JPH08214583A - Driving method of brushless dc motor - Google Patents

Driving method of brushless dc motor

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JPH08214583A
JPH08214583A JP7015932A JP1593295A JPH08214583A JP H08214583 A JPH08214583 A JP H08214583A JP 7015932 A JP7015932 A JP 7015932A JP 1593295 A JP1593295 A JP 1593295A JP H08214583 A JPH08214583 A JP H08214583A
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brushless
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幸雄 川端
Naoki Yamamoto
直樹 山本
Yuuhachi Takakura
雄八 高倉
Yasuo Notohara
保夫 能登原
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Abstract

PURPOSE: To calculate the change of a voltage with a lapse of time with high precision regardless of the revolution of a motor in accordance with induced voltage information and estimate the position of a rotor and perform the driving control with high precision. CONSTITUTION: Terminal voltages of respective windings in a period TS shown in a diagram (b) are detected and a processed waveform shown in a diagram (c) is obtained by interpolation as the efficient induced voltage information of the stator windings. The terminal voltages of the respective windings in the detected period TS are discrete. The voltages in nondetected periods are obtained in accordance with the changes of the voltages with a lapse of time by interpolation. For that purpose, the time for obtaining the change is made to be variable following the revolution of a motor and the induced voltage information is detected with high precision and the change of the voltage with a lapse of time is obtained. The times when the processed waveform shows the highest voltage value and the lowest voltage value are used as commutation timings for the rotor and as rotor positions to be detected.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ブラシレス直流モータ
の駆動方法に係り、特に、回転子の位置検出をホール素
子等の磁気検出手段を用いることなく行うことができ
る、いわゆるセンサレス直流ブラシレスモータ駆動方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of driving a brushless DC motor, and more particularly to a so-called sensorless DC brushless motor drive capable of detecting the position of a rotor without using magnetic detection means such as a Hall element. Regarding the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、ブラシレス直流モータの駆動制
御は、ロータの磁極位置と通流すべき巻線の位置とを密
接に関係付けて行う必要がある。そして、モータの出力
トルクは、ロータの有する磁極の磁束とステータの有す
る巻線に流す電流との相互作用によって発生する。この
ため、ブラシレス直流モータの駆動は、ロータの磁極か
ら発生する磁束が最大となる付近に存在する相の巻線に
電流を流すことにより最大のトルクを発生させてモータ
を回転させるようにすることが必要である。
2. Description of the Related Art Generally, drive control of a brushless DC motor must be performed by closely associating a magnetic pole position of a rotor with a position of a winding to be passed. The output torque of the motor is generated by the interaction between the magnetic flux of the magnetic pole of the rotor and the current flowing through the winding of the stator. Therefore, when driving a brushless DC motor, the maximum torque is generated by rotating the motor by passing a current through the winding of the phase existing in the vicinity of the maximum magnetic flux generated from the magnetic poles of the rotor. is necessary.

【0003】また、ブラシレス直流モータの駆動制御
は、ロータの磁極位置の回転に従って、電流を流すべき
相を時々刻々に切り替えていくことにより行われるが、
この相の切り替えである転流のタイミングが磁極最大位
置よりも大幅にずれた場合、これによって発生するトル
クが減少し、最悪の場合、モータは脱調し停止に至るこ
とになる。
Further, the drive control of the brushless DC motor is performed by momentarily switching the phase through which the current should flow according to the rotation of the magnetic pole position of the rotor.
When the timing of commutation, which is the switching of this phase, deviates significantly from the maximum magnetic pole position, the torque generated thereby decreases, and in the worst case, the motor loses step and stops.

【0004】従って、ブラシレスモータの駆動制御は、
何らかの手段によってロータの磁極位置を検出して、こ
れにより制御を行う必要がある。
Therefore, the drive control of the brushless motor is
It is necessary to detect the magnetic pole position of the rotor by some means and control it accordingly.

【0005】この種のセンサレス形ブラシレスモータの
ロータ磁極位置検出回路に関する従来技術として、例え
ば、特願平5−264814号として提案された技術が
知られている。
As a conventional technique relating to a rotor magnetic pole position detection circuit of this type of sensorless brushless motor, for example, a technique proposed in Japanese Patent Application No. 5-264814 is known.

【0006】この従来技術は、モータの無通電相のモー
タ端子電圧をフィルタを用いることなく直接サンプリン
グして検出するA/D変換器を有し、このサンプリング
値から検出電圧の時間に対する変化率を求めて、これを
外挿補間することによって誘起電圧情報を得、この誘起
電圧情報に基づいてロータの位置を推定し、その結果か
ら転流位相の進み、遅れ等を含めたモータ電流の転流タ
イミングを推定し、このタイミングに基づいて、モータ
を駆動するインバータ回路を制御して適切な時刻に転流
を行うというものである。
This prior art has an A / D converter that directly detects the motor terminal voltage of the non-energized phase of the motor without using a filter, and determines the rate of change of the detected voltage with time from this sampling value. Obtained and extrapolated to obtain electromotive force information, estimate the rotor position based on this electromotive force information, and from the result estimate the commutation of the motor current including the advance and delay of the commutation phase. The timing is estimated, and the inverter circuit that drives the motor is controlled based on this timing to perform commutation at an appropriate time.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術は、モー
タの無通電相のモータ端子電圧をフィルタを用いること
なく直接サンプリングし、サンプリング値から検出電圧
の時間に対する変化率を求めて、これを外挿補間するこ
とによって誘起電圧情報を得、この誘起電圧情報に基づ
いてロータの位置を推定している。
In the above prior art, the motor terminal voltage in the non-energized phase of the motor is directly sampled without using a filter, the rate of change of the detected voltage with respect to time is obtained from the sampled value, and this is excluded. Induction voltage information is obtained by interpolation, and the position of the rotor is estimated based on this induction voltage information.

【0008】しかし、前記従来技術は、隣り合う2点の
サンプリング値を使用して検出電圧の変化率を求めてい
るため、低回転領域において電圧の変化量が少なくな
り、変化率の算出精度が悪くなって、最悪の場合、変化
率の計算ができなくなり、正確な転流タイミングを得る
ことができなくなり、モータの速度制御を高精度に安定
して行うことが困難であるという問題点を有している。
However, in the above-mentioned prior art, since the change rate of the detected voltage is obtained by using the sampling values of two adjacent points, the change rate of the voltage is small in the low rotation region and the change rate calculation accuracy is high. In the worst case, the rate of change cannot be calculated, accurate commutation timing cannot be obtained, and it is difficult to perform motor speed control with high accuracy and stability. are doing.

【0009】また、前記従来技術は、モータの通流相の
相違により発電定数にばらつきがあった場合、あるい
は、スイッチング素子に印加される直流電圧に変動が生
じた場合、モータの回転速度が一定であっても、時間に
対する電圧の変化量が変化して正確な転流タイミングを
得ることができず、この影響の蓄積によってモータの速
度制御を不安定にするという問題点を有している。
Further, in the above-mentioned prior art, when the power generation constant varies due to the difference in the current flowing phases of the motor, or when the DC voltage applied to the switching element changes, the rotation speed of the motor becomes constant. However, there is a problem in that the amount of change in voltage with respect to time changes and accurate commutation timing cannot be obtained, and the accumulation of this effect destabilizes the speed control of the motor.

【0010】本発明の目的は、前述した従来技術の問題
点を解決し、低回転域においても端子電圧の時間に対す
る変化率を精度良く算出し、ロータの磁極位置を正しく
推定し、低回転領域において適切な時刻に転流を行うこ
とができ、高精度の制御を可能としたブラシレス直流モ
ータの駆動方法を提供することにある。
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, to accurately calculate the rate of change of the terminal voltage with time even in the low rotation range, to correctly estimate the magnetic pole position of the rotor, and to reduce the low rotation range. The object of the present invention is to provide a method for driving a brushless DC motor, which can perform commutation at an appropriate time and can perform highly accurate control.

【0011】また、本発明の目的は、モータの各通流相
に発電定数にばらつきがあった場合、あるいは、スイッ
チング素子に印加される直流電圧に変動が生じた場合に
も、これらの影響を受けることなくロータの磁極位置を
正しく推定可能とし、適切な時刻に転流を行うことがで
き、高精度の制御を可能としたブラシレス直流モータの
駆動方法を提供することにある。
Further, an object of the present invention is to prevent these influences from occurring even when the power generation constants of the current flowing phases of the motor vary, or when the DC voltage applied to the switching element fluctuates. It is an object of the present invention to provide a method of driving a brushless DC motor, which can correctly estimate the magnetic pole position of a rotor without receiving it, can perform commutation at an appropriate time, and can perform highly accurate control.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明によれば前記目的
は、モータの無通電相のモータ端子電圧をフィルタを用
いることなく直接サンプリングして検出するA/D変換
器と、このサンプリング値から検出電圧の時間に対する
変化率を求める際に、モータの回転数に応じて算出に用
いるサンプリング値の時間間隔を変化させ、求めた検出
電圧の時間に対する変化率を外挿補間することによって
誘起電圧情報を得、この誘起電圧情報に基づいてロータ
の位置を推定し、その結果から転流位相の進み、遅れ等
を含めたモータ電流の転流タイミングを推定し適切な時
刻に転流を行うようにブラシレス直流モータを駆動する
制御部とを備えることにより達成される。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, the above object is to provide an A / D converter which directly detects a motor terminal voltage of a non-energized phase of a motor without using a filter, and an A / D converter which detects the sampling value. When calculating the rate of change of the detected voltage with time, the time interval of the sampling value used for the calculation is changed according to the number of rotations of the motor, and the calculated rate of change of the detected voltage with time is extrapolated and interpolated. The position of the rotor is estimated based on this induced voltage information, and the commutation timing of the motor current including the advance and delay of the commutation phase is estimated from the result and commutation is performed at an appropriate time. And a controller for driving the brushless DC motor.

【0013】また、前記目的は、前述したサンプリング
値から検出電圧の時間に対する変化率を求める際に、通
流相の相違による発電定数のばらつきの影響を押さえる
ため、複数の検出電圧の時間に対する変化率の平均値を
求め、求めた検出電圧の時間に対する変化率を外挿補間
することによって誘起電圧情報を得、この誘起電圧情報
に基づいてロータの位置を推定し、その結果から転流位
相の進み、遅れ等を含めたモータ電流の転流タイミング
を推定し適切な時刻に転流を行うようにブラシレス直流
モータを駆動する制御部を備えることにより達成され
る。
Further, in order to suppress the influence of the variation of the power generation constant due to the difference of the conduction phases when obtaining the change rate of the detected voltage with respect to time from the above-mentioned sampling value, the above-described object is to change the plurality of detected voltages with respect to time. The average value of the ratio is calculated, and the induced voltage information is obtained by extrapolating the rate of change of the detected voltage with time.The rotor position is estimated based on this induced voltage information. This is achieved by providing a control unit that estimates the commutation timing of the motor current including advance and delay and drives the brushless DC motor so as to perform commutation at an appropriate time.

【0014】[0014]

【作用】前記A/D変換器は、モータの無通電相のモー
タ端子電圧をサンプリングして検出し、制御部は、A/
D変換器により離散的に取り込まれた電圧値の時間に対
する変化率に基づいて、検出電圧値に対して外挿補間を
行うことにより誘起電圧情報を演算し、その情報により
転流タイミングを演算して、モータを駆動するインバー
タのドライバを駆動し、最終的にモータを回転させてい
る。また、前記制御部は、取り込んだ検出電圧値、時間
を記憶しておくメモリ機能、その情報と前記電圧値の時
間に対する変化率から転流タイミングを演算する機能、
モータの回転数に応じて前記変化率を算出する際のサン
プリングポイントを変化させる機能、複数の変化率の平
均値を算出する機能等を有する。
The A / D converter samples and detects the motor terminal voltage in the non-energized phase of the motor.
The induced voltage information is calculated by extrapolating the detected voltage value based on the rate of change of the voltage value discretely taken in by the D converter with respect to time, and the commutation timing is calculated from this information. Then, the driver of the inverter that drives the motor is driven, and the motor is finally rotated. Further, the control unit has a memory function for storing the captured detected voltage value and time, a function for calculating commutation timing from the information and the rate of change of the voltage value with time,
It has a function of changing a sampling point when calculating the change rate according to the number of rotations of the motor, a function of calculating an average value of a plurality of change rates, and the like.

【0015】前述により、本発明は、インバータ回路を
用いた直流ブラシレスモータの良質な駆動制御を行うこ
とができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to perform good drive control of a DC brushless motor using an inverter circuit.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明によるブラシレス直流モータの
駆動方法の一実施例を図面により詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a method for driving a brushless DC motor according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0017】図1は本発明による駆動方法が適用される
ブラシレス直流モータのシステム構成を示すブロック
図、図2はモータに対して理想的な転流タイミングで通
流が制御され、モータが一定速度で回転している状態に
おけるモータの誘起電圧、検出端子電圧、処理電圧の波
形を模式化して示す図、図3は検出端子電圧波形の拡大
図、図4は低速回転時における検出端子電圧波形の拡大
図、図5は転流タイミングの位相の進み、遅れを説明す
る処理電圧波形を示す図、図6は通流相によって発電定
数が相違している場合の最適な転流間隔と推定した転流
間隔との差を示す図である。図1において、1は直流電
源、2はインバータ回路、3はセレクタ、4はA/D変
換器、5は制御部、6はドライバ回路部、7はステー
タ、8はロータ、9は負荷である。
FIG. 1 is a block diagram showing the system configuration of a brushless DC motor to which the driving method according to the present invention is applied, and FIG. 2 is a diagram showing the flow control of the motor at an ideal commutation timing so that the motor has a constant speed. Showing schematically the waveforms of the induced voltage, the detection terminal voltage and the processing voltage of the motor in the state where the motor rotates, FIG. 3 shows an enlarged view of the detection terminal voltage waveform, and FIG. 4 shows the detection terminal voltage waveform at low speed rotation. FIG. 5 is an enlarged view, FIG. 5 is a diagram showing processing voltage waveforms for explaining the advance and delay of the phase of the commutation timing, and FIG. 6 is a commutation estimated to be the optimum commutation interval when the power generation constant differs depending on the conduction phase. It is a figure which shows the difference with a flow space. In FIG. 1, 1 is a DC power supply, 2 is an inverter circuit, 3 is a selector, 4 is an A / D converter, 5 is a control unit, 6 is a driver circuit unit, 7 is a stator, 8 is a rotor, and 9 is a load. .

【0018】本発明が適用されるブラシレス直流モータ
システムは、図1に示すように、直流電源1、インバー
タ回路2、3相の巻線の内の無通電相の1相を選択する
セレクタ3、選択した端子の端子電圧のアナログ値を電
子計算機で演算できるようにディジタル値へ変換するA
/D変換器4、検出された電圧からその変化率及び転流
時刻を決定し、インバータ回路2を制御するドライバに
信号を出力する制御部5、インバータ回路2のドライバ
回路部6、U、V、W相の巻線が一端で結線された3相
の直流ブラシレスモータのステータ7、永久磁石を用い
た磁極を有するロータ8、モータ結合される負荷9によ
り構成されている。
As shown in FIG. 1, a brushless DC motor system to which the present invention is applied includes a DC power source 1, an inverter circuit 2, and a selector 3 for selecting one non-energized phase among three-phase windings. Converts the analog value of the terminal voltage of the selected terminal into a digital value so that it can be calculated by an electronic computer A
/ D converter 4, a control unit 5 that determines the rate of change and commutation time from the detected voltage and outputs a signal to a driver that controls the inverter circuit 2, a driver circuit unit 6, U, V of the inverter circuit 2. , A W-phase winding is connected at one end to a stator 7 of a three-phase DC brushless motor, a rotor 8 having magnetic poles using permanent magnets, and a load 9 connected to the motor.

【0019】以後の説明における本発明の一実施例によ
るモータの駆動方法は、高出力トルクを得ることのでき
る120度通電形駆動とし、また、モータの制御方法
は、直流電圧の通流率を制御するいわゆるPWM制御で
あり、チョッピングを行うスイッチング素子は、直流電
源1の正電圧側に接続されているものとする。
A motor driving method according to an embodiment of the present invention in the following description is a 120-degree energization type driving capable of obtaining a high output torque, and a motor controlling method is a DC voltage conduction ratio. This is a so-called PWM control for controlling, and the switching element for chopping is connected to the positive voltage side of the DC power supply 1.

【0020】なお、チョッピングを行うスイッチング素
子が、直流電源1の負電圧側に接続されていてもよく、
また、インバータ回路2は、図には省略されているが、
各相の巻線に対応するように、3組のスイッチング素子
を備えて構成されている。
The switching element for chopping may be connected to the negative voltage side of the DC power supply 1,
Further, although the inverter circuit 2 is omitted in the figure,
Three sets of switching elements are provided so as to correspond to the windings of each phase.

【0021】一般に、インバータ回路2により全波駆動
される直流モータにおいて、巻線からの有効な誘起電圧
情報は、3相の巻線の内の常時1相の通電されていない
巻線からの誘起電圧のみであり、インバータ回路による
チョッピングが行われていない期間の誘起電圧情報が有
効である。このため、セレクタ3は、通流モードに合わ
せて検出される相の端子を切り替えるスイッチング機
能、A/D変換器4は、PWM制御信号に同期してアナ
ログ値である電圧値をディジタル値に変換するいわゆる
A/D変換機能を有するものである。
In general, in a DC motor which is full-wave driven by the inverter circuit 2, the effective induced voltage information from the winding is obtained from the winding of one phase which is not always energized among the windings of three phases. Only the voltage, and the induced voltage information during the period in which the chopping by the inverter circuit is not performed is effective. Therefore, the selector 3 has a switching function of switching the terminals of the detected phases in accordance with the current flow mode, and the A / D converter 4 converts the analog voltage value into a digital value in synchronization with the PWM control signal. It has a so-called A / D conversion function.

【0022】制御部5は、前述の誘起電圧の検出値を入
力として、それに基づいて電圧の時間に対する変化率す
なわち電圧の傾きを算出する機能、この傾きから目的の
電圧の値になるまでの時間を算出する機能、インバータ
回路2のスイッチング素子を制御するドライバ回路部6
を制御する信号を出力する機能、及び、前述の検出値及
び傾きを記憶しておく機能を有するマイクロコンピュー
タにより構成される。
The control unit 5 receives the detected value of the induced voltage described above as an input, and calculates the rate of change of the voltage with time, that is, the slope of the voltage based on the detected value, and the time from the slope to the target voltage value. And a driver circuit section 6 for controlling the switching element of the inverter circuit 2
It is constituted by a microcomputer having a function of outputting a signal for controlling the above, and a function of storing the above-mentioned detected value and inclination.

【0023】また、ドライバ回路部6は、制御部5から
の信号に応じてインバータ回路2を構成するスイッチン
グ素子を駆動する機能を有する。
Further, the driver circuit section 6 has a function of driving a switching element forming the inverter circuit 2 in response to a signal from the control section 5.

【0024】なお、前述した本発明の一実施例は、制御
部5とインバータ回路2のスイッチング素子のドライバ
回路部6とを別の回路により構成しているが、これらの
機能を1つに纏めたマイクロコンピュータを制御部とし
て用いてもよい。
In the above-described embodiment of the present invention, the control section 5 and the driver circuit section 6 of the switching element of the inverter circuit 2 are constituted by different circuits. However, these functions are combined into one. Alternatively, a microcomputer may be used as the control unit.

【0025】モータを構成するステータ7は、電流を流
すことによって磁極化される巻線U、V、Wの3相の巻
線をもって構成され、それらの巻線の一端がお互いに結
線されている。また、ロータ8は、磁極化された永久磁
石であり、前述したステータの順当な磁極位置の変化に
応じて回転する。
The stator 7 constituting the motor is composed of three-phase windings U, V, W which are magnetically poled by passing an electric current, and one ends of these windings are connected to each other. . The rotor 8 is a permanent magnet having a magnetic pole, and rotates in accordance with the change in the proper magnetic pole position of the stator described above.

【0026】次に、前述のように構成されるブラシレス
直流モータにおいて、ステータ7の各巻線が理想的な転
流タイミングで通流制御され、モータが一定速度で回転
しているものとして、その動作状態を図2を参照して説
明する。
Next, in the brushless DC motor configured as described above, the respective windings of the stator 7 are controlled to flow at an ideal commutation timing, and the motor is assumed to be rotating at a constant speed. The state will be described with reference to FIG.

【0027】図2(a)はこの状態の場合に、物理現象
として生じる各相の誘起電圧波形、図2(b)は全波駆
動において検出される各相の巻線の端子電圧波形、図2
(c)は本発明において、端子電圧波形をPWM信号に
同期して検出し、検出不能な点について、検出値の時間
に対する変化量から外挿補間して得ることのできる信号
波形である。
FIG. 2 (a) shows the induced voltage waveform of each phase which occurs as a physical phenomenon in this state, and FIG. 2 (b) shows the terminal voltage waveform of the winding of each phase detected in full-wave drive. Two
In the present invention, (c) is a signal waveform that can be obtained by detecting the terminal voltage waveform in synchronization with the PWM signal and extrapolating and interpolating the undetectable point from the change amount of the detected value with respect to time.

【0028】図2に示すように、モータが理想的な転流
タイミングで転流し、一定速度で回転している場合、物
理的現象として、図2(a)に示すような電圧が各相に
誘起される。この誘起電圧は、ロータの磁極によって誘
起されるものであり、そのPeak To Peak値はモータの回
転数に比例し、過渡値はロータの磁極位置との相関で決
まる。通常、モータの転流タイミングは、この誘起電圧
情報に基づいて決定することができる。
As shown in FIG. 2, when the motor commutates at an ideal commutation timing and rotates at a constant speed, a voltage as shown in FIG. Induced. This induced voltage is induced by the magnetic poles of the rotor, its Peak To Peak value is proportional to the rotation speed of the motor, and the transient value is determined by the correlation with the magnetic pole position of the rotor. Usually, the commutation timing of the motor can be determined based on this induced voltage information.

【0029】すなわち、モータの理想的な(最大限に出
力を引き出すことができる)転流タイミングは、それぞ
れ隣り合う相の誘起電圧が交差する図示の点tp1及びtp
2であり、本発明の一実施例は、このときの電圧を、上
に凸な変曲点である電圧の最大値e(tp1)、下に凸な変曲
点である電圧の最小値e(tp2)として求めるものである。
なお、モータが一定速度で回転している場合、そのとき
の前述の電圧の最大値と最小値とは、どの隣り合う相に
おいてもほぼ等しくなる。
That is, the ideal commutation timing (maximum output can be obtained) of the motor is represented by the points tp1 and tp shown in the drawing where the induced voltages of the adjacent phases intersect.
In the embodiment of the present invention, the voltage at this time is the maximum value e (tp1) of the voltage which is the upward convex inflection point, and the minimum value e of the voltage which is the downward convex inflection point. It is obtained as (tp2).
When the motor is rotating at a constant speed, the maximum value and the minimum value of the voltage at that time are substantially equal in any adjacent phases.

【0030】一方、現実の系として検出できるのは、モ
ータのステータ巻線の端子電圧であり、図2(b)に示
すような波形となる。この検出波形は、直流電源のマイ
ナス側と各相巻線の端子との間の電圧を示しており、モ
ータを回転させるために印加する駆動電圧と誘起電圧と
が混在したものである。そして、モータの120度通電
形駆動において、有効な誘起電圧情報は、図2(b)に
示す期間Ts であり、常時3相の内1相のみである。
On the other hand, what can be detected as an actual system is the terminal voltage of the stator winding of the motor, which has a waveform as shown in FIG. 2 (b). This detected waveform shows the voltage between the negative side of the DC power supply and the terminal of each phase winding, and is a mixture of the drive voltage and the induced voltage applied to rotate the motor. Then, in the 120-degree energization type drive of the motor, the effective induced voltage information is the period Ts shown in FIG. 2B, and only one of the three phases is always present.

【0031】さらに、有効な誘起電圧情報の期間Ts に
おいても、転流時にフリーホイリングダイオードに電流
が流れる区間では、その電位が直流電圧の正または負の
値に固定され、また、インバータ回路がPWM制御を行
っているときには、チョッピングが行われているため、
図2(b)に示すような連続するものとはならない。こ
のため、何らかの方法で誘起電圧を検出し、転流タイミ
ングを、その情報を基に演算処理を行って決定する必要
がある。
Further, even during the period Ts of the effective induced voltage information, the potential is fixed to the positive or negative value of the DC voltage in the section where the current flows through the freewheeling diode during commutation, and the inverter circuit Since chopping is performed during PWM control,
It does not become continuous as shown in FIG. Therefore, it is necessary to detect the induced voltage by some method and determine the commutation timing by performing arithmetic processing based on the information.

【0032】そこで、本発明の一実施例は、有効な誘起
電圧情報が、前述したように120度通電形駆動におい
て、図2(b)に示す期間Ts でかつ常時3相の内1相
のみからしか得ることができないことから、セレクタ3
により、通流モードに応じてモータの3相巻線の内の通
電していない1相を切り替え選択し、図3に示す検出波
形の拡大図の中に示されているように、インバータ回路
2における還流ダイオードに電流が流れておらず、か
つ、チョッピングオフのときの端子電圧 e(t1)及び e(t
2)、e(t(n-1))、e(tn)等をサンプリングすることによ
り、離散的であるが、端子電圧から直接誘起電圧情報を
ピックアップするようにしている。
Therefore, in one embodiment of the present invention, the effective induced voltage information is such that, in the 120-degree conduction type drive as described above, only one of the three phases is always in the period Ts shown in FIG. Selector 3 because it can only be obtained from
In this way, one of the three phase windings of the motor, which is not energized, is switched and selected according to the conduction mode, and as shown in the enlarged view of the detected waveform shown in FIG. Current is not flowing through the freewheeling diode at, and the terminal voltages e (t1) and e (t
2), e (t (n-1)), e (tn), etc. are sampled so that the induced voltage information is directly picked up from the terminal voltage although it is discrete.

【0033】さらに、本発明の一実施例は、制御部5
で、離散的に得られた誘起電圧情報から電圧の時間に対
する変化率Δv/Δtを算出し、離散値間(図示の破線
部分)の誘起電圧を外挿補間して求め、これを3相分連
続的につなげて、図2(c)に示すような三角波信号波
形を有する処理波形を得ている。
Further, in one embodiment of the present invention, the control unit 5
Then, the rate of change Δv / Δt of the voltage with respect to time is calculated from the discretely obtained induced voltage information, and the induced voltage between discrete values (the broken line portion in the figure) is obtained by extrapolation, and this is calculated for three phases. By continuously connecting, a processed waveform having a triangular wave signal waveform as shown in FIG. 2C is obtained.

【0034】図2により説明したように、理想的な転流
タイミングで各相の巻線に対する通流が制御され、モー
タが一定速度で回転している状態では、図2(c)に示
すように、それぞれ隣り合う相の誘起電圧が交差する点
(上に凸な変曲点である電圧の最大値、下に凸な変曲点
である最小値)の電圧が、それぞれどの隣り合う相にお
いてもほぼ一定になり、このときのこの信号の各変曲点
の電圧値から処理波形のemax及びeminを求めることがで
きる。このことから、最適な転流タイミングを求めるに
は、それぞれの相における誘起電圧を検出し、そのとき
の時間に対する変化率から得られる誘起電圧がemax及び
eminとなる時刻を求めればよいことになる。
As described with reference to FIG. 2, in a state where the flow of current to the windings of each phase is controlled at the ideal commutation timing and the motor is rotating at a constant speed, as shown in FIG. 2 (c). In each adjacent phase, the voltage at the point where the induced voltages of the adjacent phases intersect (the maximum value of the voltage that is the upward convex inflection point, the minimum value that is the downward convex inflection point) is Also becomes almost constant, and emax and emin of the processed waveform can be obtained from the voltage value at each inflection point of this signal at this time. From this, to find the optimum commutation timing, the induced voltage in each phase is detected, and the induced voltage obtained from the rate of change with respect to time at that time is emax and
All we have to do is find the time that becomes emin.

【0035】また、emax、eminの更新前に生じた転流タ
イミングの位相に遅れ、進みが生じている場合、図5
(b)、図5(c)に示すように、現在の誘起電圧の変
化率による前回転流点における電圧値e(t'51)及びe(t'5
2)と前回転流時における電圧値e(t51)及びe(t52)との差
を取り、現在あるいは前回の誘起電圧の変化率情報に基
づいて前回の転流時t51及びt52における電圧値e(tpb)の
最適値を推定し比較することにより、前回の転流時間の
遅れ、進み時間Δtbdを推定し、転流時刻誤差を蓄積す
ることなく次回の転流点において補正を行う。
Further, when the phase of the commutation timing generated before the update of emax and emin is delayed or advanced, FIG.
As shown in (b) and FIG. 5 (c), the voltage values e (t'51) and e (t'5) at the previous rotational flow point depending on the current rate of change of the induced voltage.
2) and the voltage values e (t51) and e (t52) at the time of the previous rotation, and the voltage value e at the time t51 and t52 at the time of the previous commutation is calculated based on the current or previous change rate information of the induced voltage. By estimating and comparing the optimum value of (tpb), the previous commutation time delay and advance time Δtbd are estimated, and correction is performed at the next commutation point without accumulating commutation time errors.

【0036】本発明の一実施例は、前述の補正を繰り返
すことにより、転流タイミングを最終的に最適な転流時
刻に近付けていくことができる。また、誘起電圧情報
は、ロータの回転数及び磁極位置に依存するため、本発
明の一実施例は、前述の補正により、モータに回転脈動
が生じた場合においても、この回転脈動によって誘起電
圧も変化するので常に適正な転流タイミングを推定する
ことができる。
In one embodiment of the present invention, the commutation timing can be finally brought close to the optimum commutation time by repeating the above-mentioned correction. In addition, since the induced voltage information depends on the rotational speed and the magnetic pole position of the rotor, the one embodiment of the present invention makes the induced voltage due to the rotational pulsation even when the rotational pulsation occurs in the motor by the above correction. Since it changes, the proper commutation timing can always be estimated.

【0037】以下、前述した転流時刻を求める処理につ
いてさらに詳細に説明する。
The above-mentioned processing for obtaining the commutation time will be described in more detail below.

【0038】いま、モータに対する負荷9が、周期的な
負荷変動を持たない一定負荷とし、モータを定速制御し
て回転させるものとする。この場合、誘起電圧として、
図3に示すような電圧波形が検出される。この電圧波形
から誘起電圧情報を得るためのサンプリングは、インバ
ータ回路2のPWM出力のON期間に同期し、かつ、転
流時のフリーホイリングダイオードに電流が流れていな
い期間のみのデータを有効として行われる。
Now, it is assumed that the load 9 on the motor is a constant load having no periodic load fluctuation, and the motor is rotated at a constant speed. In this case, as the induced voltage,
A voltage waveform as shown in FIG. 3 is detected. Sampling for obtaining the induced voltage information from this voltage waveform validates the data only during the period when the PWM output of the inverter circuit 2 is ON and the current does not flow through the freewheeling diode during commutation. Done.

【0039】そして、前述した無効期間のデータは、検
出した電圧値及び時間からその変化率Δv/Δtを用い
外挿補間によって算出される。このように、無効期間の
電圧値を外挿補間によって得ることにより、この結果に
よる時間あるいは電圧から各通流期間毎に連続的にロー
タ位置を推定することが可能となる。
The data of the invalid period is calculated from the detected voltage value and time by extrapolation using the change rate Δv / Δt. In this way, by obtaining the voltage value in the ineffective period by extrapolation interpolation, it is possible to continuously estimate the rotor position for each conduction period from the time or voltage obtained as a result.

【0040】また、転流時刻の推定は、現時刻を基準に
して求めた誘起電圧の変化率Δv/Δtから前回1回転
時に求めておいた上に凸な変曲点である最大値あるい
は、下に凸な変曲点である最小値の電圧になるまでの時
間を基準時間tbm として算出し、さらに、emax、eminが
更新されるまで、前回転流点の情報を基に転流位相の進
み、遅れ時間tbd を推定し、前述の基準時間tbm を前回
の転流時刻の進み、遅れを時間tbd で補正するという方
法により行われる。
Further, the commutation time is estimated from the rate of change in induced voltage Δv / Δt obtained with reference to the current time, which is the maximum value which is the upwardly convex inflection point obtained at the time of one rotation last time, or The time required to reach the minimum voltage, which is a downward convex inflection point, is calculated as the reference time tbm, and further, until emax and emin are updated, the commutation phase This is performed by estimating the advance / delay time tbd, and correcting the reference time tbm described above with respect to the advance / delay of the previous commutation time with the time tbd.

【0041】実際には、検出できる領域の電圧値が時間
に対する一次関数の近似式で表されるものとして取り扱
い、時間に対する変化率K=Δv/Δtは、図3に示す
ようにサンプリングした電圧値e(t1)、e(t2)、e(t(n-
1))、e(tn)等から式(1)により求める。
In practice, the voltage value in the detectable area is treated as being represented by an approximate expression of a linear function with respect to time, and the rate of change K = Δv / Δt with respect to time is the voltage value sampled as shown in FIG. e (t1), e (t2), e (t (n-
1)), e (tn), etc. are obtained by the equation (1).

【0042】 K=Δv/Δt={e(tn)-e(t(n-1))}/{tn-t(n-1)} …(1) この変化率Kは、サンプリング周期が一定であるとき、
誘起電圧の大きさに依存し、前述したように誘起電圧V
は、回転数Nに比例するので、誘起電圧Vと回転数Nと
の関係は、式(2)のように表わされる。
K = Δv / Δt = {e (tn) -e (t (n-1))} / {tn-t (n-1)} (1) This rate of change K has a constant sampling period. When
As described above, the induced voltage V depends on the magnitude of the induced voltage.
Is proportional to the number of revolutions N, the relationship between the induced voltage V and the number of revolutions N is expressed by equation (2).

【0043】 V∝A・N …(2) ここで、式(2)中のAはモータ固有の定数である。V∝A · N (2) Here, A in the equation (2) is a constant peculiar to the motor.

【0044】この式(2)より、モータの回転数が低い
場合に、図4に示すように△Vが小さくなることが判
る。このとき、誘起電圧波形を正弦波で近似すると、そ
の直線性の良い点におけるPWM周期Tpwm 間隔での電
圧の変化量△Vは、おおよそ式(3)に示すように表わ
すことができる。なお、式(3)におけるωは、回転数
Nに比例する値である。
From this equation (2), it can be seen that ΔV becomes small as shown in FIG. 4 when the rotation speed of the motor is low. At this time, when the induced voltage waveform is approximated by a sine wave, the amount of voltage change ΔV at the PWM cycle Tpwm interval at the point of good linearity can be approximately expressed as shown in equation (3). Note that ω in the equation (3) is a value proportional to the rotation speed N.

【0045】 △V=V・√(2)・sin(ω・Tpwm) …(3) すなわち、低回転域においては、高回転域と同じ時間間
隔で、電圧の時間に対する変化率を算出すると、誘起電
圧Vの絶対値が小さくなるため、電圧の変化量も小さく
なり、その変化率の計算精度が低くなる。本発明におい
ては、これを防止するために、回転数に応じて変化率K
の算出に用いるデータの間隔を変え、△tを大きくする
ようにしており、これにより、低回転域においても精度
良く変化率Kを算出することができる。
ΔV = V√ (2) sin (ωTpwm) (3) That is, in the low rotation speed region, the change rate of the voltage with respect to time is calculated at the same time intervals as in the high rotation speed region. Since the absolute value of the induced voltage V becomes small, the amount of change in voltage also becomes small, and the calculation accuracy of the change rate becomes low. In the present invention, in order to prevent this, the rate of change K depending on the rotational speed
By changing the interval of the data used for the calculation of Δt to increase Δt, the change rate K can be calculated accurately even in the low rotation range.

【0046】以下、この場合の変化率Kの算出について
説明する。いま、モータの回転数をN、モータ極数を
P、PWM周期をTpwm とすると、1通流期間内に誘起
電圧をサンプリングできる数Sは、式(4)に示すよう
に表わされる。
The calculation of the change rate K in this case will be described below. Now, assuming that the number of rotations of the motor is N, the number of motor poles is P, and the PWM cycle is Tpwm, the number S at which the induced voltage can be sampled within one conduction period is expressed by the equation (4).

【0047】 S=60・Tpwm/3・P・N …(4) この式(4)より、変化率を算出するデータの間隔数
を、モータの回転数に応じて1通流期間内にサンプリン
グできるデータの数S内に決定する。そのときの間隔数
mは、式(5)で表わすことができる。
S = 60 · Tpwm / 3 · P · N (4) From this equation (4), the number of data intervals for calculating the change rate is sampled within one flow period according to the rotation speed of the motor. Determine within the number S of possible data. The number of intervals m at that time can be expressed by Expression (5).

【0048】 m=S/2 …(5) 式(5)におけるmは整数であり、小数点以下が生じた
場合、それを切り捨てることとする。モータの回転数に
応じて変化率Kを算出するポイントを変化するように前
述の式(1)を書き換えると、式(6)に示すように表
わすことができ、これにより高精度に変化率Kを算出す
ることができる。
M = S / 2 (5) m in Expression (5) is an integer, and when a decimal point occurs, it is truncated. If the above equation (1) is rewritten so as to change the point for calculating the rate of change K according to the number of rotations of the motor, it can be expressed as shown in equation (6). Can be calculated.

【0049】 K=Δv/Δt={e(tn)-e(t(n-m))}/{tn-t(n-m)} …(6) 前述した本発明の一実施例は、サンプリング間隔数m
を、式(5)により求めるとしたが、サンプリング間隔
数mは、ほぼモータの回転数に反比例するように設定す
ればよく、同様に低回転域において精度良く変化率Kを
算出することができる。
K = Δv / Δt = {e (tn) -e (t (nm))} / {tn-t (nm)} (6) In the above-described embodiment of the present invention, the number of sampling intervals is m.
Was calculated by the equation (5), the sampling interval number m may be set so as to be substantially in inverse proportion to the rotation speed of the motor, and similarly, the change rate K can be calculated accurately in the low rotation range. .

【0050】次に、現時刻tnを基準にして前回1回転時
に求めておいた上に凸な変曲点である最大値の電圧にな
るまでの時間である次回転流基準時間 tbmを、変化率K
及び現時刻での電圧値 e(tn)に基づいて、式(7)によ
り求める。このとき、e(tn)は、emaxからeminの時間幅
の中の最も直線近似が有効な1/5〜4/5の位置の電
圧値とすることが望ましい。
Next, the next rotational flow reference time tbm, which is the time required to reach the maximum voltage which is an upwardly convex inflection point obtained at the time of one revolution the previous time based on the current time tn, is changed. Rate K
And the voltage value e (tn) at the current time, it is obtained by the equation (7). At this time, it is desirable that e (tn) be a voltage value at a position of 1/5 to 4/5 where the most linear approximation is effective in the time width from emax to emin.

【0051】式(7)は、最大値の場合を記したが、最
小値の場合も同様である。そして、図5(a)に示すよ
うに転流タイミングの位相に進み、遅れがなければ隣り
合う相の電圧値が転流時刻において一致し、前述した変
化率Kに基づいて連続的にロータ位置を推定し、転流タ
イミングを決定することができる。
In the equation (7), the maximum value is described, but the same applies to the minimum value. Then, as shown in FIG. 5 (a), the phase of the commutation timing advances, and if there is no delay, the voltage values of adjacent phases match at the commutation time, and the rotor position is continuously determined based on the above-mentioned change rate K. And the commutation timing can be determined.

【0052】 tbm={emax-e(tn)}/K …(7) また、図5(b)、図5(c)に示すように、前回の転
流時に生じた転流位相に遅れ、進みがある場合、その補
正時間tbd は、現在の変化率K及び前回転流時刻を求め
た変化率Kbからそれぞれ前回転流点における電圧値を推
定し、その電圧値が一致する時間とする。すなわち、ま
ず、フリーホイリングダイオードに電流が流れている期
間である前回の転流時刻における電圧e(t'51)を、式
(8)により推定する。
Tbm = {emax-e (tn)} / K (7) Further, as shown in FIGS. 5B and 5C, the commutation phase generated at the previous commutation is delayed, If there is a lead, the correction time tbd is the time at which the voltage value at the previous rotational flow point is estimated from the current change rate K and the change rate Kb obtained from the previous rotational flow time, and the voltage values match. That is, first, the voltage e (t'51) at the previous commutation time during which the current is flowing through the freewheeling diode is estimated by the equation (8).

【0053】 e(t'51)=e(tn)−(tn-t51)・K …(8) さらに、予め前回の転流時刻算出に用いた変化率Kbより
求めておいた、前回転流時刻における推定電圧e(t51)と
の差を取り、その1/2の点を最適に転流が行われた際
の電圧e(tpb)と想定し、その電圧値と現在の変化率Kと
から求めた電圧e(t'51)から前回の位相遅れ時間t'bd(n)
を、式(9)により算出する。
E (t'51) = e (tn) − (tn-t51) · K (8) Furthermore, the pre-rotational flow previously obtained from the change rate Kb used in the previous commutation time calculation. The difference from the estimated voltage e (t51) at the time is taken, and the half point is assumed to be the voltage e (tpb) when the commutation is performed optimally, and the voltage value and the current rate of change K are From the voltage e (t'51) obtained from the previous phase delay time t'bd (n)
Is calculated by the equation (9).

【0054】 t'bd(n)={e(t'51)-e(tpb)}/K …(9) そして、最終的な補正時間tbd(n)は、式(10)に示すよ
うに、前回の位相補正時間tbd(n-1)を加え、この結果を
前回転流点における位相遅れ時間とすることにより求め
ることができる。このときの補正時間tbd(n)は、t'bd
(n)及びtbd(n-1)を重み付けし、徐々に補正していく方
法も有効である。このとき想定した電圧値e(tpb)は、理
想的な転流タイミングにおける電圧値として、emax及び
eminの電圧値の更新時に反映させる。
T'bd (n) = {e (t'51) -e (tpb)} / K (9) Then, the final correction time tbd (n) is as shown in equation (10). Can be obtained by adding the previous phase correction time tbd (n-1) and setting the result as the phase delay time at the previous rotational flow point. The correction time tbd (n) at this time is t'bd
A method of weighting (n) and tbd (n-1) and gradually correcting is also effective. The voltage value e (tpb) assumed at this time is the voltage value at the ideal commutation timing, emax and
It is reflected when the voltage value of emin is updated.

【0055】 tbd(n)=t'bd(n)+tbd(n-1) …(10) そして、最終的に、次回転流時刻までの時間tbは、次回
転流基準時刻tbmを位相遅れ時間tbdで式(11)により補
正した時間である。
Tbd (n) = t'bd (n) + tbd (n-1) (10) Finally, the time tb until the next rotational flow time is the phase delay time of the next rotational flow reference time tbm. It is the time corrected by equation (11) with tbd.

【0056】 tb=tbm+tbd(n) …(11) 前述の説明は、図5(b)に示す転流位相遅れの場合で
あるが、図5(c)に示すような位相進みの場合、変化
率が負の場合も同様である。また、この位相補正時間tb
d(n)は、emax及びeminの値を更新する際にクリアする。
Tb = tbm + tbd (n) (11) The above description is for the commutation phase delay shown in FIG. 5B, but changes for the phase lead as shown in FIG. 5C. The same applies when the rate is negative. Also, this phase correction time tb
d (n) is cleared when updating the values of emax and emin.

【0057】前述では、検出されたモータの誘起電圧の
変化率から転流時刻を求め、その時刻において時間管理
を行って転流を行っていくとして説明したが、モータの
誘起電圧の変化率は、電圧及び時間の情報を持っている
ので、検出された電圧あるいは外挿した電圧を転流タイ
ミングであると推定される電圧値と比較し、その電圧と
一致した場合あるいはその電圧を越えた場合に転流を行
うような電圧で管理してモータの駆動を制御するように
する方法も有効である。
In the above description, the commutation time is obtained from the detected change rate of the induced voltage of the motor, and the commutation is performed by managing the time at that time. However, the change rate of the induced voltage of the motor is Since it has voltage and time information, it compares the detected voltage or extrapolated voltage with the voltage value estimated to be the commutation timing, and when it matches or exceeds that voltage. It is also effective to control the drive of the motor by controlling with a voltage that causes commutation.

【0058】すなわち、電圧の時間に対する変化率Δv
/Δtを用いると電圧、時間双方の情報を持っているこ
とから、電圧、時間のどちらでもロータ位置及び転流タ
イミングの管理ができる。さらに、回転数に応じて変化
率Δv/Δtを算出するポイントを変化させることによ
り、低回転域から高回転域まで精度良く電圧の時間に対
する変化量を計算し、モータ回転数の広範囲において精
度よくモータの制御を行うことができる。
That is, the rate of change Δv of the voltage with respect to time
By using / Δt, since information on both voltage and time is stored, the rotor position and commutation timing can be managed by both voltage and time. Further, by changing the point for calculating the rate of change Δv / Δt according to the rotation speed, the change amount of the voltage with respect to time can be accurately calculated from the low rotation speed region to the high rotation speed region, and the change speed can be calculated accurately in a wide range of the motor rotation speed. The motor can be controlled.

【0059】前述では、モータの低回転域おける制御を
精度よく行う方法について説明したが、次に、通流相の
相違によって発電定数が相違する場合に、発電定数のば
らつきによる影響を少なくして、安定したモータの速度
制御を行う方法について説明する。
In the above, the method of performing the control in the low rotation region of the motor with high accuracy has been described. Next, when the power generation constant differs due to the difference of the flow phases, the influence of the variation of the power generation constant is reduced. A method of performing stable motor speed control will be described.

【0060】前述したように、モータを制御する転流タ
イミングを推定するための相電圧の時間に対する変化率
Kは、式(1)に示すように求めることができるが、こ
のとき、通流相の相違により発電定数が異なる場合、あ
るいは、スイッチング素子に印加される直流電圧に変動
があった場合、各相の誘起電圧は、図6(a)に示すよ
うに相毎にばらつくことになり、図6(b)に示すよう
に、真の転流間隔Ttに対して、Tf に示すように推定
されてしまい、差が生じることになる。この結果、モー
タの出力トルクが変動し、これに伴って速度変動が生じ
て、emax、eminが変動し制御が不安定になってしまう。
As described above, the rate of change K of the phase voltage with respect to time for estimating the commutation timing for controlling the motor can be obtained as shown in the equation (1). When the power generation constant is different due to the difference between the two, or when the DC voltage applied to the switching element fluctuates, the induced voltage of each phase will vary from phase to phase as shown in FIG. 6 (a). As shown in FIG. 6B, the true commutation interval Tt is estimated as shown by Tf, which causes a difference. As a result, the output torque of the motor fluctuates, the speed fluctuates accordingly, and emax and emin fluctuate, and the control becomes unstable.

【0061】本発明の一実施例は、このような制御の不
安定を防止するため、転流タイミングの算出に必要な変
化率として、モータの1回転中の変化率の平均値Kavを
用いることとする。この変化率の平均値Kavは、式(1
2)により求められる。
In order to prevent such control instability, one embodiment of the present invention uses the average value Kav of the change rate during one rotation of the motor as the change rate necessary for calculating the commutation timing. And The average value Kav of this rate of change is expressed by the formula (1
Required by 2).

【0062】 Kav=(ΣK)/u …(12) 式(12)におけるuは、3相モータの極数Pにより、式
(13)で表わされる値である。
Kav = (ΣK) / u (12) u in the equation (12) is a value represented by the equation (13) by the pole number P of the three-phase motor.

【0063】 u=3・P …(13) 本発明の一実施例は、モータの1回転中の変化率の平均
値Kavの算出を、emax、eminの更新と同時に行うため、
モータの1回転毎に変化率の平均値Kavの算出を行って
いるが、この算出は、1回転中の平均値でなくても、通
流期間でのばらつきの影響を受けることのない方法で求
めればよい。
U = 3 · P (13) Since one embodiment of the present invention calculates the average value Kav of the change rate during one rotation of the motor at the same time as updating emax and emin,
The average value Kav of the rate of change is calculated for each revolution of the motor, but this calculation is not affected by the variation in the flow period even if it is not the average value during one revolution. Just ask.

【0064】次に、現時刻tnを基準にして前1回転時に
求めておいた凸な変曲点である最大値の電圧になるまで
の時間である次回の転流基準時間tbm を、求められた変
化率の平均値Kav及び現時刻での電圧値e(tn)に基づい
て、式(14)により求める。このとき、電圧値e(tn)
は、emaxからeminの時間幅の中の最も直線近似が有効な
1/5〜4/5の位置の電圧とすることが望ましい。
Next, the next commutation reference time tbm, which is the time until the maximum voltage, which is the convex inflection point obtained at the time of the previous one rotation, is obtained based on the current time tn is obtained. Based on the average value Kav of the changed rates and the voltage value e (tn) at the current time, it is obtained by the equation (14). At this time, the voltage value e (tn)
Is preferably a voltage at a position of 1/5 to 4/5 where the most linear approximation is effective in the time width from emax to emin.

【0065】なお、式(14)は、変曲点が最大値となる
場合を示しているが、最小値の場合も同様である。そし
て、図5(a)に示すように転流タイミングの位相に進
み、遅れがなければ隣り合う相の電圧値が転流時刻にお
いて一致し、前述した変化率Kabに基づいて連続的にロ
ータ位置を推定し、転流タイミングを決定することがで
きる。
The equation (14) shows the case where the inflection point has the maximum value, but the same applies when the inflection point has the minimum value. Then, as shown in FIG. 5A, the phase of the commutation timing advances, and if there is no delay, the voltage values of adjacent phases match at the commutation time, and the rotor position is continuously determined based on the change rate Kab described above. And the commutation timing can be determined.

【0066】 tbm={emax-e(tn)}/K …(14) また、図5(b)、図5(c)に示すように、前回の転
流時に生じた転流位相に遅れ、進みがある場合、その補
正時間tbd は、現在の変化率Kav及び前回転流時刻を求
めた変化率Kb からそれぞれ前回転流点における電圧値
を推定し、その電圧値が一致する時間とする。すなわ
ち、まず、フリーホイリングダイオードに電流が流れて
いる期間である前回の転流時刻における電圧 e(t'51)
を、式(15)により推定する。
Tbm = {emax-e (tn)} / K (14) Further, as shown in FIGS. 5B and 5C, the commutation phase generated during the previous commutation is delayed, If there is a lead, the correction time tbd is the time at which the voltage value at the previous rotational flow point is estimated from the current change rate Kav and the change rate Kb obtained from the previous rotational flow time, and the voltage values match. That is, first, the voltage e (t'51) at the previous commutation time during which the current is flowing through the freewheeling diode.
Is estimated by the equation (15).

【0067】 e(t'51)=e(tn)−(tn-t51)・Kav …(15) さらに、予め前回の転流時刻算出に用いた変化率Kb よ
り求めておいた、前回転流時刻における推定電圧e(t51)
との差を取り、その1/2の点を最適に転流が行われた
際の電圧e(tpb)と想定し、その電圧値と現在の変化率K
avとから求めた電圧e(t'51)から前回の位相遅れ時間t'b
d(n)を、式(16)により算出する。
E (t'51) = e (tn) − (tn-t51) · Kav (15) Further, the pre-rotational flow previously obtained from the change rate Kb used in the previous commutation time calculation. Estimated voltage at time e (t51)
And the half of the point is assumed to be the voltage e (tpb) when the commutation is performed optimally, and the voltage value and the current rate of change K
From the voltage e (t'51) obtained from av and the previous phase delay time t'b
d (n) is calculated by the equation (16).

【0068】 t'bd(n)={e(t'51)-e(tpb)}/Kav …(16) そして、最終的な補正時間tbd(n)は、式(17)に示すよ
うに、前回の位相補正時間tbd(n-1)を加え、この結果を
前回転流点における位相遅れ時間とすることにより求め
ることができる。このときの補正時間tbd(n)は、t'bd
(n)及びtbd(n-1)を重み付けし、徐々に補正していく方
法も有効である。このとき想定した電圧値e(tpb)は、理
想的な転流タイミングにおける電圧値として、emax及び
eminの電圧値の更新時に反映させる。
T'bd (n) = {e (t'51) -e (tpb)} / Kav (16) Then, the final correction time tbd (n) is as shown in Expression (17). Can be obtained by adding the previous phase correction time tbd (n-1) and setting the result as the phase delay time at the previous rotational flow point. The correction time tbd (n) at this time is t'bd
A method of weighting (n) and tbd (n-1) and gradually correcting is also effective. The voltage value e (tpb) assumed at this time is the voltage value at the ideal commutation timing, emax and
It is reflected when the voltage value of emin is updated.

【0069】 tbd(n)=t'bd(n)+tbd(n-1) …(17) そして、最終的に、次回転流時刻までの時間tbは、次回
転流基準時刻tbmを位相遅れ時間tbdで式(18)により補
正した時間である。
Tbd (n) = t'bd (n) + tbd (n-1) (17) Finally, the time tb until the next rotational flow time is the phase delay time of the next rotational flow reference time tbm. It is the time corrected by equation (18) with tbd.

【0070】 tb=tbm+tbd(n) …(18) 前述の説明は、図5(b)に示す転流位相遅れの場合で
あるが、図5(c)に示すような位相進みの場合、変化
率が負の場合も同様である。
Tb = tbm + tbd (n) (18) The above description is for the case of commutation phase delay shown in FIG. 5B, but changes for the case of phase advance as shown in FIG. 5C. The same applies when the rate is negative.

【0071】前述では、検出されたモータの誘起電圧の
変化率から転流時刻を求め、その時刻において時間管理
を行って転流を行っていくとして説明したが、モータの
誘起電圧の変化率は、電圧及び時間の情報を持っている
ので、検出された電圧あるいは外挿した電圧を転流タイ
ミングであると推定される電圧値と比較し、その電圧と
一致した場合あるいはその電圧を越えた場合に転流を行
うような電圧で管理してモータの駆動を制御するように
する方法も有効である。
In the above description, the commutation time is obtained from the detected change rate of the induced voltage of the motor, and the commutation is performed by managing the time at that time. However, the change rate of the induced voltage of the motor is Since it has voltage and time information, it compares the detected voltage or extrapolated voltage with the voltage value estimated to be the commutation timing, and when it matches or exceeds that voltage. It is also effective to control the drive of the motor by controlling with a voltage that causes commutation.

【0072】すなわち、電圧の時間に対する変化率Δv
/Δtの平均値を用いると、モータの通流相の相違によ
り発電定数にばらつきがあった場合、あるいは、スイッ
チング素子に印加される直流電圧に変動が生じた場合に
も、前記平均値が電圧、時間双方の情報を持っているこ
とから、電圧、時間のどちらでもロータ位置及び転流タ
イミングの管理を高精度に行うことができる。さらに、
モータの回転数に応じて変化率Δv/Δtを算出するポ
イントを変化させることにより、低回転域から高回転域
まで精度良く電圧の時間に対する変化量を計算し、モー
タ回転数の広範囲において精度よくモータの制御を行う
ことができる。
That is, the rate of change Δv of the voltage with respect to time
When the average value of / Δt is used, the average value is the voltage even when the power generation constant varies due to the difference in the current flowing phases of the motor or when the DC voltage applied to the switching element changes. , Since it has both time information, it is possible to manage the rotor position and commutation timing with high accuracy in both voltage and time. further,
By changing the point where the rate of change Δv / Δt is calculated according to the number of rotations of the motor, the amount of change in voltage with time can be calculated accurately from the low rotation range to the high rotation range, and it can be calculated accurately over a wide range of motor rotation speeds. The motor can be controlled.

【0073】[0073]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、モ
ータの回転数が低い場合にも端子電圧の時間に対する変
化率を精度良く算出することができるため、ロータ位置
を精度良く推定することを可能とし、低回転域から高回
転域まで精度良くモータ制御ができる。
As described above, according to the present invention, since the rate of change of the terminal voltage with respect to time can be calculated accurately even when the rotation speed of the motor is low, the rotor position can be accurately estimated. Therefore, the motor can be controlled accurately from the low rotation range to the high rotation range.

【0074】また、本発明によれば、モータの通流相の
相違により発電定数にばらつきがあった場合、あるい
は、スイッチング素子に印加される直流電圧に変動が生
じた場合にも、端子電圧の時間に対する変化率から、ロ
ータ位置を安定性よく推定することができるので、低回
転域から高回転域まで精度よくモータの制御を行うこと
ができる。
Further, according to the present invention, when the power generation constant varies due to the difference in the current flowing phases of the motor, or when the DC voltage applied to the switching element varies, the terminal voltage Since the rotor position can be estimated with good stability from the rate of change with respect to time, the motor can be accurately controlled from the low rotation range to the high rotation range.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による駆動方法が適用されるブラシレス
直流モータのシステム構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration of a brushless DC motor to which a driving method according to the present invention is applied.

【図2】モータに対して理想的な転流タイミングで通流
が制御され、モータが一定速度で回転している状態にお
けるモータの誘起電圧、検出端子電圧、処理電圧の波形
を模式化して示す図である。
FIG. 2 schematically shows waveforms of an induced voltage, a detection terminal voltage, and a processing voltage of the motor in a state where the commutation is controlled at an ideal commutation timing with respect to the motor and the motor is rotating at a constant speed. It is a figure.

【図3】検出端子電圧波形の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of a detection terminal voltage waveform.

【図4】低速回転時における検出端子電圧波形の拡大図
である。
FIG. 4 is an enlarged view of a detection terminal voltage waveform at low speed rotation.

【図5】転流タイミングの位相の進み、遅れを説明する
処理電圧波形を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing processing voltage waveforms for explaining the advance and delay of the phase of commutation timing.

【図6】通流相によって発電定数が相違する場合の最適
な転流間隔と推定した転流間隔との差を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a difference between an optimum commutation interval and an estimated commutation interval when a power generation constant varies depending on a flowing phase.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 直流電源 2 インバータ回路 3 セレクタ 4 A/D変換器 5 制御部 6 ドライバ回路部 7 ステータ 8 ロータ 9 負荷 1 DC power supply 2 Inverter circuit 3 Selector 4 A / D converter 5 Control part 6 Driver circuit part 7 Stator 8 Rotor 9 Load

フロントページの続き (72)発明者 能登原 保夫 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内Front page continued (72) Inventor Yasuo Notohara 7-1-1 Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Hitachi Ltd. Hitachi Research Laboratory

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 永久磁石と電機子コイルとを有し、電機
子コイルの各相の一端部が共通接続されて構成されるブ
ラシレス直流モータの無通電相の端子電圧を検出し、検
出された端子電圧の時間に対する変化率に基づいて転流
タイミングを決定するブラシレス直流モータの駆動方法
において、前記検出された端子電圧の時間に対する変化
率を算出する際に、用いる端子電圧としてのデータ間隔
を、モータの回転数に応じて変化させることを特徴とす
るブラシレス直流モータの駆動方法。
1. A terminal voltage of a non-energized phase of a brushless DC motor, which has a permanent magnet and an armature coil, and one end of each phase of the armature coil is commonly connected, is detected and detected. In the method of driving a brushless DC motor that determines commutation timing based on the rate of change of the terminal voltage with respect to time, when calculating the rate of change of the detected terminal voltage with time, the data interval as the terminal voltage used, A method for driving a brushless DC motor, which is characterized in that it is changed according to the number of rotations of the motor.
【請求項2】 永久磁石と電機子コイルとを有し、電機
子コイルの各相の一端部が共通接続されて構成されるブ
ラシレス直流モータの無通電相の端子電圧を検出し、検
出された端子電圧の時間に対する変化率に基づいて転流
タイミングを決定するブラシレス直流モータの駆動方法
において、前記検出された端子電圧の時間に対する変化
率として、複数の変化率の平均値を用いることを特徴と
するブラシレス直流モータの駆動方法。
2. A terminal voltage of a non-energized phase of a brushless DC motor, which has a permanent magnet and an armature coil, and one end of each phase of the armature coil is commonly connected, is detected and detected. In a method of driving a brushless DC motor that determines commutation timing based on a rate of change of a terminal voltage with time, as a rate of change of the detected terminal voltage with respect to time, an average value of a plurality of rates of change is used. Brushless DC motor driving method.
【請求項3】 前記ブラシレス直流モータの駆動がイン
バータ回路を用いて行われることを特徴とする請求項1
または2記載のブラシレス直流モータの駆動方法。
3. The brushless DC motor is driven by using an inverter circuit.
Alternatively, the method of driving the brushless DC motor according to the item 2.
【請求項4】 前記端子電圧の検出が、インバータ回路
を制御するPWM信号に同期して行われ、検出電圧の時
間に対する変化率により外挿補間を行うことにより、検
出不能時のロータ位置を連続的に推定することを特徴と
する請求項3記載のブラシレス直流モータの駆動方法。
4. The detection of the terminal voltage is performed in synchronization with a PWM signal for controlling an inverter circuit, and extrapolation interpolation is performed based on a rate of change of the detected voltage with respect to time, so that the rotor position when detection is impossible is continuously performed. The method for driving a brushless DC motor according to claim 3, wherein the method is a method for estimating the brushless DC motor.
【請求項5】 それぞれ隣り合う相の端子電圧の検出値
に対する補間値が交差する点を転流時刻として転流タイ
ミングを決定することを特徴とする請求項4記載のブラ
シレス直流モータの駆動方法。
5. The method for driving a brushless DC motor according to claim 4, wherein the commutation timing is determined with a point at which the interpolated value with respect to the detected value of the terminal voltage of each adjacent phase intersects as commutation time.
【請求項6】 前記端子電圧の時間に対する変化率に基
づいて算出した隣り合う相の電圧補間値の交点の電圧値
の最大値及び最小値がそれぞれ一定になるようにモータ
の出力トルクを制御することを特徴とする請求項4また
は5記載のブラシレス直流モータの駆動法。
6. The output torque of the motor is controlled so that the maximum value and the minimum value of the voltage value at the intersection of the voltage interpolation values of the adjacent phases calculated based on the rate of change of the terminal voltage with respect to time become constant. The method for driving a brushless DC motor according to claim 4 or 5, wherein.
【請求項7】 前記補間値の時間に対する変化率を連続
的なモータの速度変化情報として取り扱って、モータの
駆動制御を行うことを特徴とする請求項4記載のブラシ
レス直流モータの駆動方法。
7. The method for driving a brushless DC motor according to claim 4, wherein the drive rate of the motor is controlled by handling the rate of change of the interpolation value with respect to time as continuous motor speed change information.
【請求項8】 前記補間値を基に推定した転流タイミン
グにおける電圧値から算出した電圧補間値の交点の電圧
値を、次回回転時の電圧補間値の交点の最大値及び最小
値電圧に反映させることを特徴とする請求項4ないし7
記載のうち1記載のブラシレス直流モータの駆動方法。
8. The voltage value at the intersection of the voltage interpolation values calculated from the voltage value at the commutation timing estimated based on the interpolation value is reflected in the maximum value and the minimum value voltage at the intersection of the voltage interpolation values at the next rotation. 8. The method according to claim 4, wherein
A method for driving a brushless DC motor according to any one of the above.
【請求項9】 前記外挿補間が、検出電圧の直線性の良
い部分の変化率に基づいて行われることを特徴とする請
求項4ないし8のうち1記載のブラシレス直流モータの
駆動方法。
9. The method for driving a brushless DC motor according to claim 4, wherein the extrapolation is performed based on a rate of change of a portion of the detected voltage having good linearity.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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