JP2008295197A - ３相ブラシレスモータの回転位置制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フィードバックループを持たない絶対位置同期ベクトル制御方法を利用したセンサーレス３相ブラシレスモータの位置制御方法を提案すること。
【解決手段】モータ位置制御回路１のパルス・正弦波変換器２では、速度指令であるパルス周期に応じた周波数を備え、位置指令であるパルス数に応じた回転位置に回転させるために必要なＵ、Ｖの２相の正弦波信号を生成する。これらの信号は、磁束制御器(乗算器)３Ｕ、３Ｖに供給されて磁束制御用のゲイン(電圧)補正が施された後にＰＷＭ変換器４に供給され、正弦波信号Ｕ、Ｖから生成したＷ相の正弦波信号ＷもＰＷＭ変換器４に供給され、ＰＷＭ変換器４からの各相のＰＷＭ信号によりパワー回路５が制御され、ブラシレスモータ６の各相の駆動コイルに各相の駆動電流が供給されてブラシレスモータ６が回転駆動され、位置指令のパルス数に対応した回転角度位置に位置決めされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高速処理が可能で、高価な検出器を用いたフィードバック制御を行うことなく位置決めを行うことのできるセンサーレス３相ブラシレスモータの回転位置制御方法に関する。

ＡＣブラシレスモータには、ＡＣインダクションモータ(ＩＭ形)と、ロータに永久磁石を用いたパーマネントマグネットモータ(ＰＭ形)がある。ＩＭ形、ＰＭ形のブラシレスモータの位置決め方式は、位置指令パルスと位置のフィードバックパルスの偏差値をデジタルあるいはアナログ形式の速度指令として与える位置ループを組むクローズドループ方式が採用されている。センサーレスのモータでは、位置のフィードバックがないので、所謂、ステッピングモータ方式、すなわちオープンループ方式が採用されている。

クローズドループ方式では、偏差(遅れ)を利用した位置、速度、電流の制御を行っている。すなわち、図３に示すように、位置ループ、速度ループおよび電流ループを持つ複雑な回路構成を採用しており、メンテナンス性や環境性に劣っている。また、ループが切れるとモータの脱調、暴走が発生する可能性があり、危険度の高い制御方式である。

一方、オープンループ方式では、１パルスに対応する移動量をもったステッピングモータを利用し、移動量分のパルスを指令することにより位置決めが行われる。しかしながら、分解能の点で劣り、急加速や重負荷で脱調する、保持トルクに限界がある、回転ムラが大きい、効率が悪い、などの欠点がある。

本発明の課題は、フィードバックループを持たない絶対位置同期ベクトル制御方法を利用した３相ブラシレスモータの位置制御方法を提案することにある。

本発明のセンサーレス３相ブラシレスモータの回転位置制御方法は、永久磁石ロータの回転に伴って発生する１相、２相、または３相の正弦波検出信号を取得し、所定のパルス数およびパルス周期の位置・速度指令に基づき、前記正弦波検出信号を補正して、指令速度に対応する周波数を備え、指令位置に対応する位置へ出力の３相を回転させ、前記位置指令に対応した回転角度にモータを位置決めすることを特徴としている。

また、本発明のセンサーレス３相ブラシレスモータの回転位置制御方法は、位置指令と位置フィードバックの偏差を速度指令とする制御方式の代わりに、制御によって指令された位置へ３相を回転させ、３相の電圧と３相回転により目的位置へ位置決めさせることを特徴としている。

すなわち、本発明を適用したセンサーが備わっていないセンサーレスタイプの３相ブラシレスモータの回転位置制御方法では、所定のパルス数およびパルス周期の位置・速度指令に基づき、指令速度に応じた周波数を備え、指定位置に対応する回転位置にモータの３相を回転させるようにしている。換言すると、モータも同じ相となる様に追従し、位置決めが行われる。

ここで、前記正弦波信号に磁束制御のための電圧補正を施し、脱調などの弊害を防止して速度変動率を高めることが望ましい。さらに、この駆動方式はセンサーレス制御であるが、ロータの位置の磁極をフィードバックすることにより、相の位相ズレを検知し、脱調防止に利用することが可能である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した３相ブラシレスモータの位置制御方法を説明する。

(実施の形態１)
図１、２を参照して、センサーレスのブラシレスモータ、例えばＰＭ形のＡＣブラシレスモータの位置制御方法を説明する。図１はセンサーレスモータ位置制御回路の概略構成図であり、図２はその位置決め制御動作を示す説明図である。

モータ位置制御回路１には、ゲイン(電圧)指令および位置・速度指令が入力される。位置・速度指令はパルス入力であり、パルス周期がモータ回転速度を表し、パルス数がモータ回転位置を表している。この位置・速度指令は、モータ位置制御回路１に搭載されているパルス・正弦波変換器２に入力される。

パルス・正弦波変換器２では、速度指令であるパルス周期に応じた周波数を備え、位置指令であるパルス数に応じた回転位置に回転させるために必要なＵ、Ｖの２相の正弦波信号を生成する。これらの信号は、磁束制御器(乗算器)３Ｕ、３Ｖに供給されて磁束制御用のゲイン(電圧)補正が施される。

補正後の正弦波信号Ｕ、ＶはＰＷＭ変換器４に供給される。また、正弦波信号Ｕ、Ｖから生成したＷ相の正弦波信号ＷもＰＷＭ変換器４に供給される。ＰＷＭ変換器４から出力される各相のＰＷＭ信号によりパワー回路５が制御され、ブラシレスモータ６の各相の駆動コイルに各相の駆動電流が供給されてブラシレスモータ６が回転駆動され、位置指令のパルス数に対応した回転角度位置に位置決めされる。

以上説明したように、本発明では、絶対位置同期ベクトル制御方式を採用して、速度、電流にループを持たず、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相の位相を回転させ、遅れの無い位相制御を実現できる。すなわち、入力される指令の位置情報をモータの回転角に置き換え、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相を指定された速度で回転し、位置決めを行う。位置ループは持たず、３相を指令制御で回転させて位置決めを行うことができる。

さらに、外部から磁束を任意に制御することにより、脱調の起きにくいセンサーレスのモータ制御を実現できる。

本発明を適用したセンサーレスのブラシレスモータの位置制御回路の概略構成図である。 図１の位置決め制御動作を示す説明図である。 一般的なモータ駆動制御回路の概略構成図である。

符号の説明

１ 位置制御回路
２ パルス・正弦波変換器
３Ｕ、３Ｖ 磁束制御器(乗算器)
４ ＰＷＭ変換器
５ パワー回路
６ ブラシレスモータ

Claims (3)

1. 永久磁石ロータの回転に伴って発生する１相、２相、または３相の正弦波検出信号を取得し、
   所定のパルス数およびパルス周期の位置・速度指令に基づき、前記正弦波検出信号を補正して、指令速度に対応する周波数を備え、指令位置に対応する位置へ出力の３相を回転させ、
   前記位置指令に対応した回転角度にモータを位置決めすることを特徴とするセンサーレス３相ブラシレスモータの回転位置制御方法。
2. 位置指令と位置フィードバックの偏差を速度指令とする制御方式の代わりに、制御によって指令された位置へ３相を回転させ、３相の電圧と３相回転により目的位置へ位置決めさせることを特徴とするセンサーレス３相ブラシレスモータの回転位置制御方法。
3. 請求項１または２に記載のブラシレスモータの回転位置制御方法において、
   前記正弦波信号に、磁束制御のための電圧補正を施すことを特徴とするセンサーレス３相ブラシレスモータの回転位置制御方法。

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