JPS63206191A

JPS63206191A - 直流ブラシレスモ−タの起動回転制御方法

Info

Publication number: JPS63206191A
Application number: JP62035402A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Kawate; 川手　陽介; Mineyo Endo; 遠藤　峰世
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 1987-02-18
Filing date: 1987-02-18
Publication date: 1988-08-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野〕本発明は、直流ブラシレスモータの起動及び回転の制御
方法に関する。

〔従来の技術とその問題点〕

従来の直流ブラシレスモータは、ロータの回転位置をホ
ール素子等の検出器で検出し、モータのステータコイル
に流れる電流を、ロータとステータとの相対位置が最適
の位置で、通電する方法を採用してきた。

ところで、最近、この種のブラシレスモータは、ますま
す小型化・薄型化への要望が強まりつつあり、上記ホー
ル素子等の検出器を付設するスペースに苦慮せねばなら
ないのが現状である。

マタ、ホール素子等の検出器、及びプリント基板等のパ
ーツを必要とするので、コスト高となる問題もあった。

本発明の目的は、最近の厳しい小型化・薄型化及びコス
ト低減への要望に応えることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、励磁された時に電磁界を発生するステータと
、該ステータとの電磁気的相互作用によって回転力を得
る永久磁石ロータとを、備えた直流ブラシレスモータの
起動及び回転の制御方法に於て；基準パルスを波形処理
して、上記ステータに順次電流を通して、低速回転磁界
を発生させ、電気角２πラジアン以上の区間に於て、上
記ロータを同期させて起動させ；次に、該基準パルスの
周波数をしだいに増加させて、上記回転磁界を増速し、
もって上記ロータの回転数を滑らかに増加し；該回転数
が所定の回転数に達した後、又は起動後所定時間経過後
、ステータコイルによる逆起電力を波形処理することに
よって、上記ロータの回転位置信号として代用し、定常
回転を行ない；上記ロータの回転位置検出器を用いずに
、上記起動、増速及び定常回転を行なうようにした。

〔作用〕

起動時は、ロータ位置のフィードバックをかけないオー
プン・ループ制御となる。そして起動時の回転磁界は電
気角２πラジアン以上の区間にわたるから、必らず最適
タイミングが少くとも１回存在することとなり、かつ回
転磁界が低速であることによって、確実に起動される。

次に、基準パルスの周波数をしだいに増加させて、回転
磁界をしだいに増速するから、ロータが追従して加速で
きる。

そして、ロータの位置の信号をフィードバックせずにオ
ープン・ループのままで運転を続行すると、無効電流あ
るいはブレーキ力を発生する電流を流すこととなり、効
率を下げ、電流過大になり発熱を招くことを、逆起電力
の波形処理による信号に切換えることによって、有効に
防止出来る。

〔実施例〕

以下、実施例を詳説する。

本発明は、励磁された時に電磁界を発生するステータと
、このステータとの電磁気的相互作用によって回転力を
得る永久磁石ロータとを、備えた直流ブラシレスモータ
の起動及び回転を制御する方法であり、第３図に於て、
横軸に時間Ｔを、縦軸にロータの速度■□即ち回転数Ｎ
□をとって、本発明を例示したものである。

本発明では従来のホール素子等の検出器は全く使用せず
に制御を行なうのであって、この第３図のように、まず
、十分な低速にて起動する起動域Ｓと、これに続く加速
域Ｅと、さらにこれに続く定常回転域Ｇとに区分できる
ような特性を示す。

そして、第３図の実線のように起動域Ｓの回転数が全く
変化しない場合と、同図破線のように僅かに変化（増速
）する場合のいずれを選定することも、自由である。

−この第３図の実線で示した起動域Ｓの制御方法を具体
的に説明すると、第２図に於て、周波数可変とした基準
パルス１１を基準として、これを第２図のｎ、ｍ、ｒｖ
の如く波形処理し、これから同図■に示したＱｌ、Ｑ２
．Ｑ３．Ｑ４．Ｑ５．口６の方形波を得る。

第４図にはブラシレスモータが３相の場合の結線を例示
するが、この第４図に於て、ステータコイル１２．１３
．１４は６個のトランジスタＱｌ、Ｑ２．Ｑ３．Ｑ４゜
Ｑ５．Ｑ６と共に結線され、第２図中の■における０１
゜Ｑ２・・・は、夫々このトランジスタＱｌ、Ｑ２・・
・に対応する。

このようにして、基準パルス１１を波形処理して、ステ
ータコイル１２．．１３．１４に、順次電流を通して、
低速回転磁界を発生させる。ところが、本発明ではロー
タ位置検出器を省略しであるから、ロータの位置に対し
て、Ｑ１〜Ｑ６のタイミング■〜■のうちのどれが対応
するか不明である（保証できない）。

第２図のタイミング■に最も適した位置にロータがある
とき、タイミング■で起動する時にはロータが適正に回
転起動するが、タイミング■〜■で起動すると所定のト
ルクより低いトルク又は逆トルクで運転することになり
、起動に失敗し同期しないこととなる。そこで、ロータ
位置とタイミング■〜■位置が対応するチャンスが１回
以上めぐってくるまでは、前述の基準パルス１１を発生
して波形処理にて第２図■の方形波をステータコイルに
流す必要がある。即ち、ステータの回転磁界が電気角２
πラジアン以上の区間にわたり、かつ低周波数（低速）
に固定することによって、ロー−夕が該低速回転磁界に
追従させ、同期させる。

その後、（図示省略したカリ第２図中の■で示した基準
パルス１１の周波数をゆるやかに漸増させてゆく。これ
に伴い第２図に■で示したトランジスタへの供給波形の
周期も短くなって、ステータの回転磁界が加速され、第
３図中の加速域Ｅの傾斜直線部に沿って、ロータの回転
速度Ｖ□回転数Ｎ−が増加してゆく。この回転上昇率は
、モータの種類と負荷の大小によって決定すればよい。

つまり、上述の起動域Ｓ及び加速域Ｅに於ては、（ロー
タ位置検出器によらずに）時間的な要素のみで一方的に
この信号０１〜Ｑ６を発生するので、ステータの磁界の
移動に対してロータが十分に追従できるだけの時間を掛
けて、緩やかに加速していく必要がある。

次に、第３図に示す如く、ロータ回転数Ｎか所定の回転
数Ｎｏに達したとき−即ち同図中の点１５に到達したと
き一回転数を検出することによって、モードを切換える
。

つまり、第５図の■に示すように、モータの回転に伴な
うステータコイルの逆起電力の波形１６，１７．１８を
、フィルターを通して、同図■のような波形１９，２０
．２１とする。この波形１９，２０．２１から同図■に
示すような増幅出力波形２２．２３．２４を得る。この
増幅出力波形２２，２３．２４は、後述する第６図に示
す従来のホール素子等の検出器によるロータ回転位置検
出信号２５，２６．２７と、同様な形状であることが分
る。従って、第５図における逆起電力１６．１７．１８
を波形処理して得られた増幅出力波形２２．２３．２４
は、ロータの回転位置信号として代用できる。

すなわち、位相的な検出ができるので、この波形２２．
２３．２４は、従来のホール素子のようなロータの回転
位置信号と全（同じように使用できる。従来の例はただ
回転数のみをフィードバックして、すなわち起電力の量
をフィードバックし回転磁界の速さを調節したものはあ
ったが、起電力の位相を検出してフィードバンクする方
法は、例をみないものであり、位相検出によってモータ
は非常に効率よく、また滑らかに回転する事になる。

このようにして、第３図の切換点１５から定常回転域Ｇ
になる。なお第３図ではこの切換点１５からしばらくは
急に加速される範囲２８を経て後に、一定回転数の範囲
２９に到達する。

第１図はこのような制御方法に用いられる制御回路のブ
ロック図である。即ち、同図に於て、予め第３図の各域
Ｓ、Ｈの長さ、及び曲線（折れ線）の形状を設定するた
めに速度パターン発生回路３０を設け、これからの信号
を周波数可変発振器３１に入力して、第２図の■に示し
た基準パルスを、所定の周波数で出力させて、次のタイ
ミング発生回路３２に入力して、この回路３２にて第２
図中の■〜■に示した波形を得る。この波形の信号を、
モード切換回路３３を介してかつ増幅器３４を経て、被
制御用の直流ブラシレスモータ３５に入力するように構
成する。これによって、第３図中に起動域Ｓ及びこれに
つづく加速域Ｅの制御が行ないえる。

さらに、第１図に於て、切換指令回路３６をモード切換
回路３３に接続して、前述のタイミング発生回路３２か
らの入力信号を０Ｎ−ＯＦＦさせる。そして、モータ３
５には、第５図のＩに示した逆起電力の波形１６．１７
．１８を検出する回路３７を設けると共に、波形処理回
路３８をさらに接、続して、第５図のＩの波形１６．１
７．１８から第５図の■の波形１９，２０．２１を得る
ようにする。これを増幅器３９を介してタイミング発生
回路４０に接続して、第５図の■の増幅出力波形２２，
２３．２４を得ることができ、この増幅出力波形２２．
２３．２４を、前記モード切換回路３３と増幅器３４を
介して、モータ３５に入力すれば、第３図中の逆起電力
検出による運転Ｇが行ないえる。

なお、モード切換回路３３を切換える切換指令回路３６
からの信号は、第３図中のモータ速度■（回転数Ｎ）の
検出−即ち設定した回転数Ｎｏの検出□によるか、ある
いは、タイマー等によって、行なう。

なお、ここで従来のホール素子等の検出器による回転制
御方法を比較のために第６図に基づいて説明する。同図
１にはモータのステータコイルの逆起電力を示しく勿論
３相の場合を例示している）、同図■では、検出器とし
てホール素子Ｈ１，Ｈ２，＋１３が、ロータ回転位置検
出信号２５，２６．２７を出力することを示す。この検
出信号２５，２６．２７を波形処理すれば、第４図のト
ランジスタ旧〜Ｑ６の夫々に流すべき波形が得られる（
第６図■参照）。

このように従来は、ホール素子旧、）１２，８３等によ
ってロータの位置を検出していたので、ステータの磁界
とロータの相対的位置が必らず最適位置で同期して回転
する。ここで同期とは、第６図のＩに示した波形の位相
□即ちａ点・ｂ点・０点の各電圧□と、０１〜Ｑ６の相
対的位置関係が保たれていることを言う。即ち、ロータ
位置がθ〜１／３・πに対してタイミング■が対応し、
ロータ位置が１／３・π−２／３・πに対してタイミン
グ■が対応し、順次対応することを言う。これは自動車
のエンジンにも似ており、最も適した相対的位置関係が
存在し、これを外れると効率が悪くなったり逆トルクが
発生することとなる。

このように従来はホール素子Ｉｌｌ、Ｈ２，０３等にて
同期させていたが、本発明では、第５図と第６図を比較
すれば明らかなように、逆起電力の波形１６，１７．１
８を波形処理して得られた出力波形２２，２３．２４が
、従来のホール素子Ｉｌｌ、８２，１１３等によるロー
タ回転位置検出信号２５．２６．２７と同様であるから
、高精度の上記同期が行なわれる。

なお、本発明は３相４極バイポーラについて説明したが
、相数・極数あるいはユニポーラかバイポーラ等に関係
なく広範囲に応用自由である。

〔発明の効果〕

本発明は上述の構成により次のような著大な効果を奏す
る。

■　確実に起動が出来る。

■　効率の低下、発熱を防止出来る。

■　ホール素子等の検出器を省略して、コストダウン、
構造の簡素化、及びモータのコンパクト化（小型化・薄
型化）を実現出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御方法に使用される制御回路の一例
を示すブロック図、第２図は本発明の一実施例を示す波
形図、第３図はロータの回転速度の変化を示す説明図、
第４図は要部結線部、第５図は定常回転時の波形図であ
る。第６図は従来の制御方法を説明するための波形図で
ある。１１・・・基準ハルス、１２，１３．１４・・・ステー
タコイル、１６、１７．１８・・・逆起電力の波形、Ｎ
・・・回転数、Ｎｏ・・・所定回転数。特　許　出　願　人　　日本電産株式会社第１図

Claims

【特許請求の範囲】１、励磁された時に電磁界を発生するステータと、該ス
テータとの電磁気的相互作用によって回転力を得る永久
磁石ロータとを、備えた直流ブラシレスモータの起動及
び回転の制御方法に於て、基準パルスを波形処理して、
上記ステータに順次電流を通して、低速回転磁界を発生
させ、電気角２πラジアン以上の区間に於て、上記ロー
タを同期させて起動させ、次に、該基準パルスの周波数をしだいに増加させて、上
記回転磁界を増速し、もって上記ロータの回転数を滑ら
かに増加し、該回転数が所定の回転数に達した後、又は起動後所定時
間経過後、ステータコイルによる逆起電力を波形処理す
ることによって、上記ロータの回転位置信号として代用
し、定常回転を行ない、上記ロータの回転位置検出器を用いずに、上記起動、増
速及び定常回転を行なうようにしたことを特徴とする直
流ブラシレスモータの起動回転制御方法。