JPH07123774A - 位置センサレスｄｃブラシレスモータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 失敗の極めて少ない起動が可能な位置センサ
レスブラシレスＤＣモータ制御装置を提供する。 【構成】 逆起電力を利用した位置センサレス運転をお
こない、かつ起動を同期起動によるブラシレスＤＣモー
タの駆動システムで、ブラシレスＤＣモータと、このモ
ータを駆動する駆動回路と、前記モータの逆起電力を利
用した回転子位置検出手段と、同期運転から位置センサ
レス運転に切り替わるときに前記駆動回路を通じて前記
回転子位置検出に有無に基づき同期運転による最後の励
磁相でリアルタイムに前記モータの励磁電圧を増加また
は０にさせる一方、前記モータの通常運転時には、前記
回転子位置検出に基づき位置センサレス運転を行う制御
手段と、を備えたことを特徴とする位置センサレスブラ
シレスＤＣモータの制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転子の回転に伴って
固定子巻線に発生する逆起電力を利用して固定子巻線へ
の転流信号を得る位置センサレスＤＣブラシレスモータ
の制御装置に関し、特に起動を同期運転でおこない、起
動時に負荷の変動および電源電圧の変動がある場合に
も、失敗の極めて少ない起動を実現して速やかに位置セ
ンサレス運転に移行する位置センサレスＤＣブラシレス
モータの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、回転子の回転に伴って固定子巻線
に発生する逆起電力を利用して固定子巻線への転流信号
を得、回転子位置検出器を不要とした位置センサレスＤ
Ｃブラシレスモータの駆動方式が提案されている。（鈴
木、小笠原、赤木「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）。

【０００３】そして、このような駆動方式においてモー
タを起動するには、始動シーケンスに基づいて、まず任
意の励磁パターンの駆動信号により一定期間励磁して、
回転子を励磁パターンに対応した位置に移動させること
によって位置を確定させ、次に任意の転流信号を与えて
励磁パターンを切り換えることによりモータを回転させ
る。そして、このモータの回転にともない固定子巻線に
発生する逆起電力に基づいて結果的に回転子位置が検出
され適当な転流が行われる。

【０００４】ところが、この逆起電力は回転子の回転数
に比例し、回転子の回転が低速な場合は逆起電力が小さ
く検出が困難であるため、逆起電力の検出可能レベルま
で回転子の回転速度を上昇させなければ、位置センサレ
ス運転ができない。そのため始動シーケンスとして、同
期運転によって励磁パターンをオープンループで次々と
切り換えていき、逆起電力の検出可能な回転速度を得て
位置センサレス運転に制御を移行している。

【０００５】そして、位置センサレス運転を始めてから
正常にモータ運転がなされているかの判定をおこない、
正常であると判定されれば位置センサレス運転を継続
し、正常でないと判定されれば前記の同期運転による起
動動作を再び繰り返していた。但しこの再起動動作では
最初の起動時とは励磁電圧や励磁パターンの切り換えタ
イミングを変える等の工夫がなされていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の位置センサレスブラシレスＤＣモータの制御装
置においては、逆起電力検出による安定した転流信号を
得るには、ある程度の回転数が必要であるので、その回
転数を得るのには励磁電圧を上昇させねばならず、かつ
起動判定が同期運転による起動動作実行後に行われるの
で、一回の起動動作の試行で位置センサレス運転に移行
ができずに再起動を行うとすれば、起動が可能な励磁電
圧が選択されるまで、何度も起動動作を実行しなければ
ならなかった。

【０００７】そこで、同期運転から位置センサレス運転
に切り替わるときに、その切り替わり時の励磁区間内
で、逆起電力に基づく回転子位置検出信号の検出タイミ
ングに基づいて、この励磁区間内の励磁電圧を加減また
は０にすることにより、起動動作を何度も繰り返すこと
なく、高負荷から低負荷、高電源電圧から低電圧まであ
らゆる状況に対応可能な失敗の無い起動を実現して、位
置センサレス運転に短時間に移行することを目的とす
る。

【０００８】

【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モータの制御装置は、逆起電力を利用し
た位置センサレス運転をおこない、かつ起動を同期起動
によるブラシレスＤＣモータの駆動システムで、ブラシ
レスＤＣモータと、このモータを駆動する駆動回路と、
前記モータの逆起電力を利用した回転子位置検出手段
と、同期運転から位置センサレス運転に切り替わるとき
に前記駆動回路を通じて前記回転子位置検出に有無に基
づき同期運転による最後の励磁相でリアルタイムに前記
モータの励磁電圧を増加または０にさせる一方、前記モ
ータの通常運転時には、前記回転子位置検出に基づき位
置センサレス運転を行う制御手段を備えた構成とされて
いる。

【０００９】そして、同期運転による起動において、同
期運転による最後の励磁相の逆起検出モードの検出タイ
ミングを監視し、そのタイミングに基づいて励磁電圧を
その励磁区間内で変化させることによって必要最小限の
電流、トルクで起動を行う構成となっている。

【００１０】

【作用】本発明においては、位置センサレスブラシレス
ＤＣモータの起動を前記制御手段により同期運転で行っ
ている。この同期運転は、オープンループで励磁相を漸
次切り換えることにより実現される。同期回転速度が上
昇すると逆起電力に基づく回転子位置検出信号が前記回
転子位置検出手段により検出される。

【００１１】そこで、同期運転の最後の励磁相で、この
最後の励磁を始めた時から、この信号が検出された時間
により、この励磁相の励磁電圧を加減しまたは０にす
る。つまり、この位置検出信号が通常の位置センサレス
運転時の検出タイミングよりも時間的に早く検出された
ときは、十分な回転速度が得られているとみて、励磁電
圧を減少させる。一方前記検出信号が得られないときに
は十分な回転速度が得られていないとみて励磁電圧をわ
ずかに増加させる。そして、この制御が同一励磁相で数
回繰り返す。しかし、最後の同期回転速度の励磁時間を
超えても位置検出信号を検出しないときには励磁電圧を
０にして前記モータへの励磁を停止する。

【００１２】そして、位置検出信号が得られたときに
は、前記制御装置による位置センサレス運転に移行す
る。このような制御手段によって必要十分な励磁電圧で
起動がなされ、速やかに位置センサレス運転に移行す
る。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図面に基づき説明
する。

【００１４】図２は、ブラシレスＤＣモータを駆動する
駆動回路（１２０度通電電圧型インバータ回路）を示し
ている。図２に示すように、ブラシレスＤＣモータ１
は、回転子２と固定子３からなり、固定子３には、Ｕ、
Ｖ、Ｗの３相の巻線が装着され、回転子２には、永久磁
石により４極の磁極が形成されている。

【００１５】駆動回路４は、各々還流ダイオードＤ
ａ⁺、Ｄｂ⁺、Ｄｃ⁺が接続されたＰ側のトランジスタ、
Ｔａ⁺、Ｔｂ⁺、Ｔｃ⁺と、各々還流ダイオードＤａ^-、Ｄ
ｂ^-、Ｄｃ^-が接続されたＮ側のトランジスタ、Ｔａ^-、
Ｔｂ^-、Ｔｃ^-とから構成されている。

【００１６】また、駆動回路４のＰ側のトランジスタと
Ｎ側のトランジスタとを一組組み合わせてチョッパ制御
を行いかつチョッパのデューティを変えることにより、
３相の直流電流を各相の巻線の内選択的に２つの巻線に
順次励磁して磁界を形成して回転子を可変速に回転駆動
させる。

【００１７】この種の駆動方式では、１２０度通電型の
電圧形インバータ回路（モータ駆動回路）を主回路に用
いたＰＷＭ制御により速度制御を行う構成となってお
り、すなわち、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相の固定子巻線に回転子
の回転に伴って生じる各相の逆起電力ｅ_a、ｅ_b、ｅ_c、
と、インバータ回路の一対のトランジスタ回路に印加さ
れる駆動信号との関係により、各相は電気角３６０゜期
間内に６０゜×２回の開放区間（トランジスタに駆動信
号が印加されない期間を開放相と称する）を有する。

【００１８】本発明の制御装置はこの開放区間で、モー
タ１の各巻線に発生する逆起電力を検出することにより
回転子位置を検出する回転子位置検出手段５を備えてい
る。

【００１９】制御手段６は、回転子位置検出手段５から
の回転子位置検出信号に基づいて、駆動回路４を制御し
て励磁相の切り換えを行う。

【００２０】図３に示すように、モータ１の正常回転を
継続させるための励磁相が５〜０に予め設定され、各励
磁相と回転子位置検出相および導通ダイオードとの相互
関係は図３のようになり、この順に転流することにより
モータが回転駆動される。同期運転のときは、オープン
ループで励磁相５−４−３−２−１−０−５というよう
に転流していき、センサレスモードのときは、励磁相に
対応した回転子位置検出相の導通ダイオードの導通状態
に基づいて、制御手段６がトランジスタのスイッチを切
り換え転流する。例えば、励磁相５の励磁がなされてい
るとき、制御手段６は回転子位置検出相相Ｗ−、導通ダ
イオードＤｃ^-の導通状態を監視しており、導通状態に
基づき励磁相４の転流指令をインバータ回路４に送る。

【００２１】また、この回転子位置検出回路５からの回
転子位置検出信号に基づき、インバータ回路４の各トラ
ンジスタをスイッチ動作させる制御手段６が、インバー
タ回路４に接続されている。

【００２２】そして、この制御手段６からの指令によ
り、インバータ回路４の各トランジスタＴａ⁺、Ｔｂ⁺、
Ｔｃ⁺及びＴａ^-、Ｔｂ^-、Ｔｃ^-がスイッチ動作をする。

【００２３】次に、上記構成の制御手段により上記モー
タの起動制御から位置センサレス運転への切り換えを行
う手段について図１のフローチャートを参照して説明す
る。

【００２４】起動指令により、ステップＳ１で同期運転
が開始され、ステップＳ２で同期運転による最後の励磁
が始まると、ステップＳ３でタイマスタートする。ステ
ップＳ４で前記タイマのカウント数を評価して、Ｔ．
Ｃ．（以下前記タイマのカウント数とする）が、Ａ（所
定のカウント数）より小さければ、ステップＳ５で回転
子位置検出信号の検出の有無を判断する。検出していれ
ば十分な回転数が得られていると見て、ステップＳ６で
励磁電圧を減少して、ステップＳ７のセンサレス運転に
移る。前記信号を検出していなければステップＳ８とな
りステップＳ４に戻る。

【００２５】Ｔ．Ｃ．がＡ（前記所定のカウント数）と
Ｂ（所定のカウント数でＡ＜Ｂ）の間にあれば、ステッ
プＳ９で励磁電圧を増加させ、ステップＳ１０で回転子
位置検出信号の検出の有無を判断する。検出していれば
ステップＳ７でセンサレス運転に移行する。検出してい
なければステップＳ１１を通じてステップＳ４に戻る。

【００２６】Ｔ．Ｃ．がＢより大きければステップＳ１
２で励磁電圧を０にして、ステップＳ１３でモータ停止
する。

【００２７】これらの制御により、同期運転による最終
の励磁が始まり、回転子位置検出信号が得られたときは
すぐに位置センサレス運転に制御を移行し、得られない
ときには励磁電圧を増加させてトルクを増して前記信号
を得るようにする。ただし、長時間同一の励磁相を励磁
するとモータ電流の増加や回転子の永久磁石の減磁のよ
うな問題が生じるので、同期運転による最終の励磁時間
が長きにわたるときには励磁電圧を０にしてモータ駆動
動作を停止する。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
位置センサレスブラシレスＤＣモータの制御において、
逆起電力による回転子位置検出に基づき最適な励磁電圧
と転流タイミングで起動制御から位置センサレス運転に
切り換えるので、様々な負荷および電源電圧の状態で、
起動の失敗がなく、起動動作を繰り返すことなく起動す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例の起動から位置センサレス運
転への切り替え時の制御を示すフローチャートである。

【図２】 本発明の実施例の位置センサレスブラシレス
ＤＣモータの概略構成図である。

【図３】 本発明の実施例の励磁パターンを示す図であ
る。

【符号の説明】

１ ブラシレスＤＣモータ ２ 回転子 ４ 駆動回路（インバータ回路） ５ 回転子位置検出手段 ６ 制御手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】逆起電力を利用した位置センサレス運転を
   おこない、かつ起動を同期起動によるブラシレスＤＣモ
   ータの駆動システムで、 ブラシレスＤＣモータと、このモータを駆動する駆動回
   路と、前記モータの逆起電力を利用した回転子位置検出
   手段と、同期運転から位置センサレス運転に切り替わる
   ときに前記駆動回路を通じて前記回転子位置検出手段か
   らの位置検出信号の検出タイミングに基づき同期運転に
   よる最後の励磁相でリアルタイムに前記モータの励磁電
   圧を加減または０にし、かつ前記モータの通常運転時に
   は、前記回転子位置検出手段に基づき位置センサレス運
   転を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする位置セ
   ンサレスブラシレスＤＣモータの制御装置。