JPH06133584A - 位置センサレスブラシレスdcモータ制御装置 - Google Patents

位置センサレスブラシレスdcモータ制御装置

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JPH06133584A
JPH06133584A JP4277289A JP27728992A JPH06133584A JP H06133584 A JPH06133584 A JP H06133584A JP 4277289 A JP4277289 A JP 4277289A JP 27728992 A JP27728992 A JP 27728992A JP H06133584 A JPH06133584 A JP H06133584A
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JP
Japan
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generation circuit
circuit
clock
phase difference
signal
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JP4277289A
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English (en)
Inventor
Osamu Shinkawa
修 新川
Takeshi Fujihisa
健 藤久
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 起動時に負荷条件が変化する様な状態でも、
センサレス運転の起動を確実にする。 【構成】 ステップモード発生回路と、転流タイミング
発生回路と、上記ステップモード発生回路と上記転流タ
イミング発生回路とから出力される信号同士の位相差を
計る演算回路とを持ち、上記演算回路の出力により、オ
ープンループ制御または、位相シフト制御を行なう。 【効果】 起動時の状態が変化することがあるような負
荷においても負荷変化による回転子の状態を検知し、セ
ンサレス運転への切り換えを確実に行う回路構成を提供
できた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】ブラシレスDCモータは、OA機
器をはじめ幅広い分野で用いられているが、回転子の位
置を検出するための位置検出器が必要であり、ホール素
子や光素子を用いた検出法が一般的になっている。この
場合、モータが小型になっていくほどこれら位置検出器
の占有率が大きくなり、モータの小型化を妨げる要因と
なる。また、モータから駆動装置への接続線が多くなる
という問題もある。これらの問題に対して、すでにいく
つかの位置センサレスブラシレスDCモータが報告され
ているが、本発明は、還流ダイオードの導通状態を利用
した位置センサレスシステムの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】位置センサレスでモータを駆動するため
に、回転数を調整するチョッパ制御を含むシステムの還
流ダイオードの導通状態を利用する方法は既に知られて
いるが(鈴木 小笠原 赤木 難波江 長竹 奥山「位
置センサレス・ブラシレスDCモータの一構成法」 昭
和63年電気学会産業応用部門全国大会 NO. 34)、
この方法は回転するモータから発生する逆起電力を利用
して回転子の位置検出を行っており、回転子の静止して
いる起動時は逆起電力が発生していないので位置検出が
できない。
【0003】そこで従来は、図9に示す起動シーケンス
により起動を行っていた。まず最初に、ある相からある
相へ一定時間かつ一定の電流で励磁を行う。すると回転
子は励磁パターンに対応した位置に移動し位置が確定さ
れる。次に正常回転方向に電気角で120度回った励磁
パターンで出力パターンを切り換えるとモータが回転を
始める。そして、モータが回転することによってセンサ
レス運転に必要な逆起電力が発生するので、次の転流か
ら還流ダイオードの導通状態を見ることによって転流信
号が得られ、以後センサレスで運転が続けられる。
【0004】この起動シーケンスでは、オープンループ
1回目の回転子位置固定の為の励磁電流は負荷のイナー
シャ、トルクによって電流値及び時間が決定される。
【0005】また、起動時の負荷状態が一定でなくある
周期でトルク変動がある場合や何らかの異常があって前
述の起動シーケンスで回転子が回転しないか、センサレ
ス運転に必要な逆起電力が得られない低速回転であった
場合には、オープンループの最初に戻って再起動シーケ
ンスを繰り返す構成となっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の構成による起動
シーケンスでは、1回の転流によって逆起電力が検出で
きれば、正常に起動できたものと判断し、オープンルー
プからセンサレス運転に切り換わっていた。
【0007】しかし、負荷にトルク変動がある場合な
ど、回転子位置固定が十分にされずに回転子が振動した
り、逆転方向にトルクを発生している状態で、次の1回
の転流が行われると、所望の位置からの回転にならず
に、回転子の位置が電気角で60度あるいは120度手
前で、逆起電力が検出されてセンサレス運転に切り換わ
り、所定の励磁パターンが、出力されると、本来回転子
の一義的に決まる励磁パターンとは異なるため、モータ
は正常回転に入ることができずに振動を起こすことがあ
る。振動していてもモータからは、逆起電力が発生し、
その逆起電力がセンサレス運転に必要なレベル以上であ
れば、所定の励磁パターンが出力され続けるので、モー
タは正常回転に入ることも、再起動をすることもできな
くなる、という問題があった。
【0008】そこで本発明の目的は、起動時の負荷条件
によって、転流タイミングを変化させ逆起検出の検出タ
イミングを調整しスムーズにセンサレス運転へ切り換わ
るシステムを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の位置センサレス
ブラシレスDCモータ制御装置は、ブラシレスDCモー
タを駆動し回転数調整のためのチョッパ制御を含むシス
テムで、還流ダイオードの導通状態を利用した位置セン
サレスシステムにおいて、ステップモード発生回路と、
転流タイミング発生回路と、上記ステップモード発生回
路と上記転流タイミング発生回路とから出力される信号
同士の位相差を計る演算回路とを持ち、上記転流タイミ
ング発生回路の出力信号とステップモード発生回路信号
とのタイミング比較判定を行ない位相差が0または、あ
るしきい値に達するように、上記ステップモード発生回
路信号をオープンループ制御によりクロック速度を増減
させスイッチにより、上記ステップモード発生回路から
上記転流タイミング発生回路へ切り換えることを、特徴
とする。また、演算回路の出力による位相差量を、転流
タイミング発生回路信号に位相シフトとして施したこと
を特徴とする。
【0010】
【実施例】(実施例1)以下に本発明の一実施例につい
て添付の図面を参照して説明する。
【0011】図1は、本発明の制御回路構成を示すブロ
ック図である。モード検出回路1は、インバータ9に内
蔵された還流ダイオードの順方向電圧降下VFに設定し
た。基準電圧と、各ダイオード端子電圧を比較すること
により、各還流ダイオードの導通状態を判断する。本実
施例は、三相バイポーラインバータの構成であり、U
+,U-,V+,V-,W+,W-の6つの相の導通状態を検
出し、それぞれの信号を出力している。転流タイミング
発生回路2は、モード検出回路1の出力により転流タイ
ミングを検出しクロックを形成する。出力パターンモー
ド発生回路4は、上記転流タイミング発生回路からのク
ロックにより6モードの波形を発生させ、これによって
駆動信号形成回路6でモータ駆動信号を形成している。
ステップモード発生回路5は、スタート指令により設定
の起動シーケンスでクロックを発生し、出力パターンモ
ード発生回路に入力され、ある相からある相へ一定時間
かつ一定の電流で順次ステップ励磁を行い、オープンル
ープで駆動を始める。この時、演算回路3は、上記ステ
ップモード発生回路からのクロックを基準とし、上記転
流タイミング発生回路からのクロックとの位相差を計測
し、位相差をステップモード発生回路にフィードバック
し、ステップモード駆動の速度を指令する。ステップモ
ード発生回路の出力は、上記クロックとの位相差を減少
させるようなクロック速度で駆動され、ステップモード
発生回路からのクロックタイミングと、上記転流タイミ
ング発生回路からのクロックタイミングの一致を判断
し、スイッチ11を制御する。
【0012】図3は、その要部相互の波形の一例をしめ
す。モード検出回路1より検出された上記転流タイミン
グ発生回路のクロック201は、ステップモード信号の
クロック202よりも約30度手前で検出されている
が、負荷条件によりこの位相差は変化する、ステップ速
度を加速し上記転流タイミング発生回路からのクロック
201と上記ステップモード発生回路からのクロック2
02との位相差203が一致または、あるしきい値に達
した時、モード切り換え信号204によってスイッチ1
1を、上記転流タイミング発生回路からのクロック20
1による駆動に切り換える。
【0013】また、図1におけるチョッパ選択回路8
は、出力パターンから+側チョッパ、ー側チョッパを判
断し、駆動信号形成回路6に対して信号を送る。また、
チョッパ信号発生回路7からのチョッパ信号とを駆動信
号形成回路6で重ね合わせてインバータ9の各トランジ
スタを駆動させる。
【0014】図6は、起動制御を示すフローチャートで
ある。ステップ41では、一定パターンで励磁し同期運
転を行なう。同期運転の転流速度および通電電流は、ス
テップ44の位相差演算結果判定後に、ステップ48,
49で加速または減速の指令がなされるまで、一定時間
かつ一定の電流で順次60度ごとのステップ励磁を行
う。ステップ42では、同期運転により回転子が回転す
ることによって生じる逆起電力信号を検出し転流タイミ
ングとして形成する。ステップ43では、同期運転のス
テップモード信号を基準にし転流タイミング信号の位相
差を演算しステップ44で、演算結果を判定する。位相
差が進みである場合、ステップ49で加速の指令をステ
ップ41に出力する。また、位相差が遅れの場合は、ス
テップ48で減速の指令をステップ41に出力する。こ
れにより負荷の状態を把握し、回転子による転流タイミ
ング検出信号と同期運転のステップモード信号の位相差
が0または、あるしきい値に達したときステップ45の
センサレス運転に切り換える。ステップ46では、起動
判定を行い起動成功の場合センサレス運転を継続する。
起動失敗の場合は、ステップ50で出力パターンを停止
させステップ41の同期運転から、起動シーケンスを繰
り返す。
【0015】(実施例2)以下に本発明の第2の実施例
について添付の図面を参照して説明する。
【0016】図2は、本発明の制御回路構成を示すブロ
ック図である。
【0017】実施例1に記載の、位置センサレスシステ
ムに位相シフトを制御する位相シフト回路12をもち、
演算回路3でステップモード信号と転流タイミング発生
回路からの信号との位相差を計測し、位相シフト回路1
2にフィードバックし、上記転流タイミング発生回路か
らのクロックに、位相シフトとして付加する。
【0018】図4は、その要部相互の波形の一例をしめ
す。モード検出回路1より検出された上記転流タイミン
グ発生回路からのクロック201と、ステップモード信
号からのクロック202との位相差量tsを、位相シフ
ト量t1として上記転流タイミング発生回路のクロック
に付加する。上記転流タイミング発生回路からのクロッ
ク201と、上記ステップモード発生回路からのクロッ
ク202との位相差203が一致または、あるしきい値
に達した時、モード切り換え信号204によってスイッ
チ11を上記転流タイミング発生回路からのクロック2
01による駆動に切り換える。センサレス運転後は、上
記位相シフト量t1を制御しt1→t2→t3→t4→
tnと減少させる。位相シフト量tnは、0または目標
とする進角になるように制御する。クロック205は、
上記転流タイミング発生回路からのクロック201に、
上記位相シフト量t1から徐々に、目標値tnへ移行す
る状態をしめす。
【0019】図7は起動制御を示すフローチャートであ
る。ステップ41では、一定パターンで励磁し一定時間
かつ一定の電流で順次60度ごとのステップ励磁を行
う。ステップ42では、同期運転により回転子が回転す
ることによって生じる逆起電力信号を検出し転流タイミ
ングとして形成する。ステップ43では、同期運転のス
テップモード信号を基準にし転流タイミング信号の位相
差を演算しセンサレス運転に切り換えるタイミングの位
相シフト量を算出する。ステップ44で、演算結果を判
定し位相シフト前であれば、ステップ51で次の転流タ
イミング発生回路からの信号に位相シフトを施す。ま
た、上記転流タイミング検出信号と同期運転のステップ
モード信号の位相差が0または、あるしきい値に達した
ときステップ45のセンサレス運転に切り換える。ステ
ップ52では、位相シフト量を目標値に制御させる。
【0020】(実施例3)実施例2に記載の、位置セン
サレスシステムにおいて位相シフトさせる位相シフト量
を、負荷条件にたいし幾つかのテーブルとして持ち、セ
ンサレス運転に切り換える時、転流タイミング信号検出
回路の出力に位相シフトを施す。
【0021】図5は、その要部相互の波形の一例をしめ
す。ステップモード信号のクロック202によって、6
0度または120度のステップ駆動を行い、上記転流タ
イミング発生回路からのクロック201の60度また
は、120度の時間測定を行い負荷条件を推定する。推
定した負荷条件にたいする位相シフト量t1をテーブル
から読みだし、上記転流タイミング発生回路からのクロ
ックに付加する。
【0022】図8に起動制御を示すフローチャートであ
る。ステップ41では、一定パターンで励磁し一定時間
かつ一定の電流で、60度または120度ステップ励磁
を行う。ステップ42では、同期運転により回転子が回
転することによって生じる逆起電力信号を検出し転流タ
イミングとして形成する。ステップ53では、上記転流
タイミング信号の60度または120度の検出区間の時
間測定を行い、ステップ54で位相差をテーブルより読
みだし、センサレス運転に切り換えるタイミングの位相
シフト量を出力する。ステップ44で、演算結果を判定
し位相シフト前であれば、ステップ51で次の転流タイ
ミング信号に位相シフトを施す。また、上記転流タイミ
ング検出信号と同期運転のステップモード信号の位相差
が0または、あるしきい値に達したときステップ45の
センサレス運転に切り換える。ステップ52では、位相
シフト量を目標値に制御させる。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、起動時の状態が変化す
ることがあるような負荷においても負荷変化による回転
子の状態を検知し、センサレス運転への切り換えを確実
に行う回路構成を提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1の制御回路構成を説明する
ブロック図。
【図2】 本発明の実施例2,3の制御回路構成を説明
するブロック図。
【図3】 本発明の実施例1の各部波形も相互を説明す
るブロック図。
【図4】 本発明の実施例2の各部波形も相互を説明す
るブロック図。
【図5】 本発明の実施例3の各部波形も相互を説明す
るブロック図。
【図6】 本発明の実施例1の起動のフローチャートを
説明するブロック図。
【図7】 本発明の実施例2の起動のフローチャートを
説明するブロック図。
【図8】 本発明の実施例3の起動のフローチャートを
説明するブロック図。
【図9】 従来の起動のフローチャートを説明するブロ
ック図。
【符号の説明】
1. モード検出回路 2. 転流タイミング検出回路 3. 演算回路 4. 出力パターンモード発生回路 5. ステップモード発生回路 6. 駆動信号形成回路 7. チョッパ信号発生回路 8. チョッパ選択回路 9. インバータ 10. DCブラシレスモータ 11. スイッチ 201. 転流タイミング発生回路からのクロック 202. ステップモード発生回路からのクロック 203. クロック201とクロック202との位相差 204. モード切り替え信号タイミング 205. センサレスへ移行するタイミング

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ブラシレスDCモータを駆動し回転数調
    整のためのチョッパ制御を含むシステムで、還流ダイオ
    ードの導通状態を利用した位置センサレスシステムにお
    いて、ステップモード発生回路と、転流タイミング発生
    回路と、上記ステップモード発生回路と上記転流タイミ
    ング発生回路とから出力される信号同士の位相差を計る
    演算回路とを持ち、上記転流タイミング発生回路の出力
    信号とステップモード発生回路信号とのタイミング比較
    判定を行ない位相差が0または、あるしきい値に達する
    ように、上記ステップモード発生回路信号をオープンル
    ープ制御によりクロック速度を増減させスイッチによ
    り、上記ステップモード発生回路から上記転流タイミン
    グ発生回路へ切り換えることを、特徴とする位置センサ
    レスブラシレスDCモータ制御装置。
  2. 【請求項2】 演算回路の出力による位相差量を、転流
    タイミング発生回路信号に位相シフトとして施したこと
    を特徴とする、請求項1記載の位置センサレスブラシレ
    スDCモータ制御装置。
JP4277289A 1992-10-15 1992-10-15 位置センサレスブラシレスdcモータ制御装置 Pending JPH06133584A (ja)

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