JP5634538B2 - Brushless motor driving device and starting method, and brushless fan motor driving device and starting method - Google Patents
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Description
本発明は、ブラシレスモータの駆動装置及び始動方法、並びにブラシレスファンモータの駆動装置及び始動方法に関する。 The present invention relates to a brushless motor driving device and a starting method, and a brushless fan motor driving device and a starting method.
ロータが永久磁石を有するタイプのブラシレスモータは、ロータの回転位置を検出する位置センサを設けずに位置センサレスで駆動制御を行うことがある。この場合には、開放区間(非通電相)のモータ端子に現れる誘起電圧と等価中性点電位をコンパレータに入力して得られるパルス信号のエッジ間隔からロータの回転位置を検出している。ところが、ブラシレスモータの始動時など、回転数がゼロである場合や回転数が極めて小さい場合には、誘起電圧が発生しないか極めて小さいので、回転位置の検出に十分な信号が得られなかった。 A brushless motor of a type in which the rotor has a permanent magnet may perform drive control without a position sensor without providing a position sensor for detecting the rotational position of the rotor. In this case, the rotational position of the rotor is detected from the edge interval of the pulse signal obtained by inputting the induced voltage and the equivalent neutral point potential appearing at the motor terminal in the open section (non-energized phase) to the comparator. However, when the number of rotations is zero or when the number of rotations is extremely low, such as when a brushless motor is started, an induced voltage is not generated or is extremely small, so that a signal sufficient for detecting the rotation position cannot be obtained.
ロータの停止位置を検出する従来の方法としては、3相のコイルに印加される電圧を検出し、電圧の立ち上がり時間の差からコイルのインダクタンスを検出して、永久磁石の磁極と対向しているコイルを判断することがあげられる(特許文献1参照)。なお、コイルによる磁束の方向と鉄心の磁束の方向とが一致していないときには、電流を流したときに鉄心の残留磁化によって電流を流す前後でインピーダンスが変化する。そこで、特許文献1に開示されている駆動装置では、同じ相に連続して二回以上電流を流し、二回目以降の電圧の立ち上がり時間が最小となるコイルを検出している。
As a conventional method for detecting the stop position of the rotor, the voltage applied to the three-phase coil is detected, the inductance of the coil is detected from the difference in the rise time of the voltage, and is opposed to the magnetic pole of the permanent magnet. The coil is judged (see Patent Document 1). When the direction of the magnetic flux by the coil and the direction of the magnetic flux of the iron core do not match, the impedance changes before and after the current is passed due to the residual magnetization of the iron core when the current is passed. Therefore, in the driving device disclosed in
他のロータ停止位置の検出方法としては、ロータが動かない程度の短いパルス電流を1つのコイルから他の2つのコイルに同時に流して3相通電を行い、電流をオフしたときに2つのコイルに発生する方形波パルス電圧のパルス幅を検出することでロータ停止位置を判定するものがある(例えば、特許文献2参照)。2つのコイルに同時に発生する2つの方形波パルス電圧のパルス幅は、ロータの停止位置の違いによって微妙に変化するので、両者を比較することでロータ停止位置が特定される。 As another method for detecting the rotor stop position, a short pulse current that does not cause the rotor to move is simultaneously supplied from one coil to the other two coils to conduct three-phase energization. There is one that determines the rotor stop position by detecting the pulse width of the generated square wave pulse voltage (see, for example, Patent Document 2). Since the pulse widths of the two square wave pulse voltages generated simultaneously in the two coils slightly change depending on the difference in the rotor stop position, the rotor stop position is specified by comparing the two.
また、ブラシレスモータを始動させる従来の方法としては、ロータ位置を検出せずに、強制的に通電切り替えを行うオープンループ強制通電を実施し、ロータ位置が検出できるようになったら、前記したパルス信号に基づいて通電切り替えを制御するようにしたものがある(例えば、特許文献3参照)。
この他にも、特定位置にロータを位置決めする第一の通電パターンを通電してロータ位置を特定位置に吸い付けてロック状態とし、そこから60°進んだ第二の通電パターンを微小時間通電した後、第二の通電パターンからさらに60°進んだ第三の通電パターンを通電することでブラシレスモータを始動する方法がある(例えば、特許文献4参照)。
Also, as a conventional method for starting the brushless motor, the open pulse forced energization for forcibly switching the energization is performed without detecting the rotor position, and when the rotor position can be detected, the pulse signal described above is used. There is one in which the energization switching is controlled based on (see, for example, Patent Document 3).
In addition to this, the first energization pattern for positioning the rotor at a specific position is energized to suck the rotor position to the specific position to be in a locked state, and the second energization pattern advanced by 60 ° is energized for a short time. Thereafter, there is a method of starting the brushless motor by energizing a third energization pattern advanced by 60 ° from the second energization pattern (see, for example, Patent Document 4).
ここで、外部負荷によってブラシレスモータが逆回転している場合の始動方法としては、例えば、特許文献5に開示されているものがある。最初に、3相通電でロータの回転数を低下させた後、3相通電中に通電のON/OFFを繰り返し、相電流がゼロになる位置と位相差を調べる。電流の位相差から回転方向を判定し、逆回転状態にあると判定された場合には、各相のゼロ点の発生周期から逆転周波数を求める。逆転周波数の交流電流を供給して引き込みを行った後、その周波数を逆転方向から徐々に正転方向の周波数に変化させて、ロータの回転数を所望の回転数まで引き上げて起動する。
Here, as a starting method in the case where the brushless motor rotates in reverse by an external load, for example, there is one disclosed in
しかしながら、ロータの停止位置を検出する際、特許文献1に開示されているような方法では、ロータ停止位置を検出する停止位置検出回路を構成するトランジスタや抵抗、コンパレータなどを追加しなければならず、装置構成が複雑化する要因になっていた。また、電圧の立ち上がり時間の差は小さいので、インダクタンスの差も微小になってしまい、精度の良い判定が難しかった。
特許文献2に開示されているような方法は、特別な回路を不要とするメリットを有するが、3相通電では印加電圧によるインダクタンスの差は小さいので、方形波パルス電圧のパルス幅の差が小さくなってしまい、精度の良い検知が難しかった。
また、ブラシレスモータを始動させる従来の方法で、オープンループ強制通電をする場合、外乱に弱く、ブラシレスモータのパラメータ依存性が大きいのでパラメータの設定が困難であった。また、強制通電を継続することで徐々にロータが回転し始めるようになるので、始動に要する時間が長くかかり、始動時のトルクも小さかった。なお、強制的な通電切り替えを多数回行うと、外乱の影響をさらに受け易くなってしまう。
所定の通電パターンでロータをロック状態にする場合や、インダクタンスを測定する場合も、ブラシレスモータが回転し始めてからロータ位置が検出できるようになるまでの間は、オープンループ強制通電を行う必要があるので、同様の課題を有する。さらに、ロータをロック状態にする場合、イナーシャの大きいモータでは、ロータを位置決めするまでに長い時間が必要であった。
逆回転状態から始動する場合、相電流がゼロになる位置を調べてから、回転方向や回転の周波数を算出するので、複雑な処理が必要であった。また、逆転方向から徐々に正転方向の周波数に変化させるので、始動までに長い時間が必要だった。
この発明は、このような事情に鑑みてなれたものであり、簡単な方法で短時間にモータを始動させ、かつ始動時に大きいトルクが得られるようにすることを主な目的とする。
However, when detecting the rotor stop position, the method disclosed in
The method as disclosed in
In addition, when the open-loop forced energization is performed by the conventional method of starting the brushless motor, it is difficult to set parameters because it is vulnerable to disturbance and the parameter dependence of the brushless motor is large. Further, since the rotor starts to rotate gradually by continuing the forced energization, it takes a long time to start and the torque at the start is small. Note that if forced energization switching is performed many times, it will be more susceptible to disturbances.
Even when the rotor is locked with a predetermined energization pattern or when measuring the inductance, it is necessary to perform forced open-loop energization until the rotor position can be detected after the brushless motor starts rotating. So it has a similar problem. Furthermore, when the rotor is locked, a long inertia time is required for a motor having a large inertia until the rotor is positioned.
When starting from the reverse rotation state, the rotation direction and the frequency of rotation are calculated after checking the position where the phase current becomes zero, so that complicated processing is required. In addition, since the frequency is gradually changed from the reverse direction to the normal direction, it takes a long time to start.
The present invention has been made in view of such circumstances, and a main object thereof is to start a motor in a short time by a simple method and to obtain a large torque at the time of starting.
上記の課題を解決する本発明の請求項1に係る発明は、ブラシレスモータを駆動させるブラシレスモータの駆動装置であって、複数相の通電切り替え用の複数のスイッチング素子を有するインバータ回路と、前記スイッチング素子のオンとオフとを切り替えるパルス変調信号のデューティを決定するデューティ決定手段と、前記ブラシレスモータの始動時に、前記ブラシレスモータのロータの停止位置に合わせた始動励磁パターンを初期通電時間だけ通電した後、該通電を停止して前記ブラシレスモータの前記ロータをフリーランさせる通電パターン決定手段と、前記フリーラン中にモータ端子に発生する誘起電圧から前記ロータの位置を検出して励磁タイミングを決定する励磁切り替えタイミング演算手段と、前記誘起電圧から前記ロータの位置を検出できない場合、前記ブラシレスモータが逆回転していると判定し、前記ブラシレスモータを停止させる通電パターンの通電を予め定められた一定時間行うブレーキ停止手段と、を有し、前記デューティ決定手段は、前記始動励磁パターンの通電においてパルス変調信号のデューティを50%にし、前記フリーラン中において前記パルス変調信号のデューティを0%にし、前記フリーラン中に前記誘起電圧から前記ロータの位置を検出できた場合、前記フリーランが終了した後に前記パルス変調信号のデューティを50%にしてからデューティを徐々に増加させ100%にすることを特徴とするブラシレスモータの駆動装置とした。
このブラシレスモータの駆動装置では、始動したときにロータの回転位置を正しく検出できるように、一旦加速した後にフリーラン状態にし、フリーラン中に発生する誘起電圧からロータ位置を検出する。このときの誘起電圧は、パルス幅変調信号などの影響を受けない状態なので、ロータ位置が正しく検出される。ロータ位置を検出した後は通常の通電切り替えを実施する。
The invention according to
In this brushless motor drive device, after accelerating, it is put into a free-run state and the rotor position is detected from the induced voltage generated during the free-run so that the rotational position of the rotor can be correctly detected when it is started. Since the induced voltage at this time is not affected by the pulse width modulation signal or the like, the rotor position is correctly detected. After detecting the rotor position, normal energization switching is performed.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載のブラシレスモータの駆動装置において、前記初期通電時間は、前記ロータが回転を開始してから1回目の通電切り替えタイミングまでの時間以下の長さであることを特徴とする。
このブラシレスモータの駆動装置では、ロータがステータに吸い付いて逆トルクが発生しない範囲内で加速が行われるので、ロータ位置の検出に十分な回転速度でフリーランさせることができる。
Invention, apparatus for driving a brushless motor according to
In this brushless motor drive device, acceleration is performed within a range in which the rotor is not attracted to the stator and reverse torque is generated, so that the free-running can be performed at a rotational speed sufficient to detect the rotor position.
請求項3に係る発明は、請求項1又は請求項2に記載のブラシレスモータの駆動装置において、前記励磁切り替えタイミング演算手段は、フリーラン中に2回目以降にモータ端子に発生する誘起電圧の信号の時間間隔から励磁タイミングを演算することを特徴とする。
このブラシレスモータの駆動装置は、フリーランさせたときに1回目に発生する信号は、コイルに溜まっていたエネルギによる方形波パルス電圧である可能があるので、この信号を使用せずに、2回目以降の信号を使用することで検出精度を向上させる。
According to a third aspect of the present invention, in the brushless motor driving device according to the first or second aspect, the excitation switching timing calculation means is a signal of an induced voltage generated at the motor terminal at the second time or later during the free run. The excitation timing is calculated from the time interval.
In this brushless motor drive device, the signal generated for the first time when free-running may be a square wave pulse voltage due to the energy accumulated in the coil. Therefore, the second time without using this signal. Detection accuracy is improved by using subsequent signals.
請求項4に係る発明は、ブラシレスモータを始動させる始動方法であって、前記ブラシレスモータのロータの停止位置に合わせた始動励磁パターンを初期通電時間だけ通電する第1のステップと、前記第1のステップの後、通電を停止して前記ブラシレスモータの前記ロータをフリーランさせる第2のステップと、前記フリーラン中にモータ端子に発生する誘起電圧から前記ロータの位置を検出する第3のステップと、前記誘起電圧から前記ロータの位置を検出できた場合、検出した前記ロータの位置に基づいて励磁パターンの切り替えを行う第4のステップと、前記誘起電圧から前記ロータの位置を検出できない場合、前記ブラシレスモータが逆回転していると判定し、前記ブラシレスモータを停止させる通電パターンの通電を予め定められた一定時間行う第5のステップと、を有し、前記第1のステップでは、デューティを50%にし、前記第2のステップ及び前記第3のステップでは、デューティを0%にし、前記第4のステップでは、通電におけるデューティを50%にしてからデューティを徐々に増加させ100%にすることを特徴とするブラシレスモータの始動方法とした。
このブラシレスモータの始動方法では、ロータが回転を始めたら通電を停止してフリーラン状態にする。このときに発生する誘起電圧から回転中のロータの位置を検出する。これ以降は、検出したロータの位置に基づいて通常の通電切り替えを実施してブラシレスモータの駆動制御を行う。
The invention according to
In this brushless motor starting method, when the rotor starts to rotate, the energization is stopped and a free-run state is set. The position of the rotating rotor is detected from the induced voltage generated at this time. Thereafter, normal energization switching is performed based on the detected rotor position to control the drive of the brushless motor.
請求項5に係る発明は、請求項4に記載のブラシレスモータの始動方法において、前記初期通電時間は、前記ロータが回転を開始してから1回目の通電切り替えタイミングまでの時間以下の長さであり、前記ロータの位置を検出する前記第3のステップは、ロータを回転させたときにモータ端子に発生する誘起電圧が4回目発生するまでの間に行われることを特徴とする。
このブラシレスモータの始動方法では、始動時に1回目の通電切り替えタイミングに相当する時間まで加速を行ってからフリーランさせ、4回目の通電切り替えタイミングに相当する時間までにロータの位置を検知する。
Invention provides a method of starting a brushless motor according to
In this brushless motor starting method, at the time of starting, acceleration is performed until a time corresponding to the first energization switching timing, free running is performed, and the position of the rotor is detected by a time corresponding to the fourth energization switching timing.
請求項6に係る発明は、請求項4に記載のブラシレスモータの始動方法において、前記ブラシレスモータを駆動可能な励磁パターンを複数選択し、各々の励磁パターンをロータが回転しない時間範囲で順番に通電させ、励磁パターンを切り替えたときに前記ブラシレスモータのコイルに発生する方形波パルス電圧のパルス幅を調べ、その最小値からロータ停止位置を判定し、正転時にはロータ停止位置から120°位相を遅らせた励磁パターンを出力し、逆転時にはロータ停止位置から120°位相を進ませた励磁パターンを出力し、出力した励磁パターンによる通電をデューティ50%で行うことを特徴とするブラシレスモータの始動方法とした。
このブラシレスモータの始動方法では、ロータ停止位置に対して位相差が120°の励磁パターンを選択することで、ロータの回転を開始するのに十分なトルクが得られ、かつ回転直後にトルクを増加させることができる。このため、ブラシレスモータを確実に始動
できる。
The invention according to
In this brushless motor start method, by selecting an excitation pattern with a phase difference of 120 ° relative to the rotor stop position, sufficient torque can be obtained to start rotation of the rotor, and torque is increased immediately after rotation. Can be made. For this reason, a brushless motor can be started reliably.
請求項7に係る発明は、エンジンルーム内のラジエータに対して配設されラジエータファンの回転機構に使用されるブラシレスファンモータを駆動させるブラシレスファンモータの駆動装置であって、複数相の通電切り替え用の複数のスイッチング素子を有するインバータ回路と、前記スイッチング素子のオンとオフとを切り替えるパルス変調信号のデューティを決定するデューティ決定手段と、前記ブラシレスファンモータの始動時に前記ブラシレスファンモータのロータの停止位置に合わせた始動励磁パターンを初期通電時間だけ通電した後、該通電を停止して前記ブラシレスファンモータの前記ロータをフリーランさせる通電パターン決定手段と、前記フリーラン中にモータ端子に発生する誘起電圧から前記ロータの位置を検出して励磁タイミングを決定する励磁切り替えタイミング演算手段と、前記誘起電圧から前記ロータの位置を検出できない場合、前記ブラシレスファンモータが逆回転していると判定し、前記ブラシレスファンモータを停止させる通電パターンの通電を予め定められた一定時間行うブレーキ停止手段と、を有し、前記デューティ決定手段は、前記始動励磁パターンの通電においてパルス変調信号のデューティを50%にし、前記フリーラン中において前記パルス変調信号のデューティを0%にし、前記フリーラン中に前記誘起電圧から前記ロータの位置を検出できた場合、前記フリーランが終了した後に前記パルス変調信号のデューティを50%にしてからデューティを徐々に増加させ100%にすることを特徴とするブラシレスファンモータの駆動装置とした。
このブラシレスファンモータの駆動装置では、始動したときにロータの回転位置を正しく検出できるように、一旦加速した後にフリーラン状態にし、フリーラン中に発生する誘起電圧からロータ位置を検出する。このときの誘起電圧は、パルス幅変調信号などの影響を受けない状態なので、ロータ位置が正しく検出される。ロータ位置を検出した後は通常の通電切り替えを実施する。
A seventh aspect of the present invention is a brushless fan motor drive device for driving a brushless fan motor which is disposed with respect to a radiator in an engine room and which is used for a rotating mechanism of a radiator fan, and is for switching energization of a plurality of phases. An inverter circuit having a plurality of switching elements, duty determining means for determining a duty of a pulse modulation signal for switching on and off the switching elements, and a stop position of a rotor of the brushless fan motor when the brushless fan motor is started after the start-up excitation pattern combined energized by an initial energization time, the energization pattern determining means for free running of the rotor of the brushless fan motor to stop the vent collector, induced voltage generated at the motor terminals during the free-run The position of the rotor is detected from And excitation switch timing calculating means for determining the timing, if from the induced voltage can not detect the position of the rotor, determines that the brushless fan motor is reversely rotated, the energization of the energization pattern for stopping the brushless fan motor Brake stopping means for performing a predetermined fixed time, and the duty determining means sets the duty of the pulse modulation signal to 50% during energization of the starting excitation pattern, and the duty of the pulse modulation signal during the free run. When the position of the rotor can be detected from the induced voltage during the free run, the duty of the pulse modulation signal is gradually increased after the free run is completed, after the duty of the pulse modulation signal is set to 50%. % Brushless fan motor drive It was the location.
In this brushless fan motor drive device, in order to correctly detect the rotational position of the rotor when it is started, the motor is once accelerated and then put into a free-run state, and the rotor position is detected from the induced voltage generated during the free-run. Since the induced voltage at this time is not affected by the pulse width modulation signal or the like, the rotor position is correctly detected. After detecting the rotor position, normal energization switching is performed.
請求項8に係る発明は、請求項7に記載のブラシレスファンモータの駆動装置において、前記初期通電時間は、前記ロータが回転を開始してから1回目の通電切り替えタイミングまでの時間以下の長さであることを特徴とする。
このブラシレスファンモータの駆動装置では、ロータがステータに吸い付いて逆トルクが発生しない範囲内で加速が行われるので、ロータ位置の検出に十分な回転速度でフリーランさせることができる。
The invention according to
In this brushless fan motor drive device, acceleration is performed within a range in which the rotor is not attracted to the stator and no reverse torque is generated, so that it can be free-runned at a rotational speed sufficient for detecting the rotor position.
請求項9に係る発明は、請求項7又は請求項8に記載のブラシレスファンモータの駆動装置において、前記励磁切り替えタイミング演算手段は、前記フリーラン中に2回目以降にモータ端子に発生する誘起電圧の信号の時間間隔から励磁タイミングを演算することを特徴とする。
このブラシレスファンモータの駆動装置は、フリーランさせたときに1回目に発生する信号は、コイルに溜まっていたエネルギによる方形波パルス電圧である可能があるので、この信号を使用せずに、2回目以降の信号を使用することで検出精度を向上させる。
The invention according to
In this brushless fan motor drive device, the signal generated for the first time when free-running may be a square-wave pulse voltage due to the energy accumulated in the coil. The detection accuracy is improved by using the second and subsequent signals.
請求項10に係る発明は、エンジンルーム内のラジエータに対して配設されラジエータファンの回転機構に使用されるブラシレスファンモータを始動させる始動方法であって、前記ブラシレスファンモータのロータの停止位置に合わせた始動励磁パターンを初期通電時間だけ通電する第1のステップと、前記第1のステップの後、通電を停止して前記ブラシレスファンモータの前記ロータをフリーランさせる第2のステップと、前記フリーラン中にモータ端子に発生する誘起電圧から前記ロータの位置を検出する第3のステップと、前記誘起電圧から前記ロータの位置を検出できた場合、検出した前記ロータの位置に基づいて励磁パターンの切り替えを行う第4のステップと、前記誘起電圧から前記ロータの位置を検出できない場合、前記ブラシレスファンモータが逆回転していると判定し、前記ブラシレスファンモータを停止させる通電パターンの通電を予め定められた一定時間行う第5のステップと、を有し、前記第1のステップでは、デューティを50%にし、前記第2のステップ及び前記第3のステップでは、デューティを0%にし、前記第4のステップでは、通電におけるデューティを50%にしてからデューティを徐々に増加させ100%にすることを特徴とするブラシレスファンモータの始動方法とした。
このブラシレスファンモータの始動方法では、ロータが回転を始めたら通電を停止してフリーラン状態にする。このときに発生する誘起電圧から回転中のロータの位置を検出する。これ以降は、検出したロータの位置に基づいて通常の通電切り替えを実施してブラシレスファンモータの駆動制御を行う。
The invention according to
In this brushless fan motor starting method, when the rotor starts to rotate, the energization is stopped and a free-run state is set. The position of the rotating rotor is detected from the induced voltage generated at this time. Thereafter, normal energization switching is performed based on the detected rotor position to control the drive of the brushless fan motor.
請求項11に係る発明は、請求項10に記載のブラシレスファンモータの始動方法において、前記初期通電時間は、前記ロータが回転を開始してから1回目の通電切り替えタイミングまでの時間以下の長さであり、前記ロータの位置を検出する前記第3のステップは、ロータを回転させたときにモータ端子に発生する誘起電圧が4回目発生するまでの間に行われることを特徴とする。
このブラシレスファンモータの始動方法では、始動時に1回目の通電切り替えタイミングに相当する時間まで加速を行ってからフリーランさせ、4回目の通電切り替えタイミングに相当する時間までにロータの位置を検知する。
The invention according to
In this brushless fan motor starting method, at the time of starting, acceleration is performed until a time corresponding to the first energization switching timing, free running is performed, and the rotor position is detected by a time corresponding to the fourth energization switching timing.
請求項12に係る発明は、請求項10に記載のブラシレスファンモータの始動方法において、前記ブラシレスファンモータを駆動可能な励磁パターンを複数選択し、各々の励磁パターンをロータが回転しない時間範囲で順番に通電させ、励磁パターンを切り替えたときに前記ブラシレスファンモータのコイルに発生する方形波パルス電圧のパルス幅を調べ、その最小値からロータ停止位置を判定し、正転時にはロータ停止位置から120°位相を遅らせた励磁パターンを出力し、逆転時にはロータ停止位置から120°位相を進ませた励磁パターンを出力し、出力した励磁パターンによる通電をデューティ50%で行うことを特徴とする。
このブラシレスファンモータの始動方法では、ロータ停止位置に対して位相差が120°の励磁パターンを選択することで、ロータの回転を開始するのに十分なトルクが得られ、かつ回転直後にトルクを増加させることができる。このため、ブラシレスファンモータを確実に始動できる。
The invention according to
In this brushless fan motor starting method, by selecting an excitation pattern having a phase difference of 120 ° with respect to the rotor stop position, sufficient torque can be obtained to start rotation of the rotor, and torque can be applied immediately after rotation. Can be increased. For this reason, the brushless fan motor can be reliably started.
本発明によれば、始動時にフリーラン状態を作り出すことでモータ端子に発生する誘起電圧をパルス幅変調信号などの影響を受けない状態で検出することができる。これによって、外乱の影響を受けることなく、ロータ位置を正しく検出することが可能になる。また、フリーランさせている間にロータ位置を検出するので、短時間でロータ位置を検出して通常運転に移行することが可能になる。
始動時にブラシレスモータが正方向に回転していないと判定された場合に、ロータを停止させるような通電制御を行ってから、再度始動処理を実施すると、逆回転状態からも速やかに正転方向に始動させることができる。このようにすると、逆転方向を判定する複雑な処理が不要になる。
According to the present invention, an induced voltage generated at a motor terminal can be detected without being affected by a pulse width modulation signal or the like by creating a free-run state at the time of starting. This makes it possible to correctly detect the rotor position without being affected by disturbance. Further, since the rotor position is detected during free running, it is possible to detect the rotor position in a short time and shift to normal operation.
If it is determined that the brushless motor is not rotating in the forward direction at the start, the energization control is performed to stop the rotor and then the start process is performed again. Can be started. This eliminates the need for complicated processing for determining the reverse direction.
発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施の形態で同じ構成要素には同一の符号を付してある。また、実施の形態の間で重複する説明は省略する。 The best mode for carrying out the invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the same reference numerals are given to the same components in each embodiment. Moreover, the description which overlaps between embodiment is abbreviate | omitted.
(第1の実施の形態)
図1に示すように、ブラシレスモータシステムは、ブラシレスモータ1と、ブラシレスモータ1の回転駆動を制御する駆動装置2とを有する。
ブラシレスモータ1は、永久磁石を有するロータとステータを有し、ステータには3相(U、V、W)のコイルが周方向に順番に巻装されている。なお、このブラシレスモータシステムは、ロータ位置を検出するセンサを有しないセンサレスタイプのシステムである。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the brushless motor system includes a
The
駆動装置2は、マイコンなどから構成される制御装置11と、ブラシレスモータ1の3相のコイルを形成する通電線に印加された電圧を検出する誘起電圧I/F(インターフェイス)回路12と、インバータ13と、ブラシレスモータ1の通電線に印加された電圧のレベルを変換するレベル変換回路である分圧回路14とを有し、制御装置11とインバータ13の間に、プリドライバ37A,37Bと、過電流検出回路38と、過電流保護手段39とが設けられている。
The driving
図2に示すように、誘起電圧I/F回路12は、3相のそれぞれのモータ端子の電圧(アナログ信号)が入力され、コンパレータ17A〜17Cに入力可能な電圧に分圧する分圧回路(抵抗R1及び抵抗R2)とパルス幅変調信号のノイズを除去する1次のCRフィルタ(抵抗R2及びキャバシタC1)からなるローパスフィルタ回路15A,15B,15Cと、等価中性点電位を検出する回路16と、等価中性点電位と無通電相(開放区間)に現れる誘起電圧のアナログ信号からパルス信号を作成するコンパレータ17A,17B,17Cと、コンパレータ17A〜17Cの出力からチャタリング成分をカットするローパスフィルタ(1次のCRフィルタ)18A,18B,18Cとを有する。
As shown in FIG. 2, the induced voltage I /
ここで、等価中性点電位を検出する回路16は、例えば、U相については、V相とW相のモータ端子電圧から等価中性点電位を検出するような、2相間比較方式を採用している。このようにすると、等価中性点電位として略フラットな電圧が得られる。なお、U、V、Wの3相全ての信号を用いて等価中性点電位を求める3相比較方式を採用しても良い。
この場合は、等価中性点の電位は、電源電圧の1/2を中心にした略三角波になる。
コンパレータ17A〜17Cは、誘起電圧のアナログ信号が等価中性点電位より高いときはローレベルの信号を出力し、誘起電圧のアナログ信号が等価中性点電位より低いときはハイレベルの信号を出力するパルス信号を発生させる。各コンパレータ17A〜17Cでは電気角120°の分解能のパルス信号が作成される。これら信号は、それぞれがローパスフィルタ回路18A〜18Cを経て合成信号生成回路19に入力される。
Here, the
In this case, the potential at the equivalent neutral point is a substantially triangular wave centered at 1/2 of the power supply voltage.
The
インバータ13は、6個のスイッチング素子を電源20の正負両端子間に2個ずつブリッジ接続して構成される回路であって、電源20から供給された直流電圧を制御装置11から入力されるパルス幅変調信号(駆動信号)に基づく交流電圧に変換し、ブラシレスモータ1の各相に印加する。なお、インバータ13とグランドレベルの間には、シャント抵抗13Aが設けられている。シャント抵抗13Aを用いてインバータ13に流れる電流、つまりブラシレスモータ1に入力される電流は、過電流検出回路38を用いて検出することができる。
分圧回路14は、ブラシレスモータ1の各通電線に発生する端子電圧(例えば、12Vや36Vなど)を2つの抵抗で分圧し、制御装置11で使用可能な電圧レベル(例えば、3Vや5Vなど)にする回路である。
The
The
制御装置11は、誘起電圧I/F回路12に接続される分離手段21と、励磁切り替えタイミング演算手段22と、回転方向判定手段23と、回転方向検出ロジック選択手段24と、ブレーキ停止手段25と、通電パターン決定手段26と、励磁電圧出力手段27と、PWMデューティ決定手段28と、を有する。また、制御装置11は、分圧回路14に接続され、始動時に使用される方形波パルス電圧幅検出手段29と、方形波パルス電圧幅比較手段30と、ロータ位置推定手段31とを有する。さらに、過電流検出回路38に接続される過電流保護手段32を有する。
The
分離手段21は、誘起電圧I/F回路12から入力されるパルス信号のエッジを誘起電圧のエッジと方形波パルス電圧のエッジとに分離する処理を行う。励磁切り替えタイミング演算手段22は、誘起電圧エッジに応じた励磁位相を算出するために3つの電気角120°の分解能のパルス信号から1つの電気角60°の分解能のパルス信号を生成し、励磁切り替えタイミングを演算する。励磁切り替えタイミング演算手段22には、励磁切り替えタイミングを補正する遅れ位相補正部22Aが設けられている。
回転方向判定手段23は、励磁切り替えタイミングから回転方向を判定し、回転方向検出ロジック選択手段24と、ブレーキ停止手段25に所定の指令を出力する。回転方向検出ロジック選択手段24は、ブラシレスモータ1の回転方向によって分離手段21が使用するロジックを選択可能な場合に使用される。ブレーキ停止手段25は、ブラシレスモータ1を停止させるような通電パターンを通電する際に使用される。
The separation means 21 performs processing for separating the edge of the pulse signal input from the induced voltage I /
The rotation
通電パターン決定手段26は、定常時励磁手段33と、停止位置検出手段34と、フリーラン制御手段35と、始動時励磁手段36とを有する。定常時励磁手段33は、励磁切り替えタイミング演算手段22が演算した励磁切り替えタイミングでロータ位置に応じた励磁パターンを決定する。停止位置検出手段34は、外部からの始動指令を受けて励磁電圧出力手段27にロータ停止位置を検出するためのパルス幅変調信号を発生させる。始動時励磁手段36は、ロータ位置推定手段31で最小と決定された方形波パルス電圧幅に相当するロータ停止位置に応じた励磁パターンを決定する。フリーラン制御手段35は、始動励磁パターンを所定の初期通電時間Ts1だけ通電させた後、ブラシレスモータ1をフリーランさせてロータ位置を検出する処理を実施する。これらの処理の詳細については、後述する。
The energization
励磁電圧出力手段27は、ブラシレスモータ1のコイルに励磁電流を印加する信号を各プリドライバ37A,36Bに出力する。Hi側プリドライバ37Aは、PWMデューティ決定手段28が決定したデューティ比で高電位側のスイッチング素子のON/OFFを切り替えるドライバである。Lo側プリドライバ37Bは、低電位側のスイッチング素子のON/OFFを切り替えるドライバである。Hi側プリドライバ37Aには、インバータ13に過電流が流れたときに、過電流保護手段39から信号が入力されると、各スイッチング素子をOFFにする機能を有する。また、過電流が検出されたときには、過電流保護手段32に信号が入力され、ソフトウェア上のリセットがかけられる。
The excitation voltage output means 27 outputs a signal for applying an excitation current to the coil of the
方形波パルス電圧幅検出手段29は、分圧回路14から入力される信号から方形波パルス電圧幅を検出する処理を行う。方形波パルス電圧幅検出手段29は、メモリなどの記憶手段29Aを有し、検出した方形波パルス電圧幅のデータをそのときの励磁パターンと関連付けて記憶することができる。方形波パルス電圧幅比較手段30は、方形波パルス電圧幅検出手段29の記憶手段29Aに記憶された複数の方形波パルス電圧幅のデータを比較し、最小となるものを決定する。ロータ位置推定手段31は、方形波パルス電圧幅の比較結果に基づいて停止時や低速時のロータ位置を推定する。
The square wave pulse voltage
次に、この駆動装置2の動作を説明する。
ブラシレスモータ1を始動するときは、ブラシレスモータ1が停止している場合と、ブラシレスモータ1が外部負荷によって回転させられている場合とがある。さらに、ブラシレスモータ1が回転させられている場合には、正回転している場合と、逆回転している場合とがある。例えば、ブラシレスモータ1をラジエータファンの回転機構に使用した場合、ラジエータからエンジンルームに向かう方向に風が吹いている場合には、通電しなくてもラジエータファンの回転に従ってブラシレスモータ1が正回転させられる。これに対して、ブラシレスモータ1が逆回転している場合とは、エンジン側からラジエータの方向に風が吹いているときや、ラジエータファンに対して逆方向に負圧が生じたときが考えられる。
Next, the operation of the
When the
駆動装置2をラジエータファンに使用することを想定した場合、ラジエータファンは正転方向に回転し易い構造になっており、逆転方向に回転するためには大きな風力が必要になる。しかしながら、車両の構造から逆方向に大きい風力が発生する可能性は少なく、ラジエータファンが逆回転する場合でも、その回転速度は小さいと考えられる。したがって、この駆動装置2では、ブラシレスモータ1が外部負荷で逆回転しても、その回転数及びトルクは小さいものとして始動時の制御を行う。
When it is assumed that the
図3に始動時のブラシレスモータ1の回転速度による始動方法の区分けを模式的に示す。駆動装置2は、横軸に示すブラシレスモータ1の回転速度がゼロを含む領域R1であれば、インダクタンス検出による始動開始処理を実行する。正回転方向に回転速度が領域R1より大きい領域R2であれば、誘起電圧検出によるロータ位置検出を行い、回転制御をする。逆回転方向に回転速度が領域R1より大きい場合には、逆回転状態判別処理と、ロータの停止処理と、インダクタンス検出による始動開始処理を実行する。領域R1と領域R2は、回転速度がN1(rpm)付近で重なっている。回転速度N1は、誘起電圧検出によるロータ位置検出が不能となる低速回転速度に相当する。これは、回転速度がゼロ又は低速であれば、インダクタンス検出により電気角60°の分解能でロータ位置を検出し、正転方向に最大トルクを発生させることが可能な位相で通電を実施することができるのに対し、回転速度が上昇するにしたがって、インダクタンス検出によるロータ位置の検出結果は、電気角60°から位相がずれて検出精度が悪くなるため、起動トルクが停止状態と比較して減少するからである。
FIG. 3 schematically shows the classification of the starting method according to the rotational speed of the
また、領域R1より小さい、つまり逆回転方向に回転速度が大きい領域R3は、後述するようにブラシレスモータ1にブレーキをかけてからロータ位置の検出を行う。領域R1と領域R3は、回転速度が−N1(rpm)付近で重なっている。
なお、領域R1と領域R2は、重ならずに回転速度N1を境界として区分けしても良い。領域R1と領域R3は、重ならずに回転速度−N1を境界として区分けしても良い。
Further, in a region R3 that is smaller than the region R1, that is, the rotational speed is high in the reverse rotation direction, the rotor position is detected after the
Note that the region R1 and the region R2 may be divided with the rotation speed N1 as a boundary without overlapping. The region R1 and the region R3 may be divided with the rotation speed −N1 as a boundary without overlapping.
駆動装置2は、最初にブラシレスモータ1の回転速度が領域R1にあると想定して処理を実行し、領域R2に相当する処理を経て定常駆動に移行する。領域R2に相当する処理を実施したときに、ロータ位置検出ができない場合には、ブラシレスモータ1が領域R3にあるとみなし、領域R3に相当する処理からやり直す。このような始動方法の具体例を図4のフローチャートを参照して説明する。
The driving
始動開始指令が停止位置検出手段34に入力されたら、過電流検出を行う(ステップS101)。過電流は、インバータ13のシャント抵抗13Aを流れる電流値でモニタする。シャント抵抗13Aを流れる電流が、所定の値を越えたら、過電流、つまり過負荷状態と判定し(ステップS101でYes)、全相をOFFにして停止処理を実施して(ステップS102)、処理を終了する。過電流が検出されなかった場合には(ステップS101でNo)、インダクタンス検出によるロータ位置の検出処理を実施する(ステップS103)。過電流のチェックは、並列処理される別のプログラムで常時監視しており、ステップS103以降の処理を実施している最中に過電流が検出されたら、その時点で処理が停止される。
When a start start command is input to the stop position detection means 34, overcurrent detection is performed (step S101). The overcurrent is monitored by the current value flowing through the
インダクタンス検出によってロータ停止位置を検出したら、始動時励磁手段36がそのロータ位置に対して最大のトルクを発生可能な位相の始動励磁パターンを決定し、励磁電圧出力手段27が始動励磁パターンを出力する(ステップS104)。初期通電カウンタを起動させ、予め設定した一定の初期通電時間Ts1が経過するまで、前記した位相に通電する(ステップS105)。初期通電時間Ts1が経過したら(ステップS105でYes)、フリーラン制御手段35が全相の通電をOFFにしてフリーランさせる(ステップS106)。慣性でロータ41がフリーランしている間に発生する誘起電圧から、正転専用ロジックを用いてロータ41の位置検出を実施する(ステップS107)。ロータ位置を予め定めた回数検出できたら(ステップS108でYes)、定常時励磁手段33を用いた誘起電圧によるセンサレス駆動(定常駆動モード)に移行する(ステップS109)。
ロータ位置を予め定めた回数検出できないときは(ステップS108でNo)、誘起電圧のエッジ間隔を計測するカウンタが予め設定された回数オーバーフローするまで待つ(ステップS110)。カウンタが所定回数オーバーフローしたら(ステップS110でYes)、回転方向判定手段23はブラシレスモータ1が逆転していると判定する。その結果、ブレーキ停止手段25によるブレーキ処理として、低デューティで2相通電ロック処理を行う(ステップS111)。ブレーキ処理は、予め定められた一定時間実施し、この時間が経過したら(ステップS112)、ステップS101に戻る。
When the rotor stop position is detected by the inductance detection, the starting excitation means 36 determines a starting excitation pattern having a phase capable of generating the maximum torque with respect to the rotor position, and the excitation voltage output means 27 outputs the starting excitation pattern. (Step S104). The initial energization counter is activated, and the aforementioned phase is energized until a preset initial energization time Ts1 elapses (step S105). When the initial energization time Ts1 elapses (Yes in step S105), the free-run control means 35 turns off the energization of all phases and free-runs (step S106). From the induced voltage generated while the
If the rotor position cannot be detected a predetermined number of times (No in step S108), the process waits until the counter for measuring the edge interval of the induced voltage overflows a preset number of times (step S110). When the counter overflows a predetermined number of times (Yes in step S110), the rotation direction determination means 23 determines that the
ここで、ステップS103からステップS105は、初期の回転速度が領域R1の範囲内にあり、ここから領域R2に加速させるときの処理である。
ステップS103の詳細について説明する。ここでは、コイルが作る磁束の方向と、マグネットの磁束の方向が同方向のときにマグネットのコアの透磁率が大きくなってインダクタンスが小さくなることに着目して停止位置を決定している。
Here, Step S103 to Step S105 are processes when the initial rotational speed is within the range of the region R1 and the region is accelerated from here to the region R2.
Details of step S103 will be described. Here, when the direction of the magnetic flux generated by the coil is the same as the direction of the magnetic flux of the magnet, the stop position is determined by focusing on the fact that the permeability of the magnet core increases and the inductance decreases.
停止状態にあるブラシレスモータ1を始動するときは、外部から制御装置11の停止位置検出手段34に始動指令を入力する。停止位置検出手段34は、予め定められた6つの停止位置判定用の励磁パターンをロータが回転しない程度の時間だけ継続されるように励磁電圧出力手段27に指令を出す。なお、ロータが回転しない程度の時間は、ブラシレスモータ1のイナーシャなどによって異なるが、例えば、数μ秒から数m秒の間であり、制御装置11が有するカウンタでカウントされる。励磁電圧出力手段27は、励磁パターンに応じたパルス幅変調信号をインバータ13に出力し、パルス幅変調信号に対応してスイッチング素子がON、OFFされて3相のいずれか2相に通電される。
When starting the
ここで、停止位置検出手段34が指令する停止位置判定用の励磁パターンを図5に示す。これら励磁パターン#1〜#6は、ブラシレスモータ1を駆動可能なパターンになっている。
励磁パターン#1は、U相のコイル(以下、U相という)からV相のコイル(以下、U相という)に電流を流す。U相がN極磁化され、V相がS極磁化される。U、V、W相の配置及びロータ41の停止位置が図示する配置であった場合には、矢印に示すようにU相からロータ41の永久磁石42のS極、N極を順番に通り、V相に向かう磁束が形成される。
励磁パターン#2は、U相からW相に電流を流す。U相がN極磁化され、W相がS極磁化される。矢印に示すようにU相からロータ41の永久磁石のS極、N極を順番に通り、W相に向かう磁束が形成される。
励磁パターン#3は、V相からW相に電流を流す。V相がN極磁化され、W相がS極磁化される。矢印に示すようにV相からロータ41の永久磁石のS極、N極を順番に通り、W相に向かう磁束が形成される。
励磁パターン#4は、V相からU相に電流を流す。V相がN極磁化され、U相がS極磁化される。矢印に示すようにV相からロータ41の永久磁石のS極、N極を順番に通り、U相に向かう磁束が形成される。
励磁パターン#5は、W相からU相に電流を流す。W相がN極磁化され、U相がS極磁化される。矢印に示すようにW相からロータ41の永久磁石のS極、N極を順番に通り、U相に向かう磁束が形成される。
励磁パターン#6は、W相からV相に電流を流す。W相がN極磁化され、V相がS極磁化される。矢印に示すようにW相からロータ41の永久磁石のS極、N極を順番に通り、V相に向かう磁束が形成される。
Here, the excitation pattern for stop position determination commanded by the stop position detecting means 34 is shown in FIG. These
In
In
In
In
In
In
図6に示すように、この実施の形態でロータ41の停止位置検査は、ステップ0〜11を1セットとする通電制御を行う。各ステップは、制御装置11内のカウンタの値が予め決められた所定値に達するごとにインクリメントされる。ステップをインクリメントするときにはカウンタをその都度リセットする。
ステップ0は、励磁パターン#1を選択してパルス幅変調信号のデューティを100%にして通電する。残りのW相は、開放される。ステップ1では、デューティを0%にしていずれの相にも通電しない。ステップ0が終了してステップ1に移行するとき、インバータ13のスイッチング素子がオフになった瞬間にコイルに蓄えられていた電気エネルギがスイッチング素子の還流ダイオードを介して電流として流れる。このときのV相の端子に方形波パルス電圧が発生する。この端子電圧を方形波パルス電圧として、分圧回路14に取り込んで分圧し、方形波パルス電圧幅検出手段29に入力する。方形波パルス電圧幅検出手段29は、パルスの立ち下がりエッジを検出したときのカウント値を調べる。カウント値は、ステップの切り替えタイミングからの経過時間に相当するので、このカウント値を励磁パターン#1(UV通電)に対する方形波パルス電圧幅として記憶手段29Aに記憶する。
As shown in FIG. 6, the stop position inspection of the
In
ステップ1では方形波パルス電圧幅検出手段29などの処理を実行すると共に、カウンタがカウントアップされる。そして、カウント値がステップ0と同じ所定値になったら、カウンタをリセットしてステップ1からステップ2に進む。ステップ2では励磁パターン#2が用いられ、パルス幅変調信号のデューティを100%にする。残ったV相は、開放にする。ステップ3でデューティを0%にしていずれの相にも通電せずに、W相に発生する方形波パルス電圧のエッジが立ち下がったときのカウント値を調べ、励磁パターン#2(UW通電)に対する方形波パルス電圧幅として記憶手段29Aに記憶する。
ステップ4では励磁パターン#3で通電してU相を開放する。ステップ5でいずれの相にも通電せずに、W相に発生する方形波パルス電圧のパルス幅を調べて励磁パターン#3(VW通電)に対する方形波パルス電圧幅として記憶手段29Aに記憶する。
ステップ6では励磁パターン#4で通電してW相を開放する。ステップ7でいずれの相にも通電せずに、U相に発生する方形波パルス電圧のパルス幅を調べて励磁パターン#4(VU通電)に対する方形波パルス電圧幅として記憶手段29Aに記憶する。
ステップ8では励磁パターン#5で通電してV相を開放する。ステップ9でいずれの相にも通電せずに、U相に発生する方形波パルス電圧のパルス幅を調べて励磁パターン#5(WU通電)に対する方形波パルス電圧幅として記憶手段29Aに記憶する。
ステップ10では励磁パターン#6で通電してU相を開放する。ステップ11でいずれの相にも通電せずに、V相に発生する方形波パルス電圧のパルス幅を調べて励磁パターン#6(WV通電)に対する方形波パルス電圧幅として記憶手段29Aに記憶する。
In
In
In
In
In
そして、ステップ11に続くステップ12のタイミングで、ロータ位置推定手段31が方形波パルス電圧幅検出手段29の記憶手段29Aに記憶されている各励磁パターン#1〜#6のそれぞれの方形波パルス電圧幅の中から、最小値となる励磁パターンを調べ、その励磁パターンでインダクタンスが最小になるロータ位置をロータ41の停止位置とする。図5の例では、励磁パターン#6が最も磁束が流れ易いので、この励磁パターン#6の方形波パルス電圧のパルス幅が最も小さくなる。そして、このときのロータ41の位置が停止位置となる。
ロータ位置推定手段31の処理の詳細を具体的に説明すると、予め方形波パルス電圧幅のカウント値が1000以下であることがわかっている場合には、最小値を格納するメモリに初期値として1000より大きい値を格納しておき、励磁パターン#1の方形波パルス電圧幅のカウント値と比較する。カウント値が小さい場合には、最小値のメモリに格納されるデータを初期値から励磁パターン#1のカウント値に置き換える。最小値のメモリのデータと、全ての方形波パルス電圧幅のカウント値を順番に比較し、小さい方のカウント値を最小値のメモリに格納していく。最終的に格納されているカウント値が最小値となり、そのときの励磁パターンが、方形波パルス電圧幅が最小となる励磁パターンになる。
Then, at the timing of
The details of the processing of the rotor position estimating means 31 will be specifically described. When it is known in advance that the count value of the square wave pulse voltage width is 1000 or less, the initial value is set to 1000 in the memory storing the minimum value. A larger value is stored and compared with the count value of the square wave pulse voltage width of
ステップS104の詳細について説明する。始動時励磁手段36は、方形波パルス電圧幅が最小になる励磁パターンから回転方向に120°遅角させた励磁パターンを始動時の励磁パターンとして選択する。このことについて、図7に具体例をあげて説明する。図7は、横軸を位相(電気角)とし、縦軸をトルクにしている。ラインL1は、コギングトルクを示し、ラインL2〜L4はそれぞれ通電パターン#6、#1、#2における位相とトルクの関係を示す。例えば、W相からV相に通電する励磁パターン#6で方形波パルス電圧幅が最小であった場合、励磁パターン#6を始動励磁パターンにすると、電気角0°でのトルクがゼロなのでブラシレスモータ1を回転させることができない。電気角0°において正のトルクが大きいのは、1つ進んだ励磁パターン#1(60°位相遅れ通電)と、2つ進んだ励磁パターン#2(120°位相遅れ通電)である。しかしながら、ラインL3に示す励磁パターン#1で始動させると、その後トルクが減少するのでロータ41を回転させる力は小さい。これに対して、ラインL4に示す励磁パターン#2で始動すると、その後トルクが増大するので大きい力でロータ41を回転させることができる。
Details of step S104 will be described. The starting excitation means 36 selects an excitation pattern delayed by 120 ° in the rotation direction from the excitation pattern having the smallest square wave pulse voltage width as the excitation pattern at the start. This will be described with reference to a specific example in FIG. In FIG. 7, the horizontal axis is the phase (electrical angle) and the vertical axis is the torque. Line L1 indicates cogging torque, and lines L2 to L4 indicate the relationship between phase and torque in
ここまでの各処理について、図8を参照してさらに詳細に説明する。図8は、横軸に時間経過をとっており、縦方向に各種の情報が並んで配置されている。なお、最も上側に示されているホールセンサ合成信号は、ホールセンサが取り付けられていた場合にホールセンサの出力として想定される信号である。
時間t1で始動信号が入力されたら、時間t2までの間にロータ停止位置検出処理(ステップS103)が行われる。この間の回転速度はゼロである。
Each process so far will be described in more detail with reference to FIG. In FIG. 8, the horizontal axis indicates the passage of time, and various types of information are arranged in the vertical direction. The hall sensor combined signal shown on the uppermost side is a signal assumed as an output of the hall sensor when the hall sensor is attached.
When the start signal is input at time t1, the rotor stop position detection process (step S103) is performed until time t2. The rotation speed during this time is zero.
時間t2でロータ停止位置を決定したら、シャント抵抗13Aの電流波形に示すように、始動時励磁手段36が初期通電時間Ts1の間だけ始動励磁パターンを継続して通電させる(ステップS104)。この間、ロータ41の回転速度が徐々に増大する。
ここで、初期通電時間Ts1は、通電をOFFにした後で誘起電圧のエッジが複数回、例えば、4回以上発生するまでの間、ロータ41を回転速度N1以上でフリーランさせることができるだけロータ41を加速できる時間である。この観点からは、初期通電時間Ts1が長いことが望ましい。しかしながら、初期通電時間Ts1が長すぎて通常運転時における励磁パターンの切り替え位置を越えて同じ励磁パターンを継続すると、逆トルクが発生してしまってロータ41を減速させてしまう。したがって、初期通電時間Ts1は、逆トルクが発生しない範囲内で、できるだけ長い時間とすることが好ましい。初期通電時間Ts1の決定方法の一例としては、設計段階や製造段階でブラシレスモータ1をホールセンサ付きで始動させ、最初にホールセンサの信号が切り替わるまでの時間を測定し、これと略同じ時間又はこれより短い時間を初期通電時間Ts1として制御装置11に記憶させることがあげられる。
When the rotor stop position is determined at time t2, as shown in the current waveform of the
Here, the initial energization time Ts1 is such that the
時間t3で初期通電時間Ts1が経過したら、フリーラン制御手段35が全相への通電をOFFにする(ステップS106に相当)。シャント抵抗13Aで計測される電流値がゼロになり、ロータ41がフリーランする。以降は、時間の経過と共に回転速度がゆるやかに減少する。時間t3では、各位置信号にパルスが現れている。このため、3相合成信号の立ち上がりエッジに対応して、励磁切り替えタイミング信号に1つ目の信号SL1が発生している。このときパルス信号は、ステータのコイルに蓄積されたエネルギがフライホイールパルスとして放出されときに、3相全てのモータ端子電圧に方形波パルス電圧が発生することに起因して発生している。通常駆動の場合はこれらの方形波パルス電圧は分離手段21により無視できるが、時間t3では全相をOFFするロジックなので、通常駆動時には在り得ない例外状態となるため、方形波パルス電圧を無視できずに誤検出となる。このため、始動後の1回目の信号SL1はロータ位置の検出には使用しない。
さらに、ロータ41がフリーランすることで、ロータ41の回転位置に応じて所定の相のモータ端子に誘起電圧が発生する。この場合には、W相位置信号、U相位置信号、V相位置信号の順番に立ち上がりエッジ、又は立ち下がりエッジが発生している。その結果、励磁切り換えタイミング信号は、W相のエッジに起因する2回目の信号SL2と、U相のエッジに起因する3回目の信号SL3と、V相のエッジに起因する4回目の信号SL4とが発生する。なお、全相をOFFにすることで、インバータ13からブラシレスモータ1に入力されるパルス幅変調信号などの不要な信号成分がない状態で誘起電圧と等価中性点電位の交点を計測できるようになるので、ロータ位置を正確に検出できる。
When the initial energization time Ts1 has elapsed at time t3, the free-run control means 35 turns off the energization of all phases (corresponding to step S106). The current value measured by the
Furthermore, when the
この間、励磁切り替えタイミング演算手段22は、2回目の信号SL2と3回目の信号SL3の時間間隔を計測して電気角60°を算出する。さらに、3回目の信号SL3と4回目の信号SL4の時間間隔を計測して電気角60°を算出する。これら時間間隔に基づいて、4回目の信号SL4から例えば電気角30°進角させるなどして、励磁切り替えタイミングを算出する。そして、以降は、モータ端子電圧と等価中性点電位の比較結果から生成される3相合成信号に基づいて励磁切り替えタイミングを決定し、通電パターンの切り替え制御を行うことで、ブラシレスモータ1の同期運転が行われる。ホールセンサを有する場合の電気角120°矩形波駆動と同等性能の駆動が可能になって、回転速度が制御される。
During this time, the excitation switching timing calculation means 22 measures the time interval between the second signal SL2 and the third signal SL3 to calculate an electrical angle of 60 °. Furthermore, an electrical angle of 60 ° is calculated by measuring the time interval between the third signal SL3 and the fourth signal SL4. Based on these time intervals, the excitation switching timing is calculated by, for example, advancing the electrical angle by 30 ° from the fourth signal SL4. Thereafter, the excitation switching timing is determined based on the three-phase composite signal generated from the comparison result of the motor terminal voltage and the equivalent neutral point potential, and the energization pattern switching control is performed, thereby synchronizing the
なお、イナーシャが大きいブラシレスモータでは、5回目以降の信号を取得し、同様にして時間間隔から励磁通電タイミングを算出しても良い。始動時の安定性や、正確性をさらに向上できる。
また、イナーシャが大きいブラシレスモータでは、2〜3回目の信号SL2,SL3の時間間隔と、3〜4回目の信号SL3,SL4の時間間隔が略等しい。このため、2〜3回目の信号SL2,SL3の時間間隔のみでセンサレス駆動に移行しても良い。このようにすると、さらに短い時間で定常的な運転を開始することができる。また、1回目の信号SL1と2回目の信号SL2の時間間隔だけを取得してセンサレス駆動に移行しても良い。イナーシャが小さいブラシレスモータに有効である。この場合は、初期通電時間SL1は予め設定された値を用いており、SL2のタイミングを検出した時点でSL1とSL2の時間間隔を演算し、それをロータ位置信号として使用することができるので、2回目の信号SL2まででセンサレス駆動に移行できるようになる。
また、イナーシャが小さいブラシレスモータでは、減速が大きくなって2〜3回目の信号SL2,SL3の時間間隔より、3〜4回目の信号SL3,SL4の時間間隔の方が大きくなる。この場合には、時間間隔の変化から加速度を算出し、この加速度を用いて次の時間間隔を推定することで励磁通電タイミングを算出しても良い。
Note that in a brushless motor with a large inertia, the fifth and subsequent signals may be acquired, and the excitation energization timing may be similarly calculated from the time interval. Stability and accuracy at start-up can be further improved.
In a brushless motor having a large inertia, the time interval between the second and third signals SL2 and SL3 is substantially equal to the time interval between the third and fourth signals SL3 and SL4. For this reason, you may transfer to sensorless drive only in the time interval of the 2nd to 3rd signals SL2 and SL3. In this way, steady operation can be started in a shorter time. Alternatively, only the time interval between the first signal SL1 and the second signal SL2 may be acquired to shift to sensorless driving. Effective for brushless motors with low inertia. In this case, the initial energization time SL1 uses a preset value, and when the SL2 timing is detected, the time interval between SL1 and SL2 can be calculated and used as the rotor position signal. It becomes possible to shift to sensorless driving up to the second signal SL2.
Further, in a brushless motor with small inertia, the deceleration is increased and the time interval between the third and fourth signals SL3 and SL4 is larger than the time interval between the second and third signals SL2 and SL3. In this case, the excitation energization timing may be calculated by calculating the acceleration from the change in the time interval and estimating the next time interval using this acceleration.
さらに、この始動方法では、モータ始動時に電流を抑制しながら起動する方法(以下、ソフトスタートという)を実施している。例えば、図9に示すように、始動時は、パルス幅変調信号(PWM)のデューティを50%にして電流を抑制し、その後回転速度を上昇させ、初期通電時間Ts1が経過したら、一旦デューティを0%にして、フリーランさせる。フリーランが終了したら、再びデューティを50%にし、そこからデューティを徐々に増加させ、最終的にデューティが100%に達しときに回転速度が目標値(例えば、最大回転数)に達するようにする。これによって、始動時に過電流が流れることを防止することができ、ブラシレスモータ1が搭載されているシステム全体の安定性を高めることができる。
Further, in this starting method, a method of starting while suppressing the current at the time of starting the motor (hereinafter referred to as soft start) is implemented. For example, as shown in FIG. 9, at the time of start-up, the duty of the pulse width modulation signal (PWM) is set to 50%, the current is suppressed, and then the rotational speed is increased. After the initial energization time Ts1 has elapsed, the duty is once set. Set to 0% and free run. When the free run is completed, the duty is again set to 50%, and then the duty is gradually increased so that the rotational speed reaches the target value (for example, the maximum rotational speed) when the duty finally reaches 100%. . Thereby, it is possible to prevent an overcurrent from flowing at the time of starting, and to improve the stability of the entire system in which the
ステップS109の誘起電圧によるセンサレス駆動(定常駆動モード)の詳細について説明する。
定常駆動モードでは、モータ端子の誘起電圧を検出してロータ位置を検出するが、誘起電圧波形には方形波状のスイッチングパルス(方形波パルス電圧)が重畳するので、このようなノイズを除去する必要がある。この実施の形態では、各相のロータ位置信号に相当するエッジを検出したときに、他相のレベル検出を行って、ロータ位置信号と方形波パルス電圧とを区別している。この際に使用される正転専用ロジックは、表1に示す誘起電圧信号検出ロジックと、表2に示す方形波パルス電圧終了エッジ判定ロジックとからなる。
なお、正転専用ロジックは、図1に示す回転方向判定手段23がブラシレスモータ1が正転していると判定する場合に、回転方向検出ロジック選択手段24の指令によって分離手段21が参照する。
Details of the sensorless drive (steady drive mode) by the induced voltage in step S109 will be described.
In the steady drive mode, the rotor position is detected by detecting the induced voltage at the motor terminal. However, since the square-wave switching pulse (square wave pulse voltage) is superimposed on the induced voltage waveform, it is necessary to remove such noise. There is. In this embodiment, when an edge corresponding to the rotor position signal of each phase is detected, the level of the other phase is detected to distinguish the rotor position signal from the square wave pulse voltage. The forward rotation dedicated logic used at this time includes an induced voltage signal detection logic shown in Table 1 and a square wave pulse voltage end edge determination logic shown in Table 2.
Note that the forward rotation dedicated logic is referred to by the
定常駆動モードで通電制御しているときの信号波形を図10に示す。図10は、横軸に電気角をとり、縦軸は上側から各固定子巻線U,V,Wへの通電状態と、各固定子巻線U,V,Wの実際の誘起電圧波形Uv、Vv、Wv(アナログ信号)と、各固定子巻線U,V,Wの誘起電圧信号Ud,Vd,Wd(デジタル信号)とが図示されている。最上段の各固定子巻線U,V,Wへの通電状態は、上段で「+」が付加されている固定子巻線U,V,Wが高電位側で、下段で「−」が付加されている固定子巻線U,V,Wが低電位側であることを示している。つまり、電気角0°から60°までの間の「W+」「V−」は、固定子巻線Wから固定子巻線Vに通電することを示す(図5における通電パターン#6と同等)。また、例えば、誘起電圧波形Uvにおいて、電気角0°で立ち上がるパルスや、電気角180°で立ち下がるパルスが方形波パルス電圧Psであり、これら方形波パルス電圧Psがこの実施の形態において除去対象となる信号である。
FIG. 10 shows signal waveforms when energization control is performed in the steady drive mode. In FIG. 10, the horizontal axis represents the electrical angle, and the vertical axis represents the energized state from the upper side to each of the stator windings U, V, W and the actual induced voltage waveform Uv of each stator winding U, V, W. , Vv, Wv (analog signals) and induced voltage signals Ud, Vd, Wd (digital signals) of the respective stator windings U, V, W are shown. The energization state of the uppermost stator windings U, V, W is such that the stator windings U, V, W added with “+” in the upper stage are on the high potential side, and “−” is in the lower stage. It shows that the added stator windings U, V, W are on the low potential side. That is, “W +” and “V−” between the electrical angles of 0 ° and 60 ° indicate that the stator winding W is energized to the stator winding V (equivalent to the
また、図11はマスク信号の生成過程及び位置検出信号の生成過程を模式的に示す図である。なお、図11は、横軸に電気角をとり、縦軸は上側から各固定子巻線U,V,Wの誘起電圧信号Ud,Vd,Wd(図10と同じ信号)と、固定子巻線U,V,Wの位置検出信号Us、Vs、Wsと、電気角30°位相シフトした後の位置検出信号Uss、Vss、Wssと、固定子巻線Uの方形波パルス電圧信号Um、固定子巻線Vの方形波パルス電圧信号Vm、固定子巻線Wの方形波パルス電圧信号Wmとが順番に図示されている。
FIG. 11 is a diagram schematically showing a mask signal generation process and a position detection signal generation process. In FIG. 11, the horizontal axis represents the electrical angle, and the vertical axis represents the induced voltage signals Ud, Vd, Wd (the same signals as in FIG. 10) of the stator windings U, V, W from the upper side, and the stator winding. Position detection signals Us, Vs, Ws of lines U, V, W, position detection signals Uss, Vss, Wss after phase shift of
図10に示す各固定子巻線U,V,Wの誘起電圧波形Uv、Vv、Wvは、誘起電圧I/F回路12(図1参照)に入力され、ローパスフィルタ回路15A〜15Cの分圧回路によりコンパレータ17A〜17Cに入力可能な電圧Uv2、Vv2、Wv2に分圧される。その後、ローパスフィルタ回路18A〜18CによりPWMノイズを除去した後の誘起電圧信号Uv3、Vv3、Wv3を生成し、これらの電圧値から等価中性点電圧が得られる。この等価中性点電圧と誘起電圧波形Uv3とをコンパレータに入力すると、誘起電圧信号Udが得られる。同様にして、アナログ信号の誘起電圧波形Vv3,Wv3からデジタル信号の誘起電圧信号Vd,Wdが得られる。これら、誘起電圧信号Ud,Vd,Wdは、制御装置11の分離手段21に入力され、以下の処理によって通電切り替えタイミングが生成される。
The induced voltage waveforms Uv, Vv, and Wv of the stator windings U, V, and W shown in FIG. 10 are input to the induced voltage I / F circuit 12 (see FIG. 1) and divided by the low-
分離手段21は、誘起電圧信号Ud,Vd,Wdのパルス信号から、方形波パルス電圧Psのエッジとロータ41の回転により生じる誘起電圧のエッジとを分離し、回転子位置検出部23がロータ41の回転により生じる誘起電圧の情報からなる位置検出信号Us,Vs,Wsを作成し、励磁切り替えタイミング演算手段22に受け渡たす。励磁切り替えタイミング演算手段22では、図11に示す位置検出信号Us,Vs,Wsのエッジ(誘起電圧エッジ)の間隔Teをカウントする。具体的には、位置検出信号Us,Vs,Wsのすべてのエッジをトリガーとしてカウンタによる計測を開始し、次にいずれかの位置検出信号Us,Vs,Wsのエッジが検出されたらカウント値をクリアすると同時に次のカウントを開始する。ここで、ブラシレスモータ1が回転しているときには、誘起電圧エッジの間隔Teは、電気角60°ごとに発生するので、誘起電圧の発生間隔を示すカウント値からロータ41の回転速度や加速度を演算し、これに応じて次に通電を切り替えるタイミングを補正し、その分だけ位置検出信号Us,Vs,Wsの位相をシフトして位相検出信号Uss,Vss,Wssを生成する。そして、励磁電圧出力手段27が、これら位相検出信号Uss,Vss,Wssに従ってインバータ13を制御し、各固定子巻線U,V,Wへの通電を切り替えてブラシレスモータ1のロータ41を回転させる。
The separating means 21 separates the edge of the square wave pulse voltage Ps and the edge of the induced voltage generated by the rotation of the
ここで、励磁電圧出力手段27にはマスク信号生成手段27Aを備えており、マスク信号生成手段27Aは、励磁電圧出力手段27がインバータに通電パターンを出力する直前に分離手段21にマスク信号を出力する。
例えば、図11の例では、固定子巻線Uの位置検出信号Ussのエッジの発生タイミングの直前に、固定子巻線Wのマスク信号WmをH(High)レベルに設定する。同様に、固定子巻線Vの位置検出信号Vssのエッジエッジの発生タイミングの直前に、固定子巻線Uのマスク信号UmをH(High)レベルに設定する。固定子巻線Wの位置検出信号Wssのエッジの発生タイミングの直前に、固定子巻線Vのマスク信号VmをH(High)レベルに設定する。これら各マスク信号Um,Vm,Wmの信号レベルは所定の電気角の間維持された後にL(Low)レベルに変更される。
Here, the excitation voltage output means 27 is provided with a mask signal generation means 27A. The mask signal generation means 27A outputs a mask signal to the separation means 21 immediately before the excitation voltage output means 27 outputs an energization pattern to the inverter. To do.
For example, in the example of FIG. 11, the mask signal Wm of the stator winding W is set to the H (High) level immediately before the occurrence timing of the edge of the position detection signal Uss of the stator winding U. Similarly, the mask signal Um of the stator winding U is set to H (High) level immediately before the occurrence timing of the edge edge of the position detection signal Vss of the stator winding V. Immediately before the edge generation timing of the position detection signal Wss of the stator winding W, the mask signal Vm of the stator winding V is set to H (High) level. The signal levels of these mask signals Um, Vm, Wm are changed to L (Low) level after being maintained for a predetermined electrical angle.
なお、マスク信号Um,Vm,Wmのパルス幅を決定する電気角は、常にTeの計測値から予めメモリされている角度を算出する。具体的には、通常負荷で回転させたときの方形波パルス電圧Psのパルス幅よりも大きく、かつマスク信号のパルスで誘起電圧波形Uv,Vv,Wvと等価中性点電圧との交点がマスクされないような値、0°<θ<30°が用いられる。 Note that the electrical angle that determines the pulse width of the mask signals Um, Vm, and Wm is always calculated in advance from the measured value of Te. Specifically, the intersection of the induced voltage waveforms Uv, Vv, Wv and the equivalent neutral point voltage is masked by the pulse of the mask signal, which is larger than the pulse width of the square wave pulse voltage Ps when rotated by a normal load. A value such that 0 ° <θ <30 ° is used.
以降は、誘起電圧I/F回路12から入力される誘起電圧信号Ud,Vd,Wdに対して、マスク信号Um,Vm,Wmで方形波パルス電圧Psのパルスを除去して位置検出信号Us,Vs,Wsを作成し、ブラシレスモータ1の通電制御を行う。
Thereafter, with respect to the induced voltage signals Ud, Vd, Wd input from the induced voltage I /
ここで、方形波パルス電圧Psのパルス幅は、負荷の大きさや、回転速度によって変化する。これに対して、マスク信号Um,Vm,Wmは、一定のパルス幅なので、マスク信号Um,Vm,Wmで方形波パルス電圧Psのパルスを完全にマスクできる場合と、マスクしきれない場合とが生じる。 Here, the pulse width of the square wave pulse voltage Ps varies depending on the size of the load and the rotation speed. On the other hand, since the mask signals Um, Vm, and Wm have a constant pulse width, there are cases where the mask signal Um, Vm, and Wm can completely mask the pulse of the square wave pulse voltage Ps and cases where the mask signal cannot be completely masked. Arise.
まず、方形波パルス電圧Psのパルス幅がマスク幅以下の場合には、図12に示すように、方形波パルス電圧Psの開始エッジ及び終了エッジの両方をマスクすることができる。この場合には、分離手段21は、表1に示すような誘起電圧信号検出ロジックに従って、誘起電圧信号Ud,Vd,Wdから位置検出信号Us,Vs,Wsを作成する。
First, when the pulse width of the square wave pulse voltage Ps is equal to or smaller than the mask width, both the start edge and the end edge of the square wave pulse voltage Ps can be masked as shown in FIG. In this case, the separating
なお、図12において、電気角θ1から始まる方形波パルス電圧Psの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジは、マスク信号UmがHレベルであるので無視される。電気角θ2における立ち上がりエッジは、表1の立ち上がりエッジの誘起電圧信号Udについての条件を満たすので、固定子巻線Uの誘起電圧の立ち上がりエッジとみなされる。同様に、電気角θ3から始まる方形波パルス電圧Psの立ち下がりエッジ及び立ち上がりエッジは、マスク信号UmがHレベルであるので無視される。電気角θ4における誘起電圧信号Udの立ち下がりエッジは、表1の立ち下がりエッジの誘起電圧信号Udについての条件を満たすので、固定子巻線Uの誘起電圧の立ち下がりエッジとみなされる。同様にして他の誘起電圧信号Vd,Wdについても、表1の誘起電圧信号検出ロジックに従って誘起電圧の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとを判定し、位置検出信号Us,Vs,Wsを作成する。 In FIG. 12, the rising edge and falling edge of the square wave pulse voltage Ps starting from the electrical angle θ1 are ignored because the mask signal Um is at the H level. Since the rising edge at the electrical angle θ2 satisfies the condition for the induced voltage signal Ud of the rising edge in Table 1, it is regarded as the rising edge of the induced voltage of the stator winding U. Similarly, the falling edge and rising edge of the square wave pulse voltage Ps starting from the electrical angle θ3 are ignored because the mask signal Um is at the H level. Since the falling edge of the induced voltage signal Ud at the electrical angle θ4 satisfies the conditions for the induced voltage signal Ud of the falling edge in Table 1, it is regarded as the falling edge of the induced voltage of the stator winding U. Similarly, with respect to the other induced voltage signals Vd and Wd, the rising edge and the falling edge of the induced voltage are determined according to the induced voltage signal detection logic shown in Table 1, and the position detection signals Us, Vs, and Ws are created.
これに対して、図13に示すように、方形波パルス電圧Psのパルス幅がマスク幅を越える場合には、方形波パルス電圧Psの開始エッジはマスクできるが、方形波パルス電圧Psの終了エッジはマスクすることができない。このような場合に、分離手段21は、は、表1に示すような誘起電圧信号検出ロジックに加えて、表2に示すような方形波パルス電圧終了エッジ判定ロジックを参照して誘起電圧エッジを分離し、位置検出信号Us,Vs,Wsを作成する。
On the other hand, as shown in FIG. 13, when the pulse width of the square wave pulse voltage Ps exceeds the mask width, the start edge of the square wave pulse voltage Ps can be masked, but the end edge of the square wave pulse voltage Ps. Can not be masked. In such a case, the separation means 21 refers to the square wave pulse voltage end edge determination logic as shown in Table 2 in addition to the induced voltage signal detection logic as shown in Table 1 and determines the induced voltage edge. The position detection signals Us, Vs, and Ws are created.
図13において、電気角θ1から始まる方形波パルス電圧Psの立ち上がりエッジは、マスクされるが、同じ方形波パルス電圧Psの立ち下がりエッジは、マスクできないので、表1及び表2に示す立ち下がりエッジの条件を満たすか否かを調べる。この場合には、表2の立ち下がりエッジの誘起電圧信号Udについての条件を満たすので、方形波パルス電圧Psのエッジであるとみなし、この信号を除去した上で位置検出信号Usを作成する。電気角θ2のエッジは、前記のように表1の条件を満たすので、誘起電圧エッジとする。同様に、電気角θ3から始まる方形波パルス電圧Psの立ち下がりエッジは、マスク信号Umによって除去され、同じ方形波パルス電圧Psの立ち上がりエッジは、表2の立ち上がりエッジの誘起電圧信号Udについての条件を満たすので除去する。このようにして、マスク信号Umで除去しきれない方形波パルス電圧Psのパルスがあった場合には、他の誘起電圧信号Vd,Wdの電圧レベルの高低を調べて表1及び表2の条件に当てはめることで除去の要否を判定し、方形波パルス電圧Psによる信号を除去して位置検出信号Usを作成する。さらに、同様にして、位置検出信号Vs,Wsを作成する。 In FIG. 13, the rising edge of the square-wave pulse voltage Ps starting from the electrical angle θ1 is masked, but the falling edge of the same square-wave pulse voltage Ps cannot be masked. Therefore, the falling edges shown in Tables 1 and 2 are used. It is checked whether or not the condition of the above is satisfied. In this case, since the condition for the induced voltage signal Ud of the falling edge in Table 2 is satisfied, it is regarded as the edge of the square wave pulse voltage Ps, and the position detection signal Us is created after removing this signal. The edge of the electrical angle θ2 satisfies the conditions in Table 1 as described above, and is therefore an induced voltage edge. Similarly, the falling edge of the square wave pulse voltage Ps starting from the electrical angle θ3 is removed by the mask signal Um, and the rising edge of the same square wave pulse voltage Ps is the condition for the induced voltage signal Ud of the rising edge in Table 2. Since it satisfies, it is removed. In this way, when there is a pulse of the square wave pulse voltage Ps that cannot be removed by the mask signal Um, the level of the voltage levels of the other induced voltage signals Vd and Wd is examined and the conditions shown in Tables 1 and 2 are obtained. To determine whether or not it is necessary to remove the signal, and a signal based on the square wave pulse voltage Ps is removed to generate the position detection signal Us. Further, similarly, the position detection signals Vs and Ws are created.
ここで、位相検出信号Uss,Vss,Wssを生成する際に、通電を切り替えるタイミングを補正する処理について説明する。補正は、励磁切り替えタイミング演算手段22に設けられた遅れ位相補正部22Aで実施する。補正の対象となる遅れ位相を図14に示す。図14は、U相における励磁タイミングと遅れ位相θ1、θ2を模試的に示している。遅れ位相θ1は、誘起電圧I/F回路12のローパスフィルタ回路15A〜15Cに起因する回転速度によって変化する。遅れ位相θ2は、コンパレータ17A〜17Cから後段の誘起電圧I/F回路12、すなわちコンパレータ17A〜17Cとローパスフィルタ18A〜18Cによる遅れ成分θ2aと、制御装置11のマイコンの処理遅れ時間θ2bの和(θ2=θ2a+θ2b)であり、駆動装置2に固有の値である。したがって、遅れ位相補正部22Aは、遅れ位相θ1を補正するフィルタ遅れ位相補正手段、及び遅れ位相θ2を補正する回路遅れ位相補正手段として機能する。
Here, a process for correcting the timing of switching energization when generating the phase detection signals Uss, Vss, Wss will be described. The correction is performed by a delay
まず、フィルタ遅れ位相補正手段としての遅れ位相補正部22Aの処理について説明する。
図15に示す範囲R4がブラシレスモータ1の回転速度の制御範囲である場合、ローパスフィルタ回路15A〜15Cは、範囲R4より高い周波数領域にカットオフ周波数fcが設定される。図15は、横軸を周波数の対数表示をし、縦軸を位相にしたボード線図である。カットオフ周波数fcのローパスフィルタ回路15A〜15Cを通った誘起電圧信号には遅れ位相θ1が生じる。遅れ位相θ1は、高周波数になる程、大きくなる。
First, the processing of the delay
When the range R4 shown in FIG. 15 is a control range of the rotational speed of the
ローパスフィルタ回路15A〜15Cの伝達関数G(s)は、τ(=C×R)を用いると次式で表せる。
G(s)=1/(τs+1) (1)
式(1)から、遅れ位相θ1〔rad〕は、
θ1=−arctan(ωτ) (2)
The transfer function G (s) of the low-
G (s) = 1 / (τs + 1) (1)
From equation (1), the delay phase θ1 [rad] is
θ1 = −arctan (ωτ) (2)
ここで、角加速度ωは、回転速度に相当するモータ端子電圧の基本周波数fの関数として表すことができるので、
θ1=−arctan(2πτ×f) (3)
となる。単位を〔°〕に変換し、遅れにとると、
θ1=arctan(2πτ×f)×360/2π (4)
となる。電気角60°回転するのに要する時間をTaとすると、1/f=6Taなので、θ1=arctan(2πτ/6Ta)×360/2π (5)
式(5)からフィルタ15A〜15Cによる遅れ位相θ1を算出できる。遅れ位相θ1は、式(5)からその都度計算しても良いが、この実施の形態では遅れ位相補正部22Aにマップ登録しておき、時間Taで検索して遅れ位相θ1を求める。
Here, the angular acceleration ω can be expressed as a function of the fundamental frequency f of the motor terminal voltage corresponding to the rotational speed.
θ1 = −arctan (2πτ × f) (3)
It becomes. If you change the unit to [°] and take the delay,
θ1 = arctan (2πτ × f) × 360 / 2π (4)
It becomes. Assuming that the time required to rotate the electrical angle of 60 ° is Ta, 1 / f = 6Ta, so θ1 = arctan (2πτ / 6Ta) × 360 / 2π (5)
The delay phase θ1 by the
次に、回路遅れ位相補正手段としての遅れ位相補正部22Aの処理について説明する。
遅れ位相θ2は、のフィルタ15A〜15C以外のその他の回路及びソフトウェア処理によって発生する。この遅れ位相θ2は、コンパレータ17A〜17C、ローパスフィルタ回路18A〜18C、マイコンなどに起因して発生する。このときの遅れ時間T2は、回転速度に依らず一定値である。したがって、電気角60°回転するのに要する時間Taに対する遅れ時間T2の割合から遅れ位相θ2を算出できる。
θ2=(T2/Ta)×60〔°〕 (6)
Next, processing of the delay
The delay phase θ2 is generated by other circuits other than the
θ2 = (T2 / Ta) × 60 [°] (6)
(式6)からは、遅れ時間T2が一定なので、回転速度が上昇して時間Taが短くなると、T2/Taの値が大きくなって、遅れ位相θ2が大きくなることがわかる。なお、式(6)もマップ化しておくと、計算をスムーズに行える。 (Equation 6) shows that since the delay time T2 is constant, the value of T2 / Ta increases and the delay phase θ2 increases as the rotation speed increases and the time Ta decreases. If equation (6) is also mapped, the calculation can be performed smoothly.
以上から、励磁を切り替えるタイミングEwは、
Ew=30−(θ1+θ2) (7)
になる。マップを使用してタイミングEwを補正することで、タイミングEwを速やかに演算できる。さらに、補正したタイミングEwを使用することで、回転速度に依らずに励磁を精度良く切り替えられる。
From the above, the timing Ew for switching excitation is
Ew = 30− (θ1 + θ2) (7)
become. By correcting the timing Ew using the map, the timing Ew can be quickly calculated. Further, by using the corrected timing Ew, the excitation can be switched with high accuracy regardless of the rotation speed.
次に、始動時に回転速度が既に領域R2にあるときについて説明する。
図16に示すように、始動前の状態が前記したフリーラン状態と同じになる。図4のフローチャートに従ってステップS103からステップS106の処理を実施してもフリーランしている回転状態への影響は少なく、フリーラン状態を維持できる。したがって、ステップS108からステップS109に進んで、定常駆動モードに移行する。
Next, the case where the rotational speed is already in the region R2 at the start will be described.
As shown in FIG. 16, the state before starting is the same as the above-described free-run state. Even if the processing from step S103 to step S106 is performed according to the flowchart of FIG. 4, there is little influence on the free running rotational state, and the free running state can be maintained. Therefore, the process proceeds from step S108 to step S109 to shift to the steady drive mode.
始動時に回転速度が領域R3にあるときについて説明する。
図4のステップS101からステップS107を実施しても、逆回転しているロータ41の誘起電圧波形では、正転専用ロジックでロータ位置信号を抽出することはできない。したがって、ロータ位置信号が例えば1〜9秒程度の所定の時間の間、検出できないときは(ステップS110に相等)、回転方向判定手段23が逆転状態であると判定する。
この場合、図1に示す制御装置11は、ブレーキ停止手段25が2相ロック通電を一定の時間、過電流にならない程度の低いデューティでブラシレスモータ1に印加させる。ラジエータファンにはブレーキとして働き、ラジエータファンの回転速度が小さくなって、停止状態に近くなる。図17に示すように、2相ロック通電を継続する時間は、予め設定されたブレーキ通電時間で、例えば、1〜9秒程度である。これによって、ブラシレスモータ1の回転速度は、−N1からゼロに近付く。前記したように、ラジエータファンは、逆回転している場合に回転数及びトルクは小さいからである。
A case where the rotational speed is in the region R3 at the start will be described.
Even if step S101 to step S107 of FIG. 4 are performed, the rotor position signal cannot be extracted by the forward rotation dedicated logic in the induced voltage waveform of the
In this case, the
ブレーキ通電時間が経過したら、インダクタンス検出を用いた始動処理を実施する。ラジエータファンは、フリクションが大きいシステムなので機械的な時定数は大きく、逆回転中に強制的に停止させた場合、風力によって再び逆方向に回転し始めるまでには時間がかかるため、回転速度が領域R1に留まっているからである。以降は、前記したステップS103からステップS108を実施し、定常駆動モードに移行する。 When the brake energization time has elapsed, start processing using inductance detection is performed. Since the radiator fan is a system with high friction, the mechanical time constant is large, and if it is forcibly stopped during reverse rotation, it takes time to start rotating in the reverse direction again due to the wind force. This is because it stays at R1. Thereafter, the above-described steps S103 to S108 are performed, and the routine shifts to the steady drive mode.
この実施の形態によれば、2相通電を行うことで、インダクタンスの大小を方形波パルス電圧幅から調べることが可能になる。パルス幅は、従来のように電圧の立ち上がり時間を測定する場合に比べて測定し易く、特別な回路を付加する必要がない。装置構成を簡略化でき、製造コストの低減が図れる。
コイルが作る磁束とマグネットが作る磁束が同じ方向の場合、つまりコイルとマグネットの間で磁束が流れ易いようなロータ位置ではインダクタンスが小さくなることに着目したので、従来の方法に比べて精度良く、かつ安定してロータ停止位置を検出することができる。
方形波パルス電圧を発生させる励磁パターンの順番、つまりロータ停止位置の検索順番において、N極磁化からS極磁化に変化させる場合には、その間に無通電となるような励磁パターンを実行するような切り替え順番にしたので、コイルを巻装する鉄心の残留磁化の影響を受け難くなってインダクタンスの検出精度を向上させることができる。
According to this embodiment, it is possible to examine the magnitude of the inductance from the square wave pulse voltage width by performing two-phase energization. The pulse width is easier to measure than in the case of measuring the voltage rise time as in the prior art, and it is not necessary to add a special circuit. The apparatus configuration can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.
When the magnetic flux generated by the coil and the magnetic flux generated by the magnet are in the same direction, that is, the rotor position where the magnetic flux easily flows between the coil and the magnet, the inductance is reduced. In addition, the rotor stop position can be detected stably.
When changing from N-pole magnetization to S-pole magnetization in the order of excitation patterns for generating square-wave pulse voltage, that is, the search order of the rotor stop position, an excitation pattern that is not energized during that time is executed. Since the switching order is adopted, it is difficult to be affected by the residual magnetization of the iron core around which the coil is wound, and the inductance detection accuracy can be improved.
なお、ロータ位置推定手段31は、方形波パルス電圧幅の最小値を調べる代わりに最大値を調べても良い。この場合、方形波パルス電圧幅検出手段29は、最も大きいパルス幅をそのときの励磁パターンと関連付けて記憶手段29Aに記憶する。始動時励磁手段36は、パルス幅の最大値を与える励磁パターンから回転方向に60°遅れた通電パターンを始動時励磁手段36で選択してブラシレスモータ1を始動させる。例えば、図5に示す例では、励磁パターン#3が最も磁束が流れ難く方形波パルス電圧幅が大きくなるので、1つ前の励磁パターン#2が始動励磁パターンに決定される。
The rotor position estimating means 31 may check the maximum value instead of checking the minimum value of the square wave pulse voltage width. In this case, the square-wave pulse voltage
また、方形波パルス電圧幅を複数回ずつ測定しても良い。例えば、2回ずつ測定する場合の処理を図18を参照して説明する。この場合の停止位置検査では、0〜23の24個のステップを1セットとして通電制御を行い、25番目のステップ24で停止位置を推定する。ステップ0及びステップ1で励磁パターン#1を通電した後に開放し、W相に発生する方形波パルス電圧のパルス幅をカウントする。ステップ2及びステップ3ではそれぞれステップ0およびステップ1と同じ処理を繰り返す。ステップ4及びステップ5と、ステップ6及びステップ7は励磁パターン#2について同様の処理を行う。以降、ステップ23まで、各励磁パターン#3〜#6について同じ方形波パルス電圧幅のカウントを2回ずつ順番に行う。
Further, the square wave pulse voltage width may be measured a plurality of times. For example, a process when measuring twice is described with reference to FIG. In the stop position inspection in this case, the energization control is performed with 24
方形波パルス電圧幅検出手段29は、記憶手段29Aに2回ずつ測定した方形波パルス電圧幅(カウント値)の全て、又は2回目に測定した方形波パルス電圧幅(カウント値)のみをそのときの励磁パターンと関連付けて記憶する。ステップ24の停止位置推定処理は、2回目に測定した方形波パルス電圧幅の大小を前記と同様に比較する。最小となる方形波パルス電圧幅の励磁パターンが始動励磁パターンに決定される。
このようにすると、ブラシレスモータ1がコイル鉄心の残留磁化の影響を受け易い構成である場合に、残留磁化の影響をさらに低減させ、インダクタンスの検出精度を向上させることができる。
At this time, the square wave pulse voltage width detection means 29 has the entire square wave pulse voltage width (count value) measured twice in the storage means 29A or only the square wave pulse voltage width (count value) measured second time. Are stored in association with the excitation pattern. In the stop position estimation process of
In this way, when the
ここで、停止位置推定処理は、同じ励磁パターンに対して複数回測定した方形波パルス電圧幅(カウント値)の平均値を算出し、平均値同士で大小を前記と同様に比較しても良い。平均化処理を行うことで、インダクタンスの検出精度をさらに向上させることができる。方形波パルス電圧幅を複数回取得する場合でも、最小値の代わりに最大値を調べることでロータ停止位置及び始動励磁パターンを決定しても良い。 Here, the stop position estimation process may calculate an average value of square wave pulse voltage widths (count values) measured a plurality of times for the same excitation pattern, and compare the magnitudes of the average values in the same manner as described above. . By performing the averaging process, the inductance detection accuracy can be further improved. Even when the square wave pulse voltage width is acquired a plurality of times, the rotor stop position and the start excitation pattern may be determined by examining the maximum value instead of the minimum value.
また、この実施の形態では、ブラシレスモータ1の始動時にフリーラン状態を作り出すようにしたので、全相が開放状態になって回転し始めたロータ41の位置検出をノイズが無い状態で行うことが可能になる。このため、ロータ位置を速やかに、かつ正確に検出することができる。
フリーランさせるまでの通電時間(Ts1)は、逆トルクが発生しない範囲内にしたので、フリーラン中にロータ41が大きく減速することがなく、ロータ位置を正しく検出することができる。
フリーラン時に発生する1回目の信号SL1を使用せずに、2回目以降の信号SL2〜SL4を使用すると、1回目に方形波パルス電圧に起因する信号が発生した場合でも正しい検知が可能になる。
Further, in this embodiment, since the free-run state is created when the
Since the energization time (Ts1) until free running is within a range where no reverse torque is generated, the
If the second and subsequent signals SL2 to SL4 are used without using the first signal SL1 generated at the time of free-running, correct detection is possible even when a signal due to the square wave pulse voltage is generated the first time. .
ここで、このようなブラシレスモータ1は、例えば、ファンモータや、燃料ポンプのモータなど、イナーシャが大きいモータ、コギングトルクが無いスロットレスモータ、摩擦やコギングトルク等による損失が少ない低損失モータがあげられる。スロットレスモータでは、スロットのコアがないことからインダクタンス検出によるロータ停止位置の検出ができない。しかしながら、イナーシャが極めて小さいことから、ロータの停止位置を検出する際の通電で所定の回転位置に容易に吸い付けることができるので、そのような方法で停止位置を決めて、そこから電気角120°位相が遅れた通電パターンを始動励磁パターンに選択すれば良い。このように、ロータ停止位置の検出方法や、始動励磁パターンの決定方法は、インダクタンスに基づく方法に限定されずに種々の方法を使用することができる。
Here, the
また、この実施の形態によれば、ブラシレスモータ1を始動させるときに、ロータ41が逆回転している場合でも、ブレーキ処理を行うことでコイルのインダクタンスを用いたロータ位置の検出が可能になる。ここからブラシレスモータ1を始動させて、120°通電による定常運転に速やかに移行することが可能になる。ブラシレスモータ1の無通電時に風などの影響でロータ41が正回転・逆回転している状態や、停止している状態のそれぞれに対応した始動制御を行うことで、ブラシレスモータ1を確実に起動できる。例えば、自動車などのエンジン冷却システムのラジエータファンの駆動用にブラシレスモータ1を用いた場合には、システムの信頼性を高めることができる。
Further, according to this embodiment, when starting the
(第2の実施の形態)
この実施の形態は、正転専用ロジックに加えて逆転専用ロジックを使用することを特徴とする。装置構成は、第1の実施の形態と同様である。
図19に始動時の動作のフローチャートを示す。ステップS101からステップS108まで、すなわち、始動開始時のブラシレスモータ1の回転速度が図3の領域R1又は領域R2にあるときの処理は、第1の実施の形態と同じである。始動時の回転速度が領域R3にあるときは、ステップS108からステップS110Aに進む。
(Second Embodiment)
This embodiment is characterized in that reverse rotation dedicated logic is used in addition to forward rotation dedicated logic. The apparatus configuration is the same as that of the first embodiment.
FIG. 19 shows a flowchart of the operation at the start. The process from step S101 to step S108, that is, when the rotation speed of the
ステップS110Aでは、誘起電圧を検出して逆転専用ロジックを使用してロータ位置検出を行う。逆転専用ロジックは、回転方向判定手段23が逆転と判定するときに回転方向検出ロジック選択手段24によって選択されるもので、表2に示す誘起電圧信号検出ロジックと、表1に示す方形波パルス電圧終了エッジ判定ロジックとからなり、分離手段21に登録されている。このような逆転専用ロジックを用い、各相のロータ位置信号に相当するエッジを検出したときに、他相のレベル検出を行って、ロータ位置信号とスイッチングパルスとを区別し、ロータ位置を検出する。ここでの処理は、使用するロジックが異なる以外は、第1の実施の形態における定常駆動モードと同様である。
In step S110A, the induced voltage is detected and the rotor position is detected using the reverse rotation dedicated logic. The reverse rotation dedicated logic is selected by the rotation direction detection
ロータ位置検出処理を実施し、実際にロータ位置検出信号が得られたら(ステップS110BでYes)、ステップS111以降の処理を実施する。逆回転であることが確認できれば良いので、ロータ位置検出信号は、1回以上発生していれば良い。ステップS111以降の処理は、第1の実施の形態と同じである。
これに対して、ロータ位置検出信号が得られなかった場合は(ステップS110BでNo)、一定時間待機してから(ステップS110CでYes)、ステップS111に進む。
When the rotor position detection process is performed and a rotor position detection signal is actually obtained (Yes in step S110B), the processes after step S111 are performed. The rotor position detection signal only needs to be generated once or more as long as it can be confirmed that the rotation is reverse. The processes after step S111 are the same as those in the first embodiment.
On the other hand, when the rotor position detection signal is not obtained (No in step S110B), after waiting for a certain time (Yes in step S110C), the process proceeds to step S111.
この実施の形態では、逆転専用ロジックを使用することで逆回転状態にあることを確実に検出できる。その他の効果は、第1の実施の形態と同様である。 In this embodiment, the reverse rotation state can be reliably detected by using the reverse rotation dedicated logic. Other effects are the same as those of the first embodiment.
(第3の実施の形態)
この実施の形態は、最初にブレーキ処理を実施することを特徴とする。
図20に示すように、過電流検出処理(ステップS101)を行なった後、低デューティでの2相通電ロック処理を実施する(ステップS102A)。ブレーキ時間は、一定時間とする(ステップS102B)。これらの処理は、第1の実施の形態におけるステップS111,S112に相当する処理である。始動時にブラシレスモータ1の回転速度がいずれの領域R1〜R3にある場合でも、ブレーキ処理によって強制的に領域R1に制御されるようになる。以降の処理は、第1の実施の形態と同じある。
また、図21に示すように、逆転専用ロジックを使用する場合(ステップS110Aに相当)についても、最初にステップS102A,S102Bでブレーキ処理を行うことで、ブラシレスモータ1の回転速度がいずれの領域R1〜R3にある場合でも、ブレーキ処理によって強制的に領域R1に制御されるようになる。
(Third embodiment)
This embodiment is characterized in that the brake processing is first performed.
As shown in FIG. 20, after performing an overcurrent detection process (step S101), a two-phase energization lock process with a low duty is performed (step S102A). The brake time is a fixed time (step S102B). These processes are processes corresponding to steps S111 and S112 in the first embodiment. Even when the rotational speed of the
Further, as shown in FIG. 21, even when using the reverse rotation dedicated logic (corresponding to step S110A), the rotational speed of the
なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、電源電圧が変動する場合など、端子電圧が変動する場合には、分圧回路14の代わりにレベル変換回路を使用することが望ましい。レベル変換回路は、トランジスタやFET、コンパレータなどを使用し、電源電圧に応じて端子電圧を下げられるように構成される。
始動時の通電制御は、シャント抵抗13Aから電流値をモニタし、所定値以上にならないように制御すれば良く、デューティ50%に限定されない。
初期通電時間Ts1は、電圧・電流方程式、位置・トルク方程式に所定の物理定数を代入して求めたり、シミュレーションで決定しても良い。
Note that the present invention can be widely applied without being limited to the above-described embodiment.
For example, when the terminal voltage fluctuates, such as when the power supply voltage fluctuates, it is desirable to use a level conversion circuit instead of the
The energization control at the start is not limited to the duty of 50% as long as the current value is monitored from the
The initial energization time Ts1 may be obtained by substituting predetermined physical constants into the voltage / current equation and the position / torque equation, or may be determined by simulation.
初期通電時間Ts1だけではロータ位置検出に十分な回転速度まで加速できない場合には、数回のオープンループによる強制通電を実施して十分に加速した後にフリーラン状態に移行させても良い。例えば、図22に示すように、ホールセンサを用いて1回目の通電切り替えのタイミング(初期通電時間Ts1)を決定すると共に、2回目の通電切り替えのタイミング(通電時間Ts2)と、3回目の通電切り替えのタイミング(通電時間Ts3)も測定し、これら通電時間Ts1〜Ts3をプログラムとして制御装置11に記憶させる。始動時には、始動励磁パターンを初期通電時間Ts1だけ継続した後に、始動励磁パターンの次の励磁パターンを時間Ts2だけ継続し、さらに次の励磁パターンを時間Ts3だけ継続した後に全相の通電をOFFにしてフリーランさせる。
なお、図7において、始動時にブラシレスモータ1を逆転させるときには、120°進んだ励磁パターンを始動時の励磁パターンとして選択する。
If the initial energization time Ts1 alone cannot be used to accelerate to a rotational speed sufficient for rotor position detection, forced energization by several open loops may be performed to sufficiently accelerate and then shift to a free-run state. For example, as shown in FIG. 22, the first energization switching timing (initial energization time Ts1) is determined using the Hall sensor, and the second energization switching timing (energization time Ts2) and the third energization are performed. The switching timing (energizing time Ts3) is also measured, and these energizing times Ts1 to Ts3 are stored in the
In FIG. 7, when the
1 ブラシレスモータ
2 駆動装置
11 制御装置
14 分圧回路
15A,15B,15C フィルタ
22 励磁切り替えタイミング演算手段
22A 遅れ位相補正部(フィルタ遅れ位相補正手段、回路遅れ位相補正手段)
26 通電パターン決定手段
27 励磁電圧出力手段
29 方形波パルス電圧幅検出手段
31 ロータ位置推定手段
41 ロータ
SL2,SL3,SL4 信号
Ts1 初期通電時間
DESCRIPTION OF
26 energization pattern determination means 27 excitation voltage output means 29 square wave pulse voltage width detection means 31 rotor position estimation means 41 rotor SL2, SL3, SL4 signal Ts1 initial energization time
Claims (12)
複数相の通電切り替え用の複数のスイッチング素子を有するインバータ回路と、
前記スイッチング素子のオンとオフとを切り替えるパルス変調信号のデューティを決定するデューティ決定手段と、
前記ブラシレスモータの始動時に、前記ブラシレスモータのロータの停止位置に合わせた始動励磁パターンを初期通電時間だけ通電した後、該通電を停止して前記ブラシレスモータの前記ロータをフリーランさせる通電パターン決定手段と、
前記フリーラン中にモータ端子に発生する誘起電圧から前記ロータの位置を検出して励磁タイミングを決定する励磁切り替えタイミング演算手段と、
前記誘起電圧から前記ロータの位置を検出できない場合、前記ブラシレスモータが逆回転していると判定し、前記ブラシレスモータを停止させる通電パターンの通電を予め定められた一定時間行うブレーキ停止手段と、
を有し、
前記デューティ決定手段は、
前記始動励磁パターンの通電においてパルス変調信号のデューティを50%にし、
前記フリーラン中において前記パルス変調信号のデューティを0%にし、
前記フリーラン中に前記誘起電圧から前記ロータの位置を検出できた場合、前記フリーランが終了した後に前記パルス変調信号のデューティを50%にしてからデューティを徐々に増加させ100%にする
ことを特徴とするブラシレスモータの駆動装置。 A brushless motor drive device for driving a brushless motor,
An inverter circuit having a plurality of switching elements for energization switching of a plurality of phases;
Duty determining means for determining a duty of a pulse modulation signal for switching on and off of the switching element;
Wherein when the brushless motor start, the after energized by initial energization time the start-up excitation pattern that matches the rotor stop position of the brushless motor, energization pattern determining means for free running of the rotor of the brushless motor to stop the vent collector When,
Excitation switching timing calculating means for determining the excitation timing by detecting the position of the rotor from the induced voltage generated at the motor terminal during the free run;
When the position of the rotor cannot be detected from the induced voltage, it is determined that the brushless motor is rotating in reverse, and a brake stop unit that performs energization of an energization pattern for stopping the brushless motor for a predetermined period of time;
Have
The duty determining means includes
In energization of the starting excitation pattern, the duty of the pulse modulation signal is set to 50%,
The duty of the pulse modulation signal is set to 0% during the free run,
When the position of the rotor can be detected from the induced voltage during the free run, the duty of the pulse modulation signal is increased to 50% after the free run ends, and then the duty is gradually increased to 100%. A brushless motor drive device.
ことを特徴とする請求項1に記載のブラシレスモータの駆動装置。 Prior Symbol initial energization time, the brushless motor driving device according to claim 1, wherein the rotor is a time length less than from the start of the rotation until first energization switching timing.
前記フリーラン中に2回目以降にモータ端子に発生する誘起電圧の信号の時間間隔から励磁タイミングを演算する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のブラシレスモータの駆動装置。 The excitation switching timing calculation means is
3. The brushless motor driving device according to claim 1, wherein the excitation timing is calculated from a time interval of a signal of an induced voltage generated at the motor terminal for the second time or later during the free run.
前記ブラシレスモータのロータの停止位置に合わせた始動励磁パターンを初期通電時間だけ通電する第1のステップと、
前記第1のステップの後、通電を停止して前記ブラシレスモータの前記ロータをフリーランさせる第2のステップと、
前記フリーラン中にモータ端子に発生する誘起電圧から前記ロータの位置を検出する第3のステップと、
前記誘起電圧から前記ロータの位置を検出できた場合、検出した前記ロータの位置に基づいて励磁パターンの切り替えを行う第4のステップと、
前記誘起電圧から前記ロータの位置を検出できない場合、前記ブラシレスモータが逆回転していると判定し、前記ブラシレスモータを停止させる通電パターンの通電を予め定められた一定時間行う第5のステップと、
を有し、
前記第1のステップでは、デューティを50%にし、
前記第2のステップ及び前記第3のステップでは、デューティを0%にし、
前記第4のステップでは、通電におけるデューティを50%にしてからデューティを徐々に増加させ100%にする
ことを特徴とするブラシレスモータの始動方法。 A starting method for starting a brushless motor,
A first step of energizing a start excitation pattern in accordance with a stop position of the rotor of the brushless motor for an initial energization time ;
After the first step, a second step of stopping the energization run freely the rotor of the brushless motor,
A third step of detecting a position of the rotor from an induced voltage generated at a motor terminal during the free run;
If you can detect the position of the rotor from the induced voltage, and a fourth step of switching the excitation pattern based on the position of the detected said rotor,
If the position of the rotor cannot be detected from the induced voltage, it is determined that the brushless motor is rotating in reverse, and the energization of the energization pattern for stopping the brushless motor is performed for a predetermined period of time;
Have
In the first step, the duty is set to 50%,
In the second step and the third step, the duty is set to 0%,
In the fourth step, the duty in energization is set to 50%, and then the duty is gradually increased to 100%.
前記ロータの位置を検出する前記第3のステップは、ロータを回転させたときにモータ端子に発生する誘起電圧が4回目発生するまでの間に行われる
ことを特徴とする請求項4に記載のブラシレスモータの始動方法。 Prior Symbol initial energization time, the rotor is a time length less than from the start of the rotation until first energization switching timing,
5. The method according to claim 4, wherein the third step of detecting the position of the rotor is performed until the induction voltage generated at the motor terminal when the rotor is rotated is generated for the fourth time. 6. How to start a brushless motor.
ことを特徴とする請求項4に記載のブラシレスモータの始動方法。 Before SL drivable excitation pattern brushless motor selects a plurality, each of the excitation pattern is energized sequentially in a range rotor does not rotate time, the square wave pulse generated in the coil of the brushless motor when switching the excitation pattern Examine the voltage pulse width, determine the rotor stop position from the minimum value, output an excitation pattern with a 120 ° phase delay from the rotor stop position during forward rotation, and advance the 120 ° phase from the rotor stop position during reverse rotation 5. The method of starting a brushless motor according to claim 4, wherein an excitation pattern is output, and energization by the output excitation pattern is performed with a duty of 50%.
複数相の通電切り替え用の複数のスイッチング素子を有するインバータ回路と、
前記スイッチング素子のオンとオフとを切り替えるパルス変調信号のデューティを決定するデューティ決定手段と、
前記ブラシレスファンモータの始動時に前記ブラシレスファンモータのロータの停止位置に合わせた始動励磁パターンを初期通電時間だけ通電した後、該通電を停止して前記ブラシレスファンモータの前記ロータをフリーランさせる通電パターン決定手段と、
前記フリーラン中にモータ端子に発生する誘起電圧から前記ロータの位置を検出して励磁タイミングを決定する励磁切り替えタイミング演算手段と、
前記誘起電圧から前記ロータの位置を検出できない場合、前記ブラシレスファンモータが逆回転していると判定し、前記ブラシレスファンモータを停止させる通電パターンの通電を予め定められた一定時間行うブレーキ停止手段と、
を有し、
前記デューティ決定手段は、
前記始動励磁パターンの通電においてパルス変調信号のデューティを50%にし、
前記フリーラン中において前記パルス変調信号のデューティを0%にし、
前記フリーラン中に前記誘起電圧から前記ロータの位置を検出できた場合、前記フリーランが終了した後に前記パルス変調信号のデューティを50%にしてからデューティを徐々に増加させ100%にする
ことを特徴とするブラシレスファンモータの駆動装置。 A brushless fan motor drive device that drives a brushless fan motor that is disposed with respect to a radiator in an engine room and is used in a rotation mechanism of a radiator fan,
An inverter circuit having a plurality of switching elements for energization switching of a plurality of phases;
Duty determining means for determining a duty of a pulse modulation signal for switching on and off of the switching element;
Wherein after the start-up excitation pattern that matches the time of the brushless fan motor starting the rotor stop position of the brushless fan motor energized by the initial energization time, energization to free run of the rotor of the brushless fan motor to stop the vent conductive pattern A determination means;
Excitation switching timing calculating means for determining the excitation timing by detecting the position of the rotor from the induced voltage generated at the motor terminal during the free run;
A brake stopping means for determining that the brushless fan motor is rotating in the reverse direction when the position of the rotor cannot be detected from the induced voltage and performing energization of an energization pattern for stopping the brushless fan motor for a predetermined period of time; ,
Have
The duty determining means includes
In energization of the starting excitation pattern, the duty of the pulse modulation signal is set to 50%,
The duty of the pulse modulation signal is set to 0% during the free run,
When the position of the rotor can be detected from the induced voltage during the free run, the duty of the pulse modulation signal is increased to 50% after the free run ends, and then the duty is gradually increased to 100%. A brushless fan motor drive device.
ことを特徴とする請求項7に記載のブラシレスファンモータの駆動装置。 Prior Symbol initial energization time, the brushless fan motor of the driving device according to claim 7, wherein the rotor is a time length less than from the start of the rotation until first energization switching timing.
前記フリーラン中に2回目以降にモータ端子に発生する誘起電圧の信号の時間間隔から励磁タイミングを演算する
ことを特徴とする請求項7又は請求項8に記載のブラシレスファンモータの駆動装置。 The excitation switching timing calculation means is
The brushless fan motor drive device according to claim 7 or 8, wherein an excitation timing is calculated from a time interval of an induced voltage signal generated at a motor terminal for the second time or later during the free run.
前記ブラシレスファンモータのロータの停止位置に合わせた始動励磁パターンを初期通電時間だけ通電する第1のステップと、
前記第1のステップの後、通電を停止して前記ブラシレスファンモータの前記ロータをフリーランさせる第2のステップと、
前記フリーラン中にモータ端子に発生する誘起電圧から前記ロータの位置を検出する第3のステップと、
前記誘起電圧から前記ロータの位置を検出できた場合、検出した前記ロータの位置に基づいて励磁パターンの切り替えを行う第4のステップと、
前記誘起電圧から前記ロータの位置を検出できない場合、前記ブラシレスファンモータが逆回転していると判定し、前記ブラシレスファンモータを停止させる通電パターンの通電を予め定められた一定時間行う第5のステップと、
を有し、
前記第1のステップでは、デューティを50%にし、
前記第2のステップ及び前記第3のステップでは、デューティを0%にし、
前記第4のステップでは、通電におけるデューティを50%にしてからデューティを徐々に増加させ100%にする
ことを特徴とするブラシレスファンモータの始動方法。 A starting method for starting a brushless fan motor which is disposed with respect to a radiator in an engine room and used for a rotating mechanism of a radiator fan,
A first step of energizing a start excitation pattern in accordance with a stop position of the rotor of the brushless fan motor for an initial energization time ;
After the first step, a second step of stopping the energization run freely the rotor of the brushless fan motor,
A third step of detecting the position of the rotor from the induced voltage generated at the motor terminal during the free run;
If you can detect the position of the rotor from the induced voltage, and a fourth step of switching the excitation pattern based on the position of the detected said rotor,
If the position of the rotor cannot be detected from the induced voltage, it is determined that the brushless fan motor is rotating in reverse, and the energization pattern for stopping the brushless fan motor is energized for a predetermined period of time. When,
Have
In the first step, the duty is set to 50%,
In the second step and the third step, the duty is set to 0%,
In the fourth step, the duty in energization is set to 50%, and then the duty is gradually increased to 100%.
前記ロータの位置を検出する前記第3のステップは、ロータを回転させたときにモータ端子に発生する誘起電圧が4回目発生するまでの間に行われる
ことを特徴とする請求項10に記載のブラシレスファンモータの始動方法。 Prior Symbol initial energization time, the rotor is a time length less than from the start of the rotation until first energization switching timing,
The said 3rd step which detects the position of the said rotor is performed until the induced voltage generate | occur | produced in a motor terminal generate | occur | produces the 4th time when rotating a rotor. How to start a brushless fan motor.
ことを特徴とする請求項10に記載のブラシレスファンモータの始動方法。 Before SL drivable excitation pattern brushless fan motor and multiple selection, each of the excitation pattern is energized sequentially in time range rotor does not rotate, generated in the coil of the brushless fan motor when switching the excitation pattern square Check the pulse width of the wave pulse voltage, determine the rotor stop position from the minimum value, output an excitation pattern with a 120 ° phase delay from the rotor stop position during forward rotation, and advance the 120 ° phase from the rotor stop position during reverse rotation. 11. The method of starting a brushless fan motor according to claim 10, wherein the excitation pattern is output and energization with the output excitation pattern is performed with a duty of 50%.
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