JP3254056B2 - センサレスブラシレスモータ - Google Patents
センサレスブラシレスモータInfo
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Description
固定子巻線とを備え、三相固定子巻線の電流の切替えを
三相インバータで制御して、起動時には同期モータ動作
を行い、起動後は永久磁石回転子の回転位置に対応した
誘起電圧を検出して直流モータと等価の電気−機械エネ
ルギー変換を行うセンサレスブラシレスモータに関し、
具体的には、永久磁石回転子と三相固定子巻線と三相イ
ンバータと回転位置検出回路とマイクロコンピュータと
転流制御回路とを備え、起動時はマイクロコンピュータ
が永久磁石回転子の回転位置に関係なくインバータ起動
時駆動基準信号とステップ切替えタイミングの出力する
ことにより同期モータ動作を行い、起動後はマイクロコ
ンピュータが回転位置検出回路から永久磁石回転子の回
転位置に対応した信号を入力してインバータ駆動基準信
号を演算して出力することによりセンサレスブラシレス
モータ動作を行う,センサレスブラシレスモータの改良
に関する。
回転子と、三相固定子巻線と、直流電源から給電されて
転流制御信号によりトランジスタ群を所要にオン・オフ
制御して出力線に交流電圧を出力して三相固定子巻線に
給電して転流を制御する三相インバータと、前記三相イ
ンバータの転流を制御する転流制御回路とを備え、永久
磁石回転子の回転に伴って固定子巻線に誘起される電圧
を検出して回転子の回転位置を検出し、該永久磁石回転
子の回転位置に応じて、固定子巻線の電流の切換えを三
相インバータで制御して、三相固定子巻線の誘起電圧の
位相に三相インバータの出力電圧の位相を合わせて直流
モータと等価の電気機械エネルギー変換を行うセンサレ
スブラシレスモータが知られている。このセンサレスブ
ラシレスモータは、感磁素子等の特別なセンサーを必要
とせず、構造がシンプルで、耐環境性、制御性、省線性
に優れ、製作コストが安価で、ファン駆動用や特殊環境
用等広い分野に渡って利用できる。しかし、従来のセン
サレスブラシレスモータは、永久磁石回転子の回転によ
って三相固定子巻線に誘起される電圧を検出する方法と
して、三相固定子巻線の転流(電流を切換えること)を
行う際に三相インバータに発生する転流ノイズの混入を
避けるために、周期的に発生する転流ノイズが削減して
いる期間を狙ってサンプリングする方法が採用されてお
り、この方法では、誘起電圧の検出は、転流から誘起電
圧検出までは転流ノイズが充分に減衰するよう充分な時
間を設ける必要があり、パルス巾変調のような1サイク
ル中に多数回にわたって転流させるインバータの使用は
困難であった。そして、パルス巾変調を行う場合は、充
分大きな時定数を持つ積分器によって転流のノイズを減
衰させる方法もあるが、この方法では誘起電圧検出に関
しても大きな時間遅れを生じ、即応制御が困難になり、
外乱に対して不安定となり、実用できなかった。
るセンサレスブラシレスモータを開発して先に特許出願
を行った(特開昭62−189993号)。このセンサ
レスブラシレスモータは、永久磁石回転子と三相固定子
巻線と三相インバータと転流制御回路と回転位置検出回
路(誘起電圧検出回路)とマイクロコンピュータとを備
えたものである。回転位置検出回路は、三相固定子巻線
と並列に接続された三相抵抗回路の中性点の電位と三相
固定子巻線の中性点の電位とを差動増幅器に入力して三
相固定子巻線の各固定子巻線の誘起電圧に含まれる基本
波の三倍の高調波にのみ対応した所要の矩形波信号を出
力するようになっており、そして、マイクロコンピュー
タは、位相が回転方向に六十度ずつ順に変化する六種類
の二相励磁信号のパターン列からなるインバータ駆動基
準信号を内部のROMに書き込まれていて、起動時に該
インバータ駆動基準信号をリードして、パターン繰り返
し周期が所定短周期になるまで、該パターン繰り返し周
期を漸次速めていくように転流制御回路へ繰り返し送信
して同期モータ的駆動を行い、起動後は前記回転位置検
出回路から矩形波信号を入力して、該矩形波信号の入力
より一つ前のステップ更新から該信号が入力するまでの
時間と該信号の入力から次のステップ更新があるまでの
時間とが等しくなるように、次のパターン繰り返し周期
を演算して次の周期のインバータ駆動基準信号の送信を
行ってセンサレスブラシレスモータ駆動を行う。もっ
て、特開昭62−189993号のセンサレスブラシレ
スモータは、従前のセンサレスブラシレスモータの欠点
を解消することができて、パルス幅変調方式のインバー
タを使用できる一方、従前において使用していたパワー
トランジスタやリアクトル、コンデンサ等が不要となっ
て小形、安価となり、回転位置検出回路の時間遅れも小
さく抑えられる。
の研究によれば、特開昭62−189993号のセンサ
レスブラシレスモータによれば、負荷の変動が大きい場
合は、初期励磁してロータの位置決めする際にロータに
振動が生じる場合があって、振動が治まる前に同期モー
タ動作に移ると、ロータの振動の影響により回転磁界と
ロータの同期が外れてブラシレス同期モータ動作への切
替えができず起動を失敗したり、振動によってロータが
逆転してしまうことがあり、さらに、同期モータ動作時
においても、上記と同様の不安定現象が生じる場合があ
ることが判明した。このため、初期励磁時間はロータの
振動が治まるまでの時間、継続する必要があり、そして
ロータの振動は負荷によって変わるので、振動が大きい
負荷の場合には初期励磁時間を長くする不具合がある。
で、負荷イナーシャが大きい場合や負荷が変動しても安
定した起動特性を有するとともに起動時間が短くなるよ
うに改善されたセンサレスブラシレスモータを提供する
ことを目的としている。
決するための手段として、永久磁石回転子1と、三相固
定子巻線2と、直流電源7から給電されて転流制御信号
によりトランジスタ群U+,V+,W+,U−,V−,
W−を所要にオン・オフ制御して出力線31,32,3
3に交流電圧を出力して三相固定子巻線2の転流を制御
する三相インバータ3と、前記三相インバータ3へ転流
制御信号を出力する転流制御回路4と、前記三相固定子
巻線2の誘起電圧を検出して永久磁石回転子1の回転位
置に応じた回転位置信号e3 を出力する回転位置検出回
路5と、前記回転位置検出回路5と前記転流制御回路4
の間に介設されたマイクロコンピュータ6とを備え、前
記マイクロコンピュータ6は、前記三相インバータ3の
出力が三相励磁信号と二相励磁信号とが位相を三十度ず
つ順に進んで交番し出力するように対応する十二種類の
パターン列であるインバータ起動時駆動基準信号m
1 と、前記三相インバータ3の出力が二相励磁信号が位
相を六十度ずつ順に進んで出力するように対応する六種
類のパターン列であるインバータ駆動基準信号m2 と
が、内部のROM61に書き込まれていて、起動時に前
記インバータ起動時駆動基準信号m1 をリードしてパタ
ーン繰り返し周期を所定短周期になるまで漸次速めてい
くように転流制御回路4へ繰り返し送信し、起動後は、
回転位置信号e3 を入力してパターン繰り返し周期を一
周期毎に所要に演算してインバータ駆動基準信号m2 を
繰り返し送信するようになっていることを特徴とするセ
ンサレスブラシレスモータを提供するものである。
タ3は、転流制御回路4からの転流制御信号e6 を入力
し、トランジスタ群U+,V+,W+,U−,V−,W
−を所要にオン・オフ制御し、出力線31,32,33
より交流を出力して三相固定子巻線2に給電して転流を
制御し、モータを駆動する。マイクロコンピュータ6
は、起動時にあっては、パターン繰り返し周期を漸次速
めていくように演算を行い、インバータ起動時駆動基準
信号m1 をリードする。転流制御回路4は、インバータ
起動時駆動基準信号m1 に対応した転流制御信号を三相
インバータ3へ出力する。このため、三相インバータ3
は、起動時にあっては永久磁石回転子1の回転位置に係
わらず、位相を三十度ずつ順に変化するように交番する
三相励磁信号と二相励磁信号を入力して内部のトランジ
スタ群をオン・オフ制御して出力線31,32,33よ
り二−三相励磁の交流電圧を出力する。従って、三相固
定子巻線2に励磁電流が流れて回転磁界が発生し、該回
転磁界に同期して永久磁石回転子1が回転する。そうし
て、マイクロコンピュータ6がインバータ起動時駆動基
準信号m1 をパターン繰り返し周期を漸次速めていくよ
うに転流制御回路4へ繰り返し送信するから、永久磁石
回転子1が次第に加速されていく。上記場合、インバー
タ起動時駆動基準信号m1 は、1パターン出力する毎
に、ステップ角を三十度進ませて永久磁石回転子1を同
期モータ駆動することになる。そうして、もしも、モー
タ起動時に永久磁石回転子1に振動が発生するときは、
三相固定子巻線2の固定子巻線に振動電流が発生し、該
振動電流が、三相固定子巻線2が三相励磁されるとき
に、互いに反転の関係となって閉回路に流れジュール熱
となって消費し、振動エネルギーが吸収される。そうし
て、マイクロコンピュータ6がインバータ起動時駆動基
準信号m1 をパターン繰り返し周期を所定短周期に速め
て転流制御回路4へ送信した時点で、以上の同期モータ
駆動は終了し、永久磁石回転子1に発生する振動は充分
に小さくなる。
M61からインバータ駆動基準信号m2 をリードし、回
転位置検出回路5から回転位置信号e3 を入力して、パ
ターン繰り返し周期を一周期毎に演算して転流制御回路
4へ繰り返し送信して三相固定子巻線2の誘導電圧の位
相にインバータ3の出力電圧の位相を合わせてセンサレ
スブラシレスモータ駆動を行い、直流モータと等価の電
気−機械エネルギー変換を行う。三相インバータ3は、
起動後にあっては永久磁石回転子1の電気角一回転当た
り六回の転流を生じる二相励磁信号を入力して内部のト
ランジスタ群をオン・オフ制御して出力線31,32,
33より二相励磁の交流電圧を出力するから、三相固定
子巻線2に二相励磁の誘導電流が電気角一回転当たり六
回の転流を生じて、回転磁界が発生し、該回転磁界に同
期して永久磁石回転子1が回転し、永久磁石回転子1が
所定回転速度に加速されていく。
の実施例を図面を参照して説明する。この実施例のセン
サレスブラシレスモータは、図1(a)のブロック回路
に示すように、定常回転において固定子とのギャップ内
の磁束分布が基本波の三倍の次数の高調波を含む形状で
ある永久磁石回転子(ロータ)1と、三本の固定子巻線
21,22,23がY結線されてなる三相固定子巻線2
と、直流電源7から給電されるように接続されていると
ともに三本の出力線31,32,33が前記三相固定子
巻線2の三本の固定子巻線21,22,23の非中性点
側端子と並列的に接続されていて転流制御信号(パルス
幅変調転流制御信号)により所要配列のトランジスタ群
U+,V+,W+,U−,V−,W−をオン・オフ制御
して直流を交流に変換し出力線31,32,33より出
力して三相固定子巻線2に給電して転流を制御する三相
インバータ3と、マイクロコンピュータ6から信号を入
力して所要のパルス幅変調を行い前記三相インバータ3
へ転流制御信号e6 を出力するパルス幅変調方式の転流
制御回路4と、前記三相固定子巻線2の誘起電圧の中か
ら基本波の三倍の高調波を検出して所要の回転位置信号
e3 をマイクロコンピュータ6へ永久磁石回転子1の回
転位置に応じたデータとして出力する回転位置検出回路
5とを備えてなる。この実施例のセンサレスブラシレス
モータは、起動時にあっては、マイクロコンピュータ6
がインバータ起動時駆動基準信号m 1 をリードし、三相
固定子巻線2を二相励磁と三相励磁を交番してかつ回転
磁界のステップ角が30度ずつ進むように、三相インバ
ータ3が転流を行うので、例えばトランジスタU+とV
−とW−がそれぞれオンで、トランジスタV+とW+と
U−がそれぞれオフであるとき三相励磁状態では、モー
タのV端子とW端子が同電位となり、この状態で永久磁
石回転子1が振動すると、電磁誘導によって固定子巻線
22,23のそれぞれに交流電流が発生し、図1(b)
に示すように、電流の振動成分については(ロータを回
転させるための直流成分は含まない)、両相の位相が互
いに反転の関係にあるので、閉回路が構成されてこれに
流れてジュール熱に変わり、振動エネルギーが吸収さ
れ、その結果として、ロータ1の振動が小さくなる。な
お、二相励磁状態では、閉回路が構成されず、振動エネ
ルギーは吸収されない。
1,52,53がY結線されかつ各抵抗線51,52,
53の非中性点側端子が前記三相固定子巻線2の三本の
固定子巻線21,22,23の対応する非中性点側端子
に接続された三相抵抗回路5aを有し、該三相抵抗回路
5aの中性点の電位e2 と前記三相固定子巻線2の中性
点の電位e1 とを差動増幅器5bに入力して三相固定子
巻線2の各固定子巻線の誘起電圧を検出し該誘起電圧に
含まれる基本波の三×n倍の高調波の中から永久磁石回
転子1の所定回転位置に応じた基本波の三倍の高調波に
のみ対応した所要の回転位置信号e3 を出力するように
構成されている。なお、回転位置検出回路5において、
永久磁石回転子1の所定回転位置に応じた基本波の三倍
の高調波を検出でき、基本波の三倍の高調波に応じた所
要の回転位置信号e3 を出力できることは、特開昭62
−189993号の明細書中に第2図の等価回路を示し
て電磁気学理論として詳細に説明し公知となっているの
で、本願では理論的証明を省略する。
動時駆動基準信号m1 と、インバータ駆動基準信号m2
と、起動時パターン繰り返し周期決定プログラムp
1 と、起動後パターン繰り返し周期決定プログラムp2
が内部のROM61に書き込まれている。図2(a)
は、インバータ起動時駆動基準信号m1 に基づいて作動
する三相インバータの六個のトランジスタU+,V+,
W+,U−,V−,W−のオン・オフを示すファンクシ
ョンテーブルであり、「1」はオン、「0」はオフを示
し、20 〜25 は六個のトランジスタU+,V+,W
+,U−,V−,W−に対応している。図2(b)は、
インバータ起動時駆動基準信号m1 に基づいて、三相イ
ンバータが二−三相励磁駆動するときの電流ベクトルの
向きを示す。図3(a)は、インバータ駆動基準信号m
2 に基づいて作動する三相インバータの六個のトランジ
スタU+,V+,W+,U−,V−,W−のオン・オフ
を示すファンクションテーブルであり、図3(b)は、
インバータ駆動基準信号m2 に基づいて、三相インバー
タが二相励磁駆動するときの電流ベクトルの向きを示
す。従って、インバータ起動時駆動基準信号m1 は、図
2(a)のファンクションテーブルに示すようにパター
ン0━1━2━3━4━5━6━7━8━9━10━1
1の順にトランジスタU+,V+,W+,U−,V−,
W−がオン・オフするように、三相励磁信号と二相励磁
信号とが位相を三十度ずつ順に進んで交番し出力する十
二種類のパターン列としてROM61に書き込まれてい
るものであり、同様に、インバータ駆動基準信号m
2 は、図3(a)のファンクションテーブルに示すよう
にパターン0━1━2━3━4━5の順にトランジスタ
U+,V+,W+,U−,V−,W−がオン・オフする
ように、二相励磁信号の位相が六十度ずつ順に進んで出
力する六種類のパターン列としてROM61に書き込ま
れているものである。起動時パターン繰り返し周期決定
プログラムp1 は、インバータ起動時駆動基準信号m1
をリードする順序とタイミングが決められており、起動
後パターン繰り返し周期決定プログラムp2 がインバー
タ駆動基準信号m2 をリードする順序とタイミングが決
められている。プログラムp1 からプログラムp2への
切替えは、プログラムp1 において起動時パターン繰り
返し周期をタイマー管理していて誘起電圧e4 が充分に
安定して検出できるモータ回転数に達したら、例えば1
800r.p.mになったらプログラム切替え信号をプ
ログラムp2へ伝達するようになっている。図2(b)
に示すように、二−三相励磁のときは、パターンが切り
替わる度に、電流ベクトルは電気角で30度進み、回転
磁界のステップ角も30度進み、また図3(b)に示す
ように、二相励磁のときは、パターンが切り替わる度
に、電流ベクトルは電気角で60度進み、回転磁界のス
テップ角も60度進む。
動時パターン繰り返し周期決定プログラムp1 が作用し
てROM61から前記インバータ起動時駆動基準信号m
1 の十二種類のパターン列の中、制振を行うための初期
励磁として、最初は三相励磁信号となるようにリードし
て転流制御回路4へ約0.1秒間送信し、次いで、パタ
ーンの配列順に二相励磁信号━三相励磁信号━二相励磁
信号・・・と交番するようにリードして転流制御回路4
へ繰り返し送信し、起動時の最後は、起動後の励磁が二
相励磁であるため、二相励磁信号となるようにリードし
て転流制御回路4へ送信して終了するように構成されて
いる。ROM61には、パターン繰り返し周期を漸次速
めていくように上記のインバータ起動時駆動基準信号m
1 の繰り返し送信を行うプログラムp1 がライトされて
いる。このプログラムp1 は、基本クロックをタイマー
管理してパターン繰り返し周期を演算し、永久磁石回転
子1が高回転に推移して、例えば1800r.p.mと
なって、ステップ切替えタイミングと誘起電圧検出信号
との位相差が例えば30度となり、この時のパターン繰
り返し周期(所定短周期)になるまで該パターン繰り返
し周期を漸次速めていくようにプログラムされている。
そして、このプログラムp1 は、パターン繰り返し周期
が所定短周期になったことを検知すると、起動後パター
ン繰り返し周期決定プログラムp2 をリードする。
動後パターン繰り返し周期決定プログラムp2 が作用し
て前記回転位置検出回路5から回転位置信号e3 を入力
して該回転位置信号e3 からパターン繰り返しの一周期
毎に、一つ前のステップ更新から該信号が入力するまで
の時間と該信号の入力から次のステップ更新があるまで
の時間とが等しくなるように、次のパターン繰り返し周
期を演算するとともに、ROM61から前記インバータ
駆動基準信号m2 をリードして三相固定子巻線2の誘起
電圧の位相にインバータ3の出力電圧の位相を合わせて
それまでの同期モータ的駆動からセンサレスブラシレス
モータ駆動(=直流モータ的駆動)に変換するための切
替え調整として、最初の基準信号の送信を不連続に所要
角度例えば30度進めるように転流制御回路4へ送信す
るようにして、インバータ駆動基準信号m2 の送信を各
周期毎に演算して繰り返し送信するように構成されてい
る。なお、インバータ駆動基準信号m2 のステップ切替
えタイミングを不連続に所要角度進めるように転流制御
回路4へ送信するのは、起動時の初期に固定子巻線2の
誘起電圧の位相がインバータ3の出力電圧の位相よりも
90度進んだ状態で起動が行われ、例えば1800r.
p.mになると、負荷の大小により位相差が0から約4
5°の範囲に小さくなる、一般的には30度に小さくな
るが、起動時の同期モータ的駆動から起動後のセンサレ
スブラシレスモータ駆動に変換するには、固定子巻線2
の誘起電圧の位相にインバータ3の出力電圧の位相を合
わせるためである。
後パターン繰り返し周期決定プログラムp2 の作用によ
り起動後は、インバータ駆動基準信号m2 の送信と並行
して、前記回転位置信号e3 に基づいて永久磁石回転子
1の回転速度に対応した回転速度対応信号e4 を前記転
流制御回路4へ出力するようになっている。
タ起動時駆動基準信号m1 に対し内部のリミッタ回路4
1のリミット一杯にパルス幅変調して転流制御信号を前
記三相インバータ3へ出力し、起動後はマイクロコンピ
ュータ6から前記インバータ駆動基準信号m2 と回転速
度対応信号e4 とを入力し、前記インバータ駆動基準信
号m2 と外部から入力される速度指令e5 とを比較器4
3において比較し比較結果の符号に基づいてパルス幅変
調部(PWM)42において増減方向を適切に決定し、
前記インバータ駆動基準信号m2 と速度指令e5 との偏
差を解消するように前記インバータ駆動基準信号m2 に
対して所要にパルス幅変調して転流制御信号4aを前記
三相インバータ3へ出力するようになっている。
央から左半分が極低速時の同期モータ的動作であり、右
半分が直流モータ的動作である。(a)はマイクロコン
ピュータの基本クロック、(b)マイクロコンピュータ
において三相インバータの出力電圧波形を生成する基と
なるステップ切換えタイミング信号で、右半分の矩形波
の立ち上がりと立ち下がりのエッジがステップ切換えタ
イミングであり、(c)は誘起電圧中の基本波の三倍の
高調波を差動増幅器で検出して波形整形した後の回転位
置信号、(d)は波形整形前の誘起電圧検出信号、
(e)は三相インバータのトランジスタ群がオン・オフ
していない状態でモータが回転するときに一相の固定子
巻線に生起する誘起電圧、(f)と(g)は三相インバ
ータの一相分の対のトランジスタをオン・オフ制御する
制御信号、(h)は三相インバータより出力される一相
の固定子巻線に印加されるパルス幅変調されたインバー
タ出力電圧を示している。(f)と(g)と(h)にお
いて、多数の直線状の縦の点線は波形がパルス巾変調を
受けていることを示している。(e)と(h)との位相
のずれを考察すると、極低速時の固定子巻線の誘起電圧
の位相が三相インバータの出力電圧の位相に対して約9
0°位相が進んでいることが分かる。
ブラシレスモータの作用を説明する。速度指令e5 を転
流制御回路4に与え、モータを駆動すると、直流電源7
から三相インバータ3へ電流が流れ、マイクロコンピュ
ータ6が、起動時は、ROM61に書き込まれているイ
ンバータ起動時駆動基準信号m1 をリードし、また起動
後は、インバータ駆動基準信号m2 をリードして転流制
御回路4へ送信し、このため、三相インバータ3は、マ
イクロコンピュータ6から送信される信号をパルス幅変
調して出力する転流制御回路4からの転流制御信号e6
を入力し、トランジスタ群U+,V+,W+,U−,V
−,W−を所要にオン・オフ制御し、出力線31,3
2,33に交流電圧を出力して三相固定子巻線2に給電
して転流を制御する。
ては、ROM61に書き込まれている二種類の信号モー
ドの中、インバータ起動時駆動基準信号m1 をリードし
て転流制御回路4へ送信する。インバータ起動時駆動基
準信号m1 のパターン繰り返し周期は、マイクロコンピ
ュータ6が内部クロックに基づいてタイマー管理して漸
次速めていくように演算する。マイクロコンピュータ6
は、制振を行うための初期励磁として、最初は三相励磁
信号となるようにリードして転流制御回路4へ送信し、
次いで、パターンの配列順に二相励磁信号━三相励磁信
号━二相励磁信号・・・と交番するようにリードして転
流制御回路4へ繰り返し送信し、起動時の最後は、起動
後の励磁が二相励磁であるため、二相励磁信号となるよ
うにリードして転流制御回路4へ送信する。転流制御回
路4は、インバータ起動時駆動基準信号m1 に対し内部
のリミッタ回路41のリミット一杯にパルス幅変調して
転流制御信号を三相インバータ3へ出力する。このた
め、三相インバータ3は、起動時にあっては永久磁石回
転子1の回転位置に係わらず、永久磁石回転子1の電気
角一回転あたり十二回の転流を生じるように、パターン
繰り返し周期を管理されかつパルス幅変調された位相を
三十度ずつ順に変化するように交番する三相励磁信号と
二相励磁信号を入力して内部のトランジスタ群をオン・
オフ制御して出力線31,32,33より二−三相励磁
の交流電圧を出力する。従って、三相固定子巻線2に励
磁電流が流れて、固定子巻線21,22,23の各誘起
電圧がそれぞれ対応する三相インバータ3の出力線3
1,32,33の各出力電圧に対して約90°位相が進
んだ状態に回転磁界が発生し、該回転磁界に同期して永
久磁石回転子1が回転する。この場合、インバータ起動
時駆動基準信号m1 は、三相励磁信号と二相励磁信号と
が位相を三十度ずつ順に変化するように交番する十二種
類のパターン列であるから、前記回転磁界は永久磁石回
転子1が電気角十二分の一回転する毎に、ステップ角を
三十度進ませて永久磁石回転子1を同期モータ駆動する
ことになる。そうして、もしも、モータ起動時に永久磁
石回転子1に振動が発生するときは、三相固定子巻線2
の固定子巻線に振動電流が発生し、該誘導電流が、三相
固定子巻線2が三相励磁されるときに、互いに反転の関
係となって閉回路に流れジュール熱となって消費し、振
動エネルギーが吸収され、その結果として、三相固定子
巻線2が三相励磁されるときには永久磁石回転子1の振
動を閉回路とはならない二相励磁のときに比べて大きく
抑制することができ、同期モータ動作時間を短縮でき、
永久磁石回転子1の逆転現象が起こりづらくなり、負荷
が変動したり負荷イナーシャが大きい場合でも安定した
起動特性が得られる。なお、永久磁石回転子1の加速に
連動して三相固定子巻線2の誘起電圧のインバータ3の
出力電圧に対する進み具合が次第に減小していくととも
に、三相固定子巻線2の誘起電圧の三倍の高調波と回転
位置検出回路5の回転位置信号e3 との位相差も同様に
減小していく。そうして、マイクロコンピュータ6がイ
ンバータ起動時駆動基準信号m1 をパターン繰り返し周
期を所定短周期(例えば、永久磁石回転子1の回転数に
換算して1800r.p.m)に速めて転流制御回路4
へ送信した時点で、以上の同期モータ駆動は終了し、以
後、永久磁石回転子1に発生する振動は極めて小さくな
る。
ッチングしていたパターン繰り返し周期が所定短周期に
なると、ROM61からリードする信号モードをインバ
ータ起動時駆動基準信号m1 からインバータ駆動基準信
号m2 に切替えてリードして転流制御回路4へ送信す
る。そして、マイクロコンピュータ6は、必要な場合に
はステップ切替えタイミングを不連続に所要角度進める
ようにインバータ駆動基準信号m2 をステップ更新して
転流制御回路4へ送信して三相固定子巻線2の固定子巻
線21,22,23の誘導電圧の位相にインバータ3の
出力電圧の位相を進ませて合わせ、直流モータと等価の
電気−機械エネルギー変換を行う。さらに、マイクロコ
ンピュータ6は、この時点より前記回転位置検出回路5
から回転位置信号e3 を入力して、この信号から一周期
毎にパターン繰り返し周期を所要に演算してインバータ
駆動基準信号m2 を繰り返し送信してセンサレスブラシ
レスモータ駆動を行う。さらにマイクロコンピュータ6
は、回転位置信号e3 に基づいて回転速度対応信号e4
を転流制御回路4へ出力する。従って、転流制御回路4
は、起動後はインバータ駆動基準信号m2 と回転速度対
応信号e4 とを入力し、インバータ駆動基準信号m2 と
外部から入力される速度指令e5 とを比較し比較結果の
符号に基づいてパルス幅変調の増減方向を適切に決定
し、インバータ駆動基準信号m2 に対して所要にパルス
幅変調して転流制御信号e6 を三相インバータ3へ出力
する。このため、三相インバータ3は、起動後にあって
は永久磁石回転子1の電気角一回転当たり六回の転流を
生じる所要にパルス幅変調された二相励磁信号を入力し
て内部のトランジスタ群をオン・オフ制御して出力線3
1,32,33より二相励磁の交流電圧を出力する。従
って、三相インバータ3から三相固定子巻線2に給電さ
れる二相励磁電流が永久磁石回転子1の電気角一回転あ
たり六回の転流を生じて、固定子巻線21,22,23
の各誘起電圧がそれぞれ対応する三相インバータ3の出
力線31,32,33の各出力電圧に対して位相が等し
い状態に回転磁界が発生し、該回転磁界に同期して永久
磁石回転子1が回転する。そうして、転流制御回路4が
回転速度対応信号e4 と外部から入力される速度指令e
5 とを比較し比較結果の符号に基づいてパルス幅変調の
増減方向を適切に決定し、回転速度対応信号e4 と速度
指令e5 との偏差を漸減するように転流制御信号を出力
するから、これに従って永久磁石回転子1が所定回転速
度に加速されていく。
めの初期励磁を達成するのに要した時間は、従来では
0.3秒かかったのに対し、本発明では0.1秒しかか
からず、また初期励磁を含めて同期モータ動作が終了す
るまでの時間は、従来では2.5秒かかったのに対し、
本発明ではたった0.3秒しかかからなかった。
はない。例えば、上記実施例では、マイクロコンピュー
タ6は、起動時から起動後の切替えに際して三相固定子
巻線2の誘導電圧の位相にインバータ3の出力電圧の位
相を進ませて合わせるため、ステップ切替えタイミング
を不連続に所要角度進めるように、インバータ駆動基準
信号m2 をステップ更新して転流制御回路4へ送信する
ようになっているが、これは必要的ではない。その理由
は、起動の初期は、確かに、固定子巻線21,22,2
3の各誘起電圧がそれぞれ対応する三相インバータ3の
出力線31,32,33の各出力電圧に対して約90°
位相が進んだ状態に回転磁界が発生するが、回転数が高
まると位相ずれが0°に近づくことが多くそうした場合
には位相合わせの必要はなく、位相合わせが必要なとき
は、回転数が高まっても位相ずれが20°〜30°位残
るような使用条件のときにのみ実施すれば足りる。また
本発明は、三相インバータ3として、パルス幅変調方式
のものでなく、振幅変調方式のものを採用し、これに伴
い、転流制御回路4のリミッタ回路41とパルス幅変調
部(PWM)42に変えて、電流制限回路と振幅変調部
(PAM)とを採用しても良い。また、回転位置検出回
路5は、誘起電圧を検出する構造のものではなく、永久
磁石回転子1の回転位置信号が検出できれば良く、特開
昭59−127591号の電動機の制御装置や特公昭5
8−25038号の無整流子電動機の回転子位置検出回
路に示される回転位置の検出方法を採用した構造のもの
でも良い。
サレスブラシレスモータによれば、モータ起動時に三相
固定子巻線において、三相励磁信号と二相励磁信号とが
位相を三十度ずつ交番して進むように三相インバータが
直流を三相交流に変換しうるインバータ起動時駆動基準
信号を、マイクロコンピュータから転流制御回路へ出力
するように構成したので、永久磁石回転子が電気角十二
分の一回転する毎に、回転磁界をステップ角を三十度進
ませて永久磁石回転子を二相と三相の交番励磁により同
期モータ駆動することになり、従来のように、永久磁石
回転子が電気角六分の一回転する毎に、回転磁界をステ
ップ角を六十度進ませて永久磁石回転子を二相励磁によ
り同期モータ駆動する場合に比して、回転磁界が効率的
に機械エネルギーに変換されることに加えて、モータ起
動時に三相固定子巻線を三相励磁するときに永久磁石回
転子に発生する振動のために、三相固定子巻線の固定子
巻線に生起する誘起電圧(振動成分電圧)の両相の位相
が、互いに反転の関係となって振動成分電流について電
流の閉回路を構成しジュール熱となって消費し、振動エ
ネルギーが吸収され、その結果として、三相固定子巻線
が二−三相励磁されるときには、従来のように、閉回路
とはならない二相励磁のときに比べて、永久磁石回転子
の振動を機械的でなく電気的に大きく抑制することがで
き、上記実験結果のように、同期モータ動作時間を短縮
でき、永久磁石回転子の逆転現象が起こりづらくなり、
負荷が変動したり負荷イナーシャが大きい場合でも安定
した起動特性が得られる。
スモータのブロック回路、(b)は起動時の三相励磁の
ときに振動成分電圧の閉回路が生ずることを説明する
図。
タ群がインバータ起動時駆動基準信号に基づいて作動す
るオン・オフのパターン列を示すファンクションテーブ
ルであり、(b)は、インバータ起動時駆動基準信号に
基づいて、三相インバータが二−三相励磁駆動するとき
の電流ベクトルの向きを示す図。
タ群がインバータ駆動基準信号に基づいて作動するオン
・オフのパターン列を示すファンクションテーブルであ
り、(b)は、インバータ起動時駆動基準信号に基づい
て、三相インバータが二相励磁駆動するときの電流ベク
トルの向きを示す図。
のブロック回路のタイミングチャート。
Claims (1)
- 【請求項1】 永久磁石回転子と、三相固定子巻線と、
直流電源から給電されて転流制御信号によりトランジス
タ群を所要にオン・オフ制御して出力線に交流電圧を出
力して三相固定子巻線の転流を制御する三相インバータ
と、前記三相インバータへ転流制御信号を出力する転流
制御回路と、前記三相固定子巻線の誘起電圧を検出して
永久磁石回転子の回転位置に応じた回転位置信号を出力
する回転位置検出回路と、前記回転位置検出回路と前記
転流制御回路の間に介設されたマイクロコンピュータと
を備え、前記マイクロコンピュータは、前記三相インバ
ータの出力が三相励磁信号と二相励磁信号とが位相を三
十度ずつ順に進んで交番し出力するように対応する十二
種類のパターン列であるインバータ起動時駆動基準信号
と、前記三相インバータの出力が二相励磁信号が位相を
六十度ずつ順に進んで出力するように対応する六種類の
パターン列であるインバータ駆動基準信号とが、内部の
ROMに書き込まれていて、起動時に前記インバータ起
動時駆動基準信号をリードしてパターン繰り返し周期を
所定短周期になるまで漸次速めていくように転流制御回
路へ繰り返し送信し、起動後は、回転位置信号を入力し
てパターン繰り返し周期を一周期毎に所要に演算してイ
ンバータ駆動基準信号を繰り返し送信するようになって
いることを特徴とするセンサレスブラシレスモータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20872293A JP3254056B2 (ja) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | センサレスブラシレスモータ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20872293A JP3254056B2 (ja) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | センサレスブラシレスモータ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0746882A JPH0746882A (ja) | 1995-02-14 |
JP3254056B2 true JP3254056B2 (ja) | 2002-02-04 |
Family
ID=16561006
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20872293A Expired - Lifetime JP3254056B2 (ja) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | センサレスブラシレスモータ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3254056B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5338930B2 (ja) * | 2012-02-20 | 2013-11-13 | ダイキン工業株式会社 | モータ駆動制御装置 |
JP5338929B2 (ja) * | 2012-02-20 | 2013-11-13 | ダイキン工業株式会社 | モータ駆動制御装置 |
-
1993
- 1993-07-30 JP JP20872293A patent/JP3254056B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0746882A (ja) | 1995-02-14 |
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