特性に適用されなければならないだだ1つのパ
ラメーターを表す。システムの慣性が大きくなるほど、
この予備設定時間T0は長くなる。この時間T0はロー
タに与えられるトルクのインパルスがロータをその静止
位置から前記第1の予備限定励起相に対する平衡位置に
向かって移動(加速)できるよう十分に長くなければな
らない。他方、この時間T0は最終的に対応平衡位置に
向かって加速されたロータがモータの巻線中に誘起され
た任意の逆起電力の波形中の第1の「零交差」を生じさ
せるために十分長い角距離だけつまり2種のパルス又は
平衡位置間の角分離距離の2分の1に等しい角距離だけ
移動する前に経過するよう十分短くなければならない。
【0024】該予備設定時間T0の終わりに前記予備限
定相の第1の励起が遮断され励起相に対する平衡位置に
向かって慣性によりロータを進行させ、励起電流の減衰
の遮断に続く遷移現象のための十分に長いマスキング時
間の後の点においてコンパレータの出力コンフィギュレ
ーションの第1の読出しが、受け取ったトルクの単純な
インパルスにより加速されたロータが誘起されたBEM
Fsの任意のものと第1の「零交差」を形成する位置に
到達する前に、行われる(最終的に読出されたデータを
記録する)。誘起されたBEMF中で第1の「零交差」
が結局起こった後、コンパレータの変化した出力コンフ
ィギュレーションが再度読出される。
【0025】それそれ誘起されたBEMFsの波形中の
第1の「零交差」が起こる前後のコンパレータの出力コ
ンフィギュレーションの2種の連続した読出しに関する
データが「索引テーブル」の解読アドレス(コード)と
して利用される。第1の読出しは「索引テーブル」の行
を第2の読出しは列を解読し、その逆であってもよい。
「索引テーブル」を通して解読された相は、最大スター
トアップトルクで所望方向(順回転)にモータをスター
トアップするために励起される最適の相を表す。
【0026】図7の「索引テーブル」を観察することに
より、励起の最適相は行を解読する第1の読出しのみで
実質的に決定されることが容易に認識できる。実際に同
じ行に属する解読値は全て同じである。第1の「零交
差」の後に起こる第2の読出しは第1の読出しの確認と
して必要である。実際に第1の読出し間に読出された値
(テーブルの第3行を解読する)が例えば0−2である
と第2の読出しは0−6又は0−3を与えなければなら
ない(つまりテーブルの第4及び第6列を解読しなけれ
ばならない)。これが起こらないと、不都合(例えば遷
移現象の持続に起因する誤った第1の読出し)が生じ、
その結果コード(オフ)が解読され、これがシステムに
誤った読出しが生じたことを知らせ、これによりシステ
ムが好適に反応してスタートアップ手順を再度繰り返
す。第2の読出しが正確性を確認した後、スタートアッ
プ手順は実質的に終了しモータは好適な技術により加速
されコントロールされる。
【0027】第1の励起の予備限定相として参照される
ロータの初期静止位置は勿論、第1の励起の予備限定さ
れた時間T0の間に加速を受けない。それにもかかわら
ずこのような場合には時間T0の経過後にコンパレータ
の出力コンフィギュレーションの第1の読出しが行われ
た後に、ある予備設定された遅れの間に「零交差」は検
出されない。このような「零交差」が検出されないと、
前記予備設定された相とは異なり該予備限定された相か
ら2相分のインターバルだけ機能的にシフトした相を励
起することによりスタートアップ手順の繰り返しを自動
的に決定する。予備設定時間T0用の予備限定相の第1
の励起の遮断の瞬間がT0として参照される部分的な長
さの時間だけ例えばT0の8分の1だけマスクされるこ
とが好ましく、これにより逆起電力の読出しを行う前に
遷移状態の実質的な減衰を待つことになる。
【0028】これらの操作が図8のフローチャートによ
り詳細に例示されている。第1の励起の予備限定された
層に関するロータの初期静止位置が対応する平衡位置に
向かって逆回転方向でロータを移動させることを決定す
る場合は、順方向にモータをスタートアップさせかつこ
のように特定された相の励起用の最適励起相の解読は、
ロータの慣性の逆方向の移動の迅速なブレーキ作用と所
望の順方向の回転の加速を生じさせる。実際にこれは、
起こり得るロータの逆回転が該ロータの2個の連続する
平衡位置間の分離の角距離未満に等しい角距離を超えて
進むことを防止する。実際に、これは起こり売る最大の
逆方向回転を数度(例えば10°未満)に確保できること
を意味する。
【0029】
【最良モードの説明】本発明の対象であるスタートアッ
プ手順を行う際のスタートアップにおける異なった起こ
り得る状況とモータの対応する挙を対応する図面を参照
することにより詳細に説明する。
【0030】相C!Bに対応する平衡位置からのロータ
のスタートアップ 図9を参照すると、ロータは相C!Bに対応する平衡点
に相当する初期静止位置にあると考えられる。時間T0
だけC!A相を励起することにより、ロータは斜線のエ
リアにより与えられるトルクのインパルスを受け、ロー
タは順方向の回転で加速される。時間T0が経過する
と、励起が遮断され、十分に長いマスキング時間(例え
ばTmask=1/8×T0)の後、コンパレータの出力コ
ンフィギュレーションが読出され、ダイアグラムの底部
のテーブルに示されるように得られるデータは値6を有
している。
【0031】ロータの回転が慣性で進行するこの第1の
読出しの後、BEMFの代表であるシグナルのC巻線と
の第1の「零交差」が検出される。この第1の「零交
差」が起こった後にコンパレータの出力コンフィギュレ
ーションが再度読出され値2を与える。従って完全なア
ドレスは6−2であり、ここで6は「索引テーブル」の
行を解読し2は列を解読する。解読されたアドレスは、
相ポインタをモータを所望回転方向(順方向回転)に加
速するために第1に励起される相として相B!Cを示す
ようにさせる。上記場合にはモータは逆方向回転を受け
ることなく順方向回転でスタートする。
【0032】相A!Bに対応する平衡位置からのロータ
のスタートアップ 図10を参照すると、ロータは相A!Bに対応する平衡点
に相当する初期静止位置にあると考えられる。時間T0
だけC!A相を励起することにより、ロータは斜線のエ
リアにより与えられるトルクのインパルスを受け、ロー
タは順方向の回転で加速される。時間T0が経過する
と、励起が遮断され、十分に長いマスキング時間(例え
ばTmask=1/8×T0)の後、コンパレータの出力コ
ンフィギュレーションが読出され、ダイアグラムの底部
のテーブルに示されるように得られるデータは値4を有
している。
【0033】ロータの回転が慣性で進行するこの第1の
読出しの後、BEMFの代表であるシグナルのB巻線と
の第1の「零交差」が検出される。この第1の「零交
差」が起こった後にコンパレータの出力コンフィギュレ
ーションが再度読出され値6を与える。従って完全なア
ドレスは4−6であり、ここで4は「索引テーブル」の
行を解読し6は列を解読する。解読されたアドレスは、
相ポインタをモータを所望回転方向(順方向回転)に加
速するために第1に励起される相として相B!Aを示す
ようにさせる。上記場合にもモータは逆方向回転を受け
ることなく順方向回転でスタートする。
【0034】相C!Aに対応する平衡位置からのロータ
のスタートアップ ロータが第1の励起の予備限定相自身に対して平衡点で
静止している事実からして、加えられるトルクのインパ
ルスが零であるためロータは加速を受けない。この特定
の状態は複数のインターバルT0に等しい値例えば8×
T0でロードされたカウンターの零への減少高によりシ
ステムにより最終的に認識される。上記カウンターの零
への減少の前にモータ巻線中に誘起される任意のBEM
F中で「零交差」が起きないと、モータの異なった相が
同じ予備設定時間T0だけ励起される。第1の励起の予
備限定相がC!Aであると、手順を繰り返すために励起
される新しい相は予備設定相から2インターバルシフト
した相つまりB!C相となる。
【0035】図11を参照すると、ロータは相C!Aに対
応する平衡点に相当する初期静止位置にあると考えられ
る。時間T0だけB!C相を励起することにより、ロー
タは斜線のエリアにより与えられるトルクのインパルス
を受け、ロータは順方向の回転で加速される。時間T0
が経過すると、励起が遮断され、十分に長いマスキング
時間(例えばTmask=1/8×T0)の後、コンパレー
タの出力コンフィギュレーションが読出され、ダイアグ
ラムの底部のテーブルに示されるように得られるデータ
は値2を有している。
【0036】ロータの回転が慣性で進行するこの第1の
読出しの後、BEMFの代表であるシグナルのA巻線と
の第1の「零交差」が検出される。この第1の「零交
差」が起こった後にコンパレータの出力コンフィギュレ
ーションが再度読出され値3を与える。従って完全なア
ドレスは2−3であり、ここで2は「索引テーブル」の
行を解読し3は列を解読する。解読されたアドレスは、
相ポインタをモータを所望回転方向(順方向回転)に加
速するために第1に励起される相として相A!Cを示す
ようにさせる。上記場合にもモータは逆方向回転を受け
ることなく順方向回転でスタートする。
【0037】次に説明するのは時間T0の予備限定相の
第1の励起ステップがロータの逆方向加速を生成する3
種類の場合である。
【0038】相B!Cに対応する平衡位置からのロータ
のスタートアップ 図12を参照すると、ロータは当初はB!C相に対応する
平衡点に静止している。時間T0だけ相C!Aを励起す
ることにより、ロータは逆回転方向にロータを加速させ
るダイアグラム中に1で示された斜線エリアにより与え
られるトルクのインパルスを受ける。時間T0の終わり
には励起が遮断され、通常のマスキング時間Tmask(例
えばTmask=1/8×T0)の後にコンパレータの出力
コンフィギュレーションが読出され値6を与える。シス
テムがモータのB巻線に誘起されるBEMFの第1の
「零交差」を検出した後に、コンパレータの新しいコン
フィギュレーションが読出され値4を与える。
【0039】従って完全なアドレスは6−4であり、こ
こで6は「索引テーブル」の行を解読し4は列を解読す
る。解読されたアドレスは、相ポインタを第1に励起さ
れる相としての相B!Cを示すようにさせる。図12を見
ると、コンパレータの出力コンフィギュレーション6か
ら4への遷移を認識しその結果対応するB!C相を励起
することにより、ロータに与えられかつダイアグラム中
で2により特定された斜線部により明瞭にされたトルク
のインパルスが、エリア2が常にエリア1より大きいと
いう事実の観点からして、トルク曲線の下の斜線部2の
第1の部分がエリア1に等しいときにロータの逆回転を
迅速に停止しかつロータの回転方向を反転して順方向に
する効果を有することが容易に理解できる。従ってモー
タが停止し方向を変化させる。
【0040】ロータの回転方向の変化の後に、対応する
逆起電力(BEMFs)も極性をスイッチする。これは
「擬零交差」を表し、これは実際にシステムにより理解
され、その結果システムはA!C相である次の最適な相
の励起を決定する。これによりモータは図12のダイアグ
ラム中に3で特定された斜線部により表される新しいト
ルクのインパルスの下で所望の順方向回転下で加速す
る。手順は次のように説明できる。
【0041】a)C!A相を励起し、これによりエリア
1により与えられるトルクのインパルスを発生させる。 b)第1の「零交差」の発生を検出する。 c)検出された「零交差」の前後にコンパレータにより
読出されるデータを使用することにより最大ブレーキト
ルクを及ぼす相を検出し、該相B!Cを励起する。 d)ブレーキトルクのインパルスのエリア2がエリア1
に等しいときに、ロータが停止し回転方向を変更し、こ
れにより次いで新しい「零交差」としてシステムにより
解釈される誘起されるBEMFsの符号の反転を生じさ
せる。 e)モータを加速し、これにより新しく解読された相を
励起することにより順方向回転でスタートさせる。
【0042】相B!Aに対応する平衡位置からのロータ
のスタートアップ 図13を参照すると、ロータは当初はB!A相に対応する
平衡点に静止している。時間T0だけ相C!Aを励起す
ることにより、ロータは逆回転方向にロータを加速させ
るダイアグラム中に1で示された斜線エリアにより与え
られるトルクのインパルスを受ける。時間T0の終わり
には励起が遮断され、通常のマスキング時間Tmask(例
えばTmask=1/8×T0)の後にコンパレータの出力
コンフィギュレーションが読出され値4を与える。シス
テムがモータのA巻線に誘起されるBEMFの第1の
「零交差」を検出した後に、コンパレータの新しいコン
フィギュレーションが読出され値5を与える。
【0043】従って完全なアドレスは4−5であり、こ
こで4は「索引テーブル」の行を解読し5は列を解読す
る。解読されたアドレスは、相ポインタを第1に励起さ
れる相としての相B!Aを示すようにさせる。図13を見
ると、コンパレータの出力コンフィギュレーション4か
ら5への遷移を認識しその結果対応するB!A相を励起
することにより、ロータに与えられかつダイアグラム中
で2により特定された斜線部により明瞭にされたトルク
のインパルスが、エリア2が常にエリア1より大きいと
いう事実の観点からして、トルク曲線の下の斜線部2の
第1の部分がエリア1に等しいときにロータの逆回転を
迅速に停止しかつロータの回転方向を反転して順方向に
する効果を有することが容易に理解できる。従ってモー
タが停止し方向を変化させる。
【0044】ロータの回転方向の変化の後に、対応する
逆起電力(BEMF)も極性をスイッチする。これは
「擬零交差」を表し、これは実際にシステムにより読出
され、その結果システムはB!C相である次の最適な相
の励起を決定する。これによりモータは図13のダイアグ
ラム中に3で特定された斜線部により表される新しいト
ルクのインパルスの下で所望の順方向回転下で加速す
る。手順は次のように説明できる。
【0045】a)C!A相を励起し、これによりエリア
1により与えられるトルクのインパルスを発生させる。 b)第1の「零交差」の発生を検出する。 c)検出された「零交差」の前後にコンパレータにより
読出されるデータを使用することにより最大ブレーキト
ルクを及ぼす相を検出し、該相B!Aを励起する。 d)ブレーキトルクのインパルスのエリア2がエリア1
に等しいときに、ロータが停止し回転方向を変更し、こ
れにより次いで新しい「零交差」としてシステムにより
解釈される誘起されるBEMFsの符号の反転を生じさ
せる。 e)モータを加速し、これにより新しく解読された相を
励起することにより順方向回転でスタートさせる。
【0046】相A!Cに対応する平衡位置からのロータ
のスタートアップ ロータが第1の励起の予備限定相に対して平衡点で静止
している事実からして、加えられるトルクのインパルス
が零であるためロータは加速を受けない。この特定の状
態は複数のインターバルT0に等しい値例えば8×T0
でロードされたカウンターの零への減少高によりシステ
ムにより最終的に認識される。上記カウンターの零への
減少の前にモータ巻線中に誘起される任意のBEMF中
で「零交差」が起きないと、モータの異なった相が同じ
予備設定時間T0だけ励起される。第1の励起の予備限
定相がC!Aであると、手順を繰り返すために励起され
る新しい相は予備設定相から2インターバルシフトした
相つまりB!C相となる。
【0047】図14を参照すると、ロータは相A!Cに対
応する平衡点に相当する初期静止位置にあると考えられ
る。時間T0だけB!C相を励起することにより、ロー
タは斜線のエリアにより与えられるトルクのインパルス
を受け、ロータは順方向の回転で加速される。時間T0
が経過すると、励起が遮断され、十分に長いマスキング
時間(例えばTmask=1/8×T0)の後、コンパレー
タの出力コンフィギュレーションが読出され、ダイアグ
ラムの底部のテーブルに示されるように得られるデータ
は値2を有している。
【0048】ロータの回転が慣性で進行するこの第1の
読出しの後、BEMFの代表であるシグナルのC巻線と
の第1の「零交差」が検出される。この第1の「零交
差」が起こった後にコンパレータの出力コンフィギュレ
ーションが再度読出され値6を与える。従って完全なア
ドレスは2−6であり、ここで2は「索引テーブル」の
行を解読し6は列を解読する。解読されたアドレスは、
第1に励起される相として相A!Cを示すようにさせ
る。
【0049】図14を見ると、コンパレータの出力コンフ
ィギュレーション2から6への遷移を認識しその結果対
応するA!C相を励起することにより、ロータに与えら
れかつダイアグラム中で2により特定された斜線部によ
り明瞭にされたトルクのインパルスが、エリア2が常に
エリア1より大きいという事実の観点からして、トルク
曲線の下の斜線部2の第1の部分がエリア1に等しいと
きにロータの逆回転を迅速に停止しかつロータの回転方
向を反転して順方向にする効果を有することが容易に理
解できる。従ってモータが停止し方向を変化させる。
【0050】ロータの回転方向の変化の後に、対応する
逆起電力(BEMF)も極性をスイッチする。これは
「擬零交差」を表し、これは実際にシステムにより読出
され、その結果システムはA!B相である次の最適な相
の励起を決定する。これによりモータは図13のダイアグ
ラム中に3で特定された斜線部により表される新しいト
ルクのインパルスの下で所望の順方向回転下で加速す
る。
【0051】手順は次のように説明できる。 a)B!C相を励起し、これによりエリア1により与え
られるトルクのインパルスを発生させる。 b)第1の「零交差」の発生を検出する。 c)検出された「零交差」の前後にコンパレータにより
読出されるデータを使用することにより最大ブレーキト
ルクを及ぼす相を検出し、該相A!Cを励起する。 d)ブレーキトルクのインパルスのエリア2がエリア1
に等しいときに、ロータが停止し回転方向を変更し、こ
れにより次いで新しい「零交差」としてシステムにより
解釈される誘起されるBEMFsの符号の反転を生じさ
せる。 e)モータを加速し、これにより新しく解読された相を
励起することにより順方向回転でスタートさせる。
【0052】最後の3種類の実施例のスタートアップ状
況の本発明プロセスの有効性のより良い理解のために、
ロータの任意の平衡位置からスタートすることにより順
方向回転で及ぼされる最大トルクインパルスが逆方向回
転で理論的に及ぼされる最大トルクインパルスより一貫
して常に大きいという事実により表される重要な特徴を
更に強調することが有用である。従ってスタートアップ
手順の予備限定相の瞬間的な初期励起がモータの逆回転
をスタートさせる場合に、ブレーキトルクの大きなイン
パルスを直ちに及ぼすような有利な条件が存在する。こ
の事実は図15に明瞭にされ、ここでは斜線部分1及び3
がそれぞれ斜線部分2及び4より常に小さくなってい
る。
【0053】図16に概略的に示されているように、前記
システムはモータ1のそれぞれの相巻線中に誘起される
逆起電力の符号を表す出力コンフィギュレーションを想
定できるコンパレータ2のブロックを含んで成ってい
る。コンパレータ2の出力コンフィギュレーションの読
出しから誘導されるデジタルデータは解読回路3に送ら
れ、この回路は「索引テーブル」の使用により所望の方
向(順回転方向)にモータをスタートアップさせるため
に励起される最適相を特定するアドレスコードを提供で
きる。ブロック2のコンパレータの出力シグナルが送ら
れる回路ブロック4は誘起されたBEMFsの波形中の
「零交差」を検出し、その結果解読ブロック3に送られ
るコントロールシグナルを発生し、該ブロック3は検出
された「零交差」の後に一連のコンパレータ(ブロック
2)の出力コンフィギュレーションを表す新規なデジタ
ルデータを処理する。スタートシグナルにより始められ
るブロック5はタイマーを含み、このタイマーは解読ブ
ロック3により励起される最適相の認識及びブロック6
により与えられる手順の実行の正確性の確認の後に、解
読された最適のスタート相から始まる励起の正確な順序
を決定するブロック7を通してモータをスタートアップ
する、スタートアッププロセスのアルゴリズムに従って
実行されるステップの正確な順序をコントロールする。
【0054】図17は前記図16に示された本発明のシステ
ムの一態様のより詳細なブロックダイアグラムである。
図16で説明した基本ブロックは点線で示したそれぞれの
境界により図17中に特定されている。スタートシグナル
を受け取ると、フリップフロップFF1がセットされ従
ってスタート−ランシグナルが論理「1」にされる。こ
のシグナルは相バッファブロックPBがスタートアップ
バッファブロックSB1により励起される相を解読する
データを受け取ることを可能にし、同時に時間T0だけ
その出力を高い論理レベルに維持するために好適に負荷
されるワンショトタイマーOST1をスタートさせる。
【0055】OST1ブロックの出力で生成するシグナ
ルの上昇する先端部は第1相のコードの負荷が相ラッチ
PL1中で励起されることを可能にしかつ同じことをフ
リップフロップを通して行うことを可能にする。バルス
の下降する先端部は相ラッチPL1中のモータの励起を
停止するコードを負荷する。このようなコードが相バッ
ファ(PB)により認識されると、該バッファはダイア
グラム部分的な時間のインターバルだけ第1の読出しを
行う相デコーダPDを使用可能にするフリップフロップ
FF2の再セットを遅らせる。
【0056】この時点では「零交差」は待機中であり、
次の代替操作条件が起こることがある。 1)タイマーT1中に記憶された8×T0インターバル
の終了前に「零交差」が検出される。この場合「零交
差」デコーダZCDはデコーダPDが第2の読出しを行
うことを可能にする。第1の読出しを行った後、デコー
ダPDは相ラッチPL2を使用可能にしかつ最適相のコ
ードを伝達し、次いで該コードはスタートアップ相バッ
ファSP1に伝達される。フリップフロップFF1は次
いで再セットされ従ってスタートランシグナルは低くな
ることによりスタートアップ手順を使用不能にする。 2)「零交差」はタイマーT1の作動前には検出されな
い。
【0057】この場合タイマーの「エンド・オブ・カウ
ント」(EOC)はタイマー自身を零にセットし、OS
T1を再セットし、新しい第1の励起相として、手順が
繰り返される先行する第1の励起相に参照される2相だ
け機能的に角シフトした相を励起する。
【図面の簡単な説明】
【図1】3巻線モータを示す図。
【図2】相A!Bの安定及び不安定平衡点を示す図。
【図3】相のトルク曲線及び誘起されたBEMFsの対
応曲線を示す図。
【図4】3個の差動増幅器とこれらの差動増幅器にカス
ケード接続された3個の異なったコンパレータの部分ブ
ロックダイアグラム。
【図5】BEMFsを表すダイアグラムと読出された値
を表示する下部テーブルから成る図。
【図6】3個のコンパレータの出力コンフィギュレーシ
ョンを読出す要領を示す図。
【図7】ロータを所望方向に加速しあるいは逆方向にス
タートした場合にロータにブレーキを掛けるために励起
される最適相用の「参照用」テーブル。
【図8】スタートアップ手順のフローダイアグラム。
【図9】相C!Bのスタートアップ手順を示す図。
【図10】相A!Bのスタートアップ手順を示す図。
【図11】相C!Aのスタートアップ手順を示す図。
【図12】相B!Cのスタートアップ手順を示す図。
【図13】相B!Aのスタートアップ手順を示す図。
【図14】相A!Cのスタートアップ手順を示す図。
【図15】トルク曲線の各エリア間の関係を示す図。
【図16】本発明のスタートアップシステムの一態様のブ
ロックダイアグラム。
【図17】図16のスタートアップシステムのより詳細なブ
ロックダイアグラム。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 予備限定された相を励起して最も近い角
    度位置を通してロータが移動するために必要な時間より
    短い時間の予備設定された第1のインターバル間に前記
    予備限定された相に関する平衡点に向かってモータのロ
    ータを加速しモータの巻線中に誘起される複数の逆起電
    力の任意のものとの零交差を生じさせ、このような第1
    の励起ステップを遮断した後に、前記逆起電力の符号を
    読出し、 前記第1の励起ステップの瞬間的な遮断に続いて予備設
    定された第2の時間インターバル内に前記誘起された複
    数の逆起電力の任意のものの第1の零交差の発生を検出
    し;もしこのような零交差が生じた場合には、前記誘起
    された逆起電力の符号の第2回目のデジタル的読出しを
    行いかつ該読出しを利用して次に励起される最適な相を
    解読しこれにより最大トルクで所望の順方向にロータを
    加速し、 もし前記第1の励起ステップの瞬間的な遮断に続く第2
    の時間インターバルの経過前に前記発生が検出されない
    ときは、前記予備設定された相に対して2相分の位置だ
    け機能的にシフトした異なった相を第1に励起すること
    によりプロセスを繰り返し、 前記解読された最適相から始まる相を引き続き励起する
    ことによりモータをスタートアップさせることを含んで
    成る、 起こり得る逆方向回転の程度を限定しながらブラシ及び
    センサのない多相DCモータを順方向回転としてスター
    トアップさせる方法。
  2. 【請求項2】 前記予備限定された相の前記第1の励起
    ステップを実行する前に、ロータをその静止位置から移
    動させることなく、それぞれが摩擦の静的因子を除去す
    るための前記第1の時間インターバルの部分用であるモ
    ータの全ての相を順々に励起することを含んで成る請求
    項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 ロータ及びモータの巻線により誘起され
    る前記逆起電力が、差動増幅器により誘起逆起電力のシ
    グナルのそれぞれを増幅し、該増幅シグナルをそれぞれ
    の巻線上に存在する誘起された逆起電力の符号の関数と
    して論理状態を想定できる出力ターミナルを有するコン
    パレータ回路の入力に供給し、かつ各コンパレータの出
    力論理状態を表すビットに与えられたウエイトを属させ
    ることによりデジタル的に読出され、デジタル的に読出
    し可能なコンパレータの出力コンフィギュレーションが
    ロータが与えられた回転方向に回転するときのロータの
    ある角度位置に対応し、かつ前記コンフィギュレーショ
    ンがロータが逆方向回転しながら同じ角度位置を通って
    移動するときに相補論理値を想定する請求項1に記載の
    方法。
  4. 【請求項4】 行列のマトリクスとして組織された索引
    テーブルの行を解読するための第1の読出しを利用しか
    つ前記索引テーブルの列を解読するための前記第2の読
    出しを使用し、これにより最大のトルクインパルスで所
    望方向の回転でロータを加速するために励起される相の
    コードを特定する請求項3に記載の方法。
  5. 【請求項5】 ロータの回転によりモータの巻線中に誘
    起される逆起電力の符号の表示である論理シグナルを生
    成できる第1の手段、 誘起された前記任意の逆起電力の符号の反転を起こさせ
    る表示であるシグナルを発生させることのできる第2の
    手段、 該第2の手段により検出された前記該1の零交差の前後
    に前記第1の手段により生成する前記論理シグナルの関
    数として所望方向にロータを加速するために励起される
    最適の相を特定できるモータの励起可能な相のコードの
    索引テーブルを通して解読する手段、及びスタートシグ
    ナルによりスタートされ、予備限定された相の又は該予
    備限定された相から2相分の位置だけ機能的にシフトし
    た相の予備設定された第1の時間インターバル間の励起
    を決定できる少なくとも1個の第1のタイマー、 前記第2の手段により生成するシグナルによりスタート
    され、かつ前記第2の手段が第2の時間インターバルの
    経過前に前記シグナルを発生しない場合に前記第1のタ
    イマーが前記予備限定された相から2相位置分シフトし
    た前記相を励起できるようにした第2のタイマーを含ん
    で成るブラシ及びセンサーを有しない多相DCモータを
    所望の回転方向にスタートアップさせるための回路。
  6. 【請求項6】 前記第1の手段が差動増幅器及びコンパ
    レータから成る複数のシグナル処理回路であり、各差動
    増幅器及びコンパレータ回路が該コンパレータの出力ノ
    ードにモータのそれぞれの巻線中に誘起される逆起電力
    の符号の表示である前記論理シグナルを生成できるもの
    である請求項5に記載の回路。
  7. 【請求項7】 前記第2の手段が、前記コンパレータの
    出力電圧の遷移状態を検出できかつこのような検出され
    た遷移状態の発生の表示であるシグナルを生成できる遷
    移検出回路を含んで成る請求項6に記載の回路。
JP4317722A 1991-10-31 1992-11-02 ブラシ及びセンサのないモータのスタートアップ方法 Pending JPH06121584A (ja)

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