JPH09215376A - センサレスモータの制御装置 - Google Patents

センサレスモータの制御装置

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JPH09215376A
JPH09215376A JP8023607A JP2360796A JPH09215376A JP H09215376 A JPH09215376 A JP H09215376A JP 8023607 A JP8023607 A JP 8023607A JP 2360796 A JP2360796 A JP 2360796A JP H09215376 A JPH09215376 A JP H09215376A
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JP
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phase
rotor
excitation
coil
motor
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Pending
Application number
JP8023607A
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English (en)
Inventor
Satoshi Tamaki
悟史 玉木
Yasuhiro Kondo
康宏 近藤
Yasufumi Ichiumi
康文 一海
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストで製作できるにもかかわかず、同期
運転の制御及びロータのスムースな回転を可能とするセ
ンサレスモータを提供する。 【解決手段】 3相Y結線のモータコイルと永久磁石付
きのロータとを備えたセンサレスモータ3の制御装置に
おいて、モータコイルの励磁を、2相間通電と3相間通
電を交互に繰返し、各相のモータコイルに流れる励磁電
流が半周期毎に150°ON、30°OFFとなる2−
3相励磁により行ない、ある相のモータコイルにロータ
の回転によって生じる誘起電圧を、励磁電流がOFFの
期間に検出し、検出された誘起電圧と中性点電位との比
較によりロータの位相進み、遅れを判断し、ロータの位
相進み、遅れに応じて、2−3相励磁の励磁タイミング
を調整して、ロータの同期回転を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はブラシレスモータな
どにおいて、ロータの回転位置を検出するための特別の
センサを必要としないセンサレスモータにおける制御装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】3相Y結線のモータコイルと永久磁石付
きのロータとを備えたモータの制御は、モータの同期運
転のために、ロータの回転位置を検出するためのエンコ
ーダ、ホールセンサなどの特別のセンサを備えているこ
とが一般である。
【0003】又各モータコイルには、U→V相、W→V
相、W相→U相、V→U相、V→W相、U→W相と2相
間のコイルに順次通電する2相励磁が行なわれている。
この2相励磁によると、各コイルに流れる励磁電流の波
形が矩形波となり、ロータのスムースな回転を得ること
が困難である。そこで、各コイルに流れる励磁電流の波
形を正弦波に近付けるため、パルス幅変調制御(PWM
制御)などが実施されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記の従来技術
では、エンコーダなどの特別のセンサが必要であり、又
各コイルに流れる励磁電流の波形を正弦波に近付けるた
めにPWM制御などの複雑な制御が必要となり、コスト
高を招くという問題があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、3相Y結線のモータコイルと永久磁石付きの
ロータとを備えたセンサレスモータの制御装置におい
て、モータコイルの励磁を、2相間通電と3相間通電を
交互に繰返し、各相のモータコイルに流れる励磁電流が
半周期毎に150°ON、30°OFFとなる2−3相
励磁により行ない、ある相のモータコイルにロータの回
転によって生じる誘起電圧を、励磁電流がOFFの期間
に検出し、検出された誘起電圧と中性点電位との比較に
よりロータの位相進み、遅れを判断し、ロータの位相進
み、遅れに応じて、2−3相励磁の励磁タイミングを調
整して、ロータの同期回転を行なうように構成したこと
を特徴とする。
【0006】上記構成によれば、ロータの回転によって
生ずる誘起電圧を、励磁電流の影響を受けずして、ある
相のモータコイルから検出でき、これに基づきモータの
同期運転制御を実施できるので、従来の技術のようにエ
ンコーダなどの特別のセンサが不要となる。又2−3相
励磁により、各コイルに流れる励磁電流の波形を疑似正
弦波とすることができてロータのスムースな回転を可能
とすることができるので、従来の技術のように各コイル
に流れる励磁電流の波形を正弦波に近付けるための複雑
な制御が不要となる。
【0007】
【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施の形態であ
るブラシレスモータの駆動制御装置を示している。
【0008】上記ブラシレスモータ3は、N、S2極に
着磁された永久磁石を備えたロータと、3相Y結線のモ
ータコイルを備えたステータとを有し、所定タイミング
でモータコイルを励磁してステータに回転磁界を発生さ
せることにより、ロータを回転させるように構成されて
いる。
【0009】図1に1で示すマイクロプロセッサは、各
コイルの励磁タイミングの決定、これに基づくコイルの
励磁タイミング信号P1〜P6の出力、誘起電圧から得
られるロータの位相情報P16,P17の取込み、速度
制御のためのパルス幅変調制御(PWM制御)、これに
基づくPWM信号P13の出力、誘起電圧の検出タイミ
ングを指令する検出タイミング信号P10の出力を行な
い、又速度指示情報P14が入力されるように構成され
ている。
【0010】図1に2で示すモータドライバは、6個の
スイッチング素子を備え、これらが励磁タイミング信号
P1〜P6によってON、OFFされることにより、各
コイルを所定タイミングで通電励磁して、ステータに所
定の回転磁界を発生させるためのものである。各コイル
の励磁は、以下に説明する2−3相励磁によって行なわ
れる。
【0011】すなわち1周期360度を30度毎の12
ステップ(1) 〜(12)に分割し、各ステップ(1) 〜(12)に
おけるU相、V相、W相のコイルに対する通電タイミン
グを図2及び図3に示すように行い、2相間通電と3相
間通電とが交互に行なわれるようにしている。
【0012】ステップ(1) では、信号P1(UH)及び
信号P5(VL)がONで、U相とV相の2相間に電流
が流れ、中性点Oを零電位とし、各コイルの最大電流値
を100%、−100%としたとき、U相、V相、W相
の各コイルに流れる電流値は夫々、75%、−75%、
0%となる。
【0013】ステップ(2) では、信号P1(UH)、信
号P3(WH)及び信号P5(VL)がONで、U相と
V相の2相間及びW相とV相の2相間、すなわちU相、
V相、W相の3相間に電流が流れ、そのU相、V相、W
相の各コイルに流れる電流値は夫々、50%、−100
%、50%となる。
【0014】ステップ(3) 〜(12)においても、図2及び
図3に示すように各信号P1〜P6のON、OFFのタ
イミングをとることにより、図4に示すような疑似正弦
波の電流特性を有し、その励磁時間が半周期毎に150
度ON、30度OFFとなるように、各相のコイルに電
流が流れ、各相のコイルは励磁される(図2、図4では
説明を簡単にするため後述のPWM制御については、こ
れを無視したものを示している。)。
【0015】マイクロプロセッサ1は、速度指示情報P
14に基づく速度制御を行うためにPWM制御を行なえ
るように構成されている。すなわち、各コイルにパルス
電流を供給し、その供給される電流量を、図5に示すパ
ルス幅aの全幅bに対するデューティ比を変化させるこ
とにより制御して、ロータの回転速度を速度指示値に一
致させるように制御している。このためのタイミングを
とるPWM信号P13がマイクロプロセッサ1からAN
Dゲート回路9に出力される。このANDゲート回路9
は、3つのANDゲートを有し、夫々に前記PWM信号
P13が入力されると共に、各別に励磁タイミング信号
P1、P2、P3が入力される。この結果ANDゲート
回路9からは、PWM制御された励磁タイミング信号P
1、P2、P3が出力される。図6の(a)はPWM信
号P13、(b)はANDゲート回路9への入力前の励
磁タイミング信号P1、(c)はANDゲート回路9か
らの出力後の励磁タイミング信号P1を夫々示してい
る。
【0016】なお励磁タイミング信号P4、P5、P6
は、直接モータドライバ2の対応するスイッチング素子
に入力されるが、励磁タイミング信号P1、P2、P3
の影響を受けて、各コイルに流れる電流は、PWM制御
された電流となる。
【0017】図1に31で示す誘起電圧検出回路は、W
相のコイルの誘起電圧eを検出するものである。この誘
起電圧回路31は、特定のタイミングで前記誘起電圧e
を測定するラッチ回路7、この測定された誘起電圧eと
2種のレベルの基準電圧VH、VLとを比較する1対の
比較器を備えた比較回路4、及び比較回路4から出力さ
れる夫々のアナログ信号を論理信号に変換する1対のレ
ベル変換器を備えたレベル変換回路5を有している。
【0018】前記W相のコイルの誘起電圧eは、永久磁
石を備えたロータの回転に伴って、ほぼ図7に破線で示
すように誘起される。一方W相のコイルに流れる電流値
は、図4に示すとおりであって、これを図7に実線で再
度示している。なお、このことは前記誘起電圧eを考慮
して、W相のコイルの励磁タイミングを図7に実線で示
すように決定していることを意味する。
【0019】図7に示すように、W相のコイルに流れる
電流は、ステップ(1) と(7) において零となり、W相の
コイルに流れる電流が零のときに、前記誘起電圧eを測
定するように、前記検出タイミング信号P10の出力タ
イミングを決定している。具体的には、マイクロプロセ
ッサ1は、ステップ(1) の真中時点のタイミングにおい
て前記検出タイミング信号P10を出力している。な
お、上記説明では、励磁タイミング信号P1〜P6の出
力タイミングを、1周期360度を30度毎の12ステ
ップ(1) 〜(12)に分割して、夫々のタイミングで所定の
励磁タイミング信号P1〜P6を出力すればよいと述べ
たが、上記検出タイミング信号P10の出力タイミング
を考慮すると、1周期360度を15度毎の24ステッ
プに分割して夫々のタイミングで所定の励磁タイミング
信号P1〜P6を出力すると共に前記検出タイミング信
号P10を出力することが合理的であって好適である。
この場合には、前記ステップ(1) をステップ(1a)、
(1b)に、………、ステップ(12)をステップ(12
a)、(12b)に夫々分割し、ステップ(1a)と
(1b)との間において、………、又ステップ(12
a)と(12b)との間において夫々全く同じ励磁タイ
ミング信号P1〜P6が出力されるようにし、かつステ
ップ(1b)の開始時点において前記検出タイミング信
号P10が出力されるようにすればよい。
【0020】このようなタイミングで誘起電圧eを測定
すれば、W相のコイルに流れる励磁電流に影響されずに
誘起電圧eを測定できる。そして前記誘起電圧eは、図
8に示すように、ロータの移相が遅れている場合にはe
1 で示すようになり、進んでいる場合にはe2 で示すよ
うになる。e0 は基準の誘起電圧eを示している。
【0021】ラッチ回路7から測定された誘起電圧eが
比較回路4に送られ、この誘起電圧eと、プラス側の基
準電圧VH及びマイナス側の基準電圧VLとが比較さ
れ、その比較結果が夫々レベル変換回路5において論理
信号に変換された後、ロータの位相情報信号P16、P
17としてマイクロプロセッサ1に入力される。
【0022】図8にe1 で示すようにロータの移相が遅
れている場合には、測定時点のe1が、e1 <VH、e
1 <VLとなり、前記ロータの位相情報P16、P17
の論理信号が「0、0」となってマイクロプロセッサ1
に与えられる。又図8にe0で示すようにロータの移相
が正常な場合には、測定時点のe0 が、e0 <VH、e
0 >VLとなり、P16、P17の論理信号が「0、
1」となってマイクロプロセッサ1に与えられる。更に
図8にe2 で示すようにロータの移相が進んでいる場合
には、測定時点のe2 が、e2 >VH、e2 >VLとな
り、P16、P17の論理信号が「1、1」となってマ
イクロプロセッサ1に与えられる。このようにしてマイ
クロプロセッサ1はロータの移相が、正常か、遅れてい
るか、進んでいるかをロータ1回転毎に知ることができ
る。なお、正常の範囲を図8に示すようにある幅を有す
るようにして、制御時のチャタリングを防止している。
【0023】以下、本実施の形態の動作について説明す
る。
【0024】まずモータの停止状態から3相の各コイル
に強制的に通電を開始する。このときの通電方式はいわ
ゆる3相モータの全波駆動方式と呼ばれるもので、前記
デューティ比100%の電流が各コイルに与えられる。
従って、PWM信号P13は、デューティ比100%の
信号となる。なお、各コイルの励磁は2−3相励磁によ
って行なわれる。又このときロータはこの励磁に対応し
てオープンループ制御によって同期回転する。
【0025】始動時には、各ステップ(1) 〜(12)のステ
ップ時間はモータが起動するのに十分な時間をとり、徐
々にそのステップ時間を短かくしていくことによりロー
タの回転速度を上げていく、いわゆるスローアップ駆動
を行う。そして、このロータの回転速度が十分な速度に
なると、前記誘起電圧検出回路31を利用した制御が可
能となる。なおロータの回転速度は前記励磁タイミング
信号P1〜P6のタイミングから知ることができる。
【0026】次にモータの同期運転について説明する。
【0027】ロータの回転速度が十分な速度に達する
と、通電方式を上記の全波駆動方式から、PWM駆動方
式に切換える。その際にマイクロプロセッサ1から出力
されるPWM信号13のパルス幅についてのデューティ
比を例えば50%に固定する(従って、この場合のPW
M制御は極めて単純である。)。
【0028】マイクロプロセッサ1から図2で示す励磁
タイミング信号P1〜P6の出力による2−3相励磁に
より、図4で示す電流が各コイルに与えられてステータ
に回転磁界が発生し、この回転磁界に同期するようにロ
ータは回転する。その際のロータの回転位相の進み、遅
れ、あるいは正常な状態にあることは、既述のようにマ
イクロプロセッサ1に入力される位相情報信号P16、
P17によって知られる。
【0029】そしてマイクロプロセッサ1はロータの回
転位相が進んでいる場合或いは遅れている場合には、こ
れに同期するように、励磁タイミング信号P1〜P6の
出力タイミングを進ませ、或いは遅らせる。このように
励磁タイミングを補正することにより、モータの同期運
転を行うことができる。
【0030】次に指令された回転速度でロータを回転さ
せるための速度制御について説明する。
【0031】ロータの回転速度は励磁タイミング信号P
1〜P6のタイミングから知ることができ、ロータの回
転移相が正常の範囲にあれば、それが、ロータの実際の
回転速度を表わしていると確認できる。マイクロプロセ
ッサ1は、速度指示情報P14から指定された回転速度
を知り、これとロータの現在の回転速度とを比較する。
そして現在の回転速度が指定された回転速度より小であ
る場合には、ロータの回転速度を高めるため、励磁タイ
ミング信号P1〜P6の出力タイミングを早めると共
に、PWM信号P13のパルス幅についてのデューティ
比を50%より高比率のものとし、各コイルに流す励磁
電流を大とする。他方、現在の回転速度が指定された回
転速度より大である場合には、ロータの回転速度を低く
するため、励磁タイミング信号P1〜P6の出力タイミ
ングを遅めると共に、PWM信号P13のパルス幅につ
いてのデューティ比を50%より低比率のものとし、各
コイルに流す励磁電流を小とする。このような制御をク
ローズドループで行なって、ロータの回転速度を指定さ
れた回転速度に一致させる。
【0032】本発明は上記実施の形態に示す外、種々の
態様に構成することができる。例えば上記実施の形態で
は、PWM制御方式によって速度制御を行なうように構
成されているが、これに限定されない。又上記実施の形
態ではステップ(1) の真中の時点で誘起電圧eを測定し
ているが、これに加えてステップ(7) の真中の時点でも
誘起電圧eを測定するように構成でき、又上記に示す誘
起電圧検出回路31とは異なる形態の検出回路で誘起電
圧eを測定するように構成することもできる。
【0033】又上記実施の形態では、同期運転時にはP
WM信号13のパルス幅についてのデューティ比を50
%に固定しているが、この固定のデューティ比は50%
に限定されず、例えば60%、70%、80%等でもよ
い。そして、前記ディーティ比を固定して、2−3相励
磁を行うことにより、図4に示すように、0%、±50
%、±75%、±100%の段階的波高を有する疑似正
弦波が得られたが、これを0%、±50%、±87%、
±100%に相当する段階的波高を有しより正弦波に近
似する励磁電流が各コイルに供給されるように構成して
もよい。この場合には、PWM制御を活用し、図4のス
テップ(1) 、(3) 、(5) 、(7) 、(9) 、(11)における2
相間励磁の際のデューティ比を、ステップ(2) 、(4) 、
(6) 、(8) 、(10)、(12)における3相間励磁の際のデュ
ーティ比に比較し、87/75=116%となるように
すればよく、このようなPWM信号P13が出力される
ようにマイクロプロセッサ1の制御内容を変換するとい
う、比較的簡単な構成でより正弦波に近い励磁電流を各
コイルに通電することができるのである。
【0034】
【発明の効果】本発明によれば、ロータの回転位置を検
出するための特別のセンサが不要で、かつ各コイルに流
れる励磁電流の波形を正弦波に近付けるための複雑な制
御が不要であって、低コストで製作できるにもかかわら
ず、同期運転の制御及びロータのスムースな回転を可能
とするモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の態様を示すブロック図。
【図2】各コイルへの励磁タイミングを示す図。
【図3】各コイルの励磁電流の流れを示す図。
【図4】各コイルの励磁電流の波形を示す図。
【図5】PWM制御のパルス波形を示す図。
【図6】PWM制御の具体例を(a)、(b)、(c)
に示す図。
【図7】W相のコイルの励磁電流と誘起電圧との波形を
示す図。
【図8】誘起電圧とロータ位相との関係を示す図。
【符号の説明】
1 マイクロプロセッサ 2 モータドライバ 3 モータ 31 誘起電圧検出回路 P1〜P6 励磁タイミング信号 P10 検出タイミング信号 P13 PWM信号 P16、P17 位相情報 e 誘起電圧

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 3相Y結線のモータコイルと永久磁石付
    きのロータとを備えたセンサレスモータの制御装置にお
    いて、 モータコイルの励磁を、2相間通電と3相間通電を交互
    に繰返し、各相のモータコイルに流れる励磁電流が半周
    期毎に150°ON、30°OFFとなる2−3相励磁
    により行ない、 ある相のモータコイルにロータの回転によって生じる誘
    起電圧を、励磁電流がOFFの期間に検出し、 検出された誘起電圧と中性点電位との比較によりロータ
    の位相進み、遅れを判断し、 ロータの位相進み、遅れに応じて、2−3相励磁の励磁
    タイミングを調整してロータの同期回転を行なうように
    構成したことを特徴とするセンサレスモータの制御装
    置。
JP8023607A 1996-02-09 1996-02-09 センサレスモータの制御装置 Pending JPH09215376A (ja)

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JP8023607A JPH09215376A (ja) 1996-02-09 1996-02-09 センサレスモータの制御装置

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6404153B2 (en) 1999-12-06 2002-06-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Motor and disk drive apparatus

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6404153B2 (en) 1999-12-06 2002-06-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Motor and disk drive apparatus
US6639372B2 (en) 1999-12-06 2003-10-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Motor and disk drive apparatus

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