JP5998556B2 - Sensorless control device for brushless DC motor - Google Patents
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Description
この発明は、ブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置に関し、さらに詳しくは、例えば、油の吸入および吐出を行うポンプを駆動するのに適したブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置に関する。 The present invention relates to a sensorless control device for a brushless DC motor, and more particularly to a sensorless control device for a brushless DC motor suitable for driving, for example, a pump that sucks and discharges oil.
自動車のトランスミッションには油圧ポンプにより油圧が供給されるが、省エネルギなどの観点から停車時にエンジンを停止するいわゆるアイドルストップ（アイドリングストップ）を行う自動車では、アイドルストップ時にもトランスミッションへの油圧供給を確保するために、電動ポンプが使用されるようになっている。 Hydraulic pressure is supplied to the vehicle's transmission by a hydraulic pump. However, in order to save energy, the vehicle is stopped when the vehicle is stopped, so-called idle stop (idling stop) is secured. In order to do so, an electric pump is used.
自動車に搭載されるポンプ駆動用電動モータとして、ブラシレスＤＣモータが用いられるようになっている。このような電動ポンプでは、小スペース・低コストが求められるため、回転位置検出センサを用いずにモータを駆動するいわゆるセンサレス制御が行われている。 As an electric motor for driving a pump mounted on an automobile, a brushless DC motor is used. Since such an electric pump requires a small space and low cost, so-called sensorless control for driving a motor without using a rotational position detection sensor is performed.
ブラシレスＤＣモータをセンサレス制御するためには、ロータの回転位置を推定して回転位置検出センサからの回転位置信号に相当する回転位置推定信号を生成する必要がある。回転位置推定信号の推定は、一般に、モータの３相の誘起電圧を用いて行われる。 In order to perform sensorless control of the brushless DC motor, it is necessary to estimate the rotational position of the rotor and generate a rotational position estimation signal corresponding to the rotational position signal from the rotational position detection sensor. The estimation of the rotational position estimation signal is generally performed using three-phase induced voltages of the motor.
センサレス制御においては、回転位置検出センサを使用しないことから、モータが実際に回転しているかどうかの判定を正確に行うことが難しく、特許文献１には、誘起電圧が消失したときに、モータの停止信号を出力するものが提案されている。
In sensorless control, since the rotational position detection sensor is not used, it is difficult to accurately determine whether or not the motor is actually rotating.
上記の従来のブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置においては、誘起電圧と駆動電圧とを区別するようになっていないため、モータの回転が停止している場合に、モータが回転していると判断されることが起こり得る。 In the above conventional brushless DC motor sensorless control device, since the induced voltage and the drive voltage are not distinguished, it is determined that the motor is rotating when the rotation of the motor is stopped. Can happen.
すなわち、センサレス駆動では、誘起電圧のゼロクロス点を検出することで磁極切替を検知しているが、通電するために印加している駆動電圧のゼロクロス点と誘起電圧のゼロクロス点とをセンサレス制御装置は判別できないため、駆動電圧のゼロクロス点を検出することで、モータが回転していると判定されることがある。 That is, in sensorless driving, magnetic pole switching is detected by detecting the zero-cross point of the induced voltage, but the sensorless control device determines the zero-cross point of the drive voltage applied to energize and the zero-cross point of the induced voltage. Since it cannot be determined, it may be determined that the motor is rotating by detecting the zero cross point of the drive voltage.
この発明の目的は、上記の問題を解決し、モータが回転していないことの判定を正確に行うことができるブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a sensorless control device for a brushless DC motor that solves the above problems and can accurately determine that the motor is not rotating.
この発明によるブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置は、コンパレータによって３相の相電圧と基準電圧とを比較して各相の回転位置推定信号を生成する回転位置推定信号生成手段と、各相の回転位置推定信号に基づいてＰＷＭ方式で３相への通電を制御する通電制御手段とを備え、通電制御手段は、各相の上下アームにそれぞれ設けられた合計６個の上下スイッチング素子を有するスイッチング回路と、スイッチング回路を構成する各スイッチング素子にゲート信号を出力するゲートドライブ回路と、スイッチング回路を介してモータに電力を供給する直流電源とを備えているモータ制御装置において、各相の相電圧の切替時間が所定時間内にわたって一定である場合、モータが回転していないと判断するロック検出手段を備えていることを特徴とするものである。
The sensorless control device for a brushless DC motor according to the present invention comprises a rotational position estimation signal generating means for generating a rotational position estimation signal for each phase by comparing a three-phase phase voltage with a reference voltage by a comparator, and a rotational position for each phase. An energization control means for controlling energization to the three phases by the PWM method based on the estimation signal, and the energization control means includes a switching circuit having a total of six upper and lower switching elements respectively provided on the upper and lower arms of each phase; In a motor control device comprising: a gate drive circuit that outputs a gate signal to each switching element constituting the switching circuit; and a DC power source that supplies power to the motor via the switching circuit, the phase voltage of each phase is switched If the time is constant over a predetermined time, it has a lock detecting means for determining that the motor is not rotating It is characterized in.
センサレス制御においては、誘起電圧の変化に伴うゼロクロス点を検出し、これに基づいて、各相の相電圧の指令が与えられて、相電圧パターンが切り替わっていく。誘起電圧がゼロの場合には、モータが回転していない（ロック検出）として、フェールとする必要がある。ゼロクロス点の検出は、相電圧のゼロクロス点に基づくもので、この相電圧の検出において、誘起電圧と駆動電圧とを判別するようになっていない。したがって、モータが回転していない場合に、駆動電圧が変化し、この駆動電圧の変化に伴うゼロクロス点を誘起電圧の変化に伴うゼロクロス点と認識する可能性がある。誘起電圧のゼロクロス点を検出している場合、ゼロクロス検出のタイミングは、一定ではない。つまり、一定の回転数で回転していたとしても、パターン切替の度に、必ずパターン切替時間は変化する。それに対して、駆動電圧のゼロクロス点を検出している場合、一定の切換パターンとなる。つまり、ある一定時間内にパターン切替時間が変更されない場合、モータが回転していないと判断することができる。 In sensorless control, a zero cross point associated with a change in induced voltage is detected, and based on this, a command for the phase voltage of each phase is given, and the phase voltage pattern is switched. When the induced voltage is zero, it is necessary to fail because the motor is not rotating (lock detection). The detection of the zero-cross point is based on the zero-cross point of the phase voltage, and in this phase voltage detection, the induced voltage and the drive voltage are not discriminated. Therefore, when the motor is not rotating, the drive voltage changes, and there is a possibility that the zero cross point accompanying the change in the drive voltage is recognized as the zero cross point accompanying the change in the induced voltage. When the zero cross point of the induced voltage is detected, the timing of zero cross detection is not constant. In other words, even if the rotation speed is constant, the pattern switching time always changes every time the pattern is switched. On the other hand, when the zero cross point of the drive voltage is detected, a constant switching pattern is obtained. That is, if the pattern switching time is not changed within a certain time, it can be determined that the motor is not rotating.
この発明のブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置によれば、上記のように、モータが回転していないことの判定を正確に行うことができる。 According to the sensorless control apparatus for a brushless DC motor of the present invention, it is possible to accurately determine that the motor is not rotating as described above.
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１は、ブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置の構成を概略的に示している。 FIG. 1 schematically shows the configuration of a sensorless control device for a brushless DC motor.
このブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置は、自動車に搭載されて油の吸入および吐出を行うポンプ(11)を駆動するブラシレスＤＣモータ(1)を、自動車に搭載されたバッテリよりなる直流電源(2)を用いて、片側ＰＷＭ方式で駆動するものであり、３相の相電圧に基づいてディジタル方式で各相の回転位置推定信号を生成する回転位置推定信号生成手段である回転位置推定信号生成装置(3)と、各相の回転位置推定信号に基づいてＰＷＭ方式で直流電源(2)から３相への通電を制御する通電制御手段である通電制御装置(4)とから構成されている。直流電源(2)の電源電圧をＥとする。３相の相電圧は、それぞれ、Ｖu、Ｖv、Ｖwとし、Ｖで総称する。３相の回転位置推定信号は、それぞれ、Ｈu、Ｈv、Ｈwとし、Ｈで総称する。 This sensorless control device for a brushless DC motor includes a brushless DC motor (1) that drives a pump (11) that is mounted on an automobile and performs suction and discharge of oil, and a direct current power source (2) that includes a battery mounted on the automobile. Rotational position estimation signal generating device which is a rotational position estimation signal generating means for generating a rotational position estimation signal for each phase in a digital manner based on a three-phase phase voltage. 3) and an energization control device (4) which is an energization control means for controlling energization from the DC power supply (2) to the three phases by the PWM method based on the rotational position estimation signal of each phase. Let E be the power supply voltage of the DC power supply (2). The three-phase voltages are Vu, Vv, and Vw, respectively, and are collectively referred to as V. The three-phase rotational position estimation signals are denoted by Hu, Hv, and Hw, respectively, and are collectively referred to as H.
通電制御装置(4)は、通電信号生成手段(5)と、スイッチング回路(6)と、電流検出器(7)と、電流制御部（電流制御手段）(8)と、ＰＷＭ駆動手段（9）と、ゲートドライブ回路(10)とから構成されている。 The energization control device (4) includes an energization signal generation means (5), a switching circuit (6), a current detector (7), a current control unit (current control means) (8), and a PWM drive means (9 ) And a gate drive circuit (10).
回転位置推定信号生成装置(3)は、図２に示すように、電圧比較回路(13)と、極性決定手段(14)とを備えており、モータ(1)のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の相電圧Ｖに基づいて、各相の回転位置推定信号Ｈを生成する。 As shown in FIG. 2, the rotational position estimation signal generation device (3) includes a voltage comparison circuit (13) and polarity determination means (14), and includes a U phase, a V phase, and a W of the motor (1). Based on the phase voltage V of the three phases, a rotational position estimation signal H for each phase is generated.
電圧比較回路(13)は、各相にそれぞれ対応する３つのコンパレータ(15u)(15v)(15w)を備えている。コンパレータ(15u)(15v)(15w)は、モータ(1)の各相のステータ巻線の各端子電圧Ｖu、Ｖv、Ｖwと電源電圧Ｅの１／２の電圧Ｖａとをそれぞれ比較する。コンパレータは、符号(15)で総称する。 The voltage comparison circuit (13) includes three comparators (15u) (15v) (15w) corresponding to the respective phases. Comparators (15u), (15v) and (15w) respectively compare the terminal voltages Vu, Vv and Vw of the stator windings of each phase of the motor (1) with a voltage Va which is ½ of the power supply voltage E. The comparator is generically designated by reference numeral (15).
電源電圧Ｅの１／２の電圧Ｖａは、端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと比較されて、ゼロクロス点を検出するための基準電圧となる。コンパレータ(15u)(15v)(15w)の比較結果は、各端子電圧Ｖu、Ｖv、Ｖwの方が大である場合は「１」、小である場合は「０」であるディジタル信号Ｂｕ，Ｂｖ，Ｂｗとして、極性決定手段(14)に例えば１６ＫＨｚの周波数でサンプリングされる。 The voltage Va that is ½ of the power supply voltage E is compared with the terminal voltages Vu, Vv, and Vw, and becomes a reference voltage for detecting the zero cross point. The comparison results of the comparators (15u), (15v), and (15w) are digital signals Bu and Bv that are “1” when the terminal voltages Vu, Vv, and Vw are larger, and “0” when they are smaller. , Bw are sampled by the polarity determining means (14) at a frequency of 16 KHz, for example.
極性決定手段(14)は、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）により構成され、ディジタル信号Ｂu、Ｂv、Ｂwのパターンの取るべき規則的な変化パターンを記憶しているメモリ(14a)およびタイマ(14b)を備えている。 The polarity determining means (14) includes a memory (14a) and a timer (14b) which are configured by an MPU (Micro Processing Unit) and store regular change patterns to be taken of the patterns of the digital signals Bu, Bv and Bw. I have.
極性決定部(14)は、サンプリングしたディジタル信号Ｂu、Ｂv、Ｂwのパターンとメモリ(14a)が記憶している規則的な変化パターンに基づき、ゼロクロス点を検出する。極性決定部(14)は、ゼロクロス点を検出したときは、前回のクロス点検出からの時間であるゼロクロス点間隔を求め、求めたゼロクロス点間隔の１／２を遅延時間とする。極性決定部(14)は、メモリ(14a)が記憶している規則的な変化パターンに基づきコンパレータ(15u)(15v)(15w)の出力信号から遅延時間分遅延させた各相の回転位置推定信号Ｈを作成して、通電制御手段(4)に与える。 The polarity determining unit (14) detects the zero cross point based on the pattern of the sampled digital signals Bu, Bv, Bw and the regular change pattern stored in the memory (14a). When the polarity determining unit (14) detects the zero cross point, the polarity determining unit (14) obtains the zero cross point interval, which is the time since the previous cross point detection, and sets 1/2 of the obtained zero cross point interval as the delay time. The polarity determination unit (14) estimates the rotational position of each phase delayed from the output signal of the comparator (15u) (15v) (15w) by the delay time based on the regular change pattern stored in the memory (14a). The signal H is created and given to the energization control means (4).
通電信号生成手段(5)は、回転位置推定信号生成手段(3)により生成される回転位置推定信号Ｈに基づいて、各素子の通電をそれぞれ制御するための通電信号Ｃu+、Ｃu-、Ｃv+、Ｃv-、Ｃw+、Ｃw-を生成するものである。通電信号は、Ｃで総称する。通電信号生成手段(5)は、ＭＰＵにより構成されてもよいし、専用のディジタル回路により構成されてもよい。 The energization signal generation means (5) is based on the rotational position estimation signal H generated by the rotational position estimation signal generation means (3), and energization signals Cu +, Cu-, Cv +, Cv−, Cw +, and Cw− are generated. The energization signal is generally referred to as C. The energization signal generating means (5) may be constituted by an MPU or a dedicated digital circuit.
スイッチング回路(6)は、直流電源(2)からモータ(1)のＵ相への通電を制御する上アームスイッチング素子(16u+)および下アームスイッチング素子(16u-)、Ｖ相への通電を制御する上アームスイッチング素子(16v+)および下アームスイッチング素子(16v-)、Ｗ相への通電を制御する上アームスイッチング素子(16w+)および下アームスイッチング素子(16w-)を備えている。各上アームスイッチング素子(16u+)(16v+)(16w+)と各下アームスイッチング素子(16u-)(16v-)(16w-)との接続点は、モータ(1)のステータ巻線の端子に各相ごとに接続されている。スイッチング素子は、符号（16）で総称する。 The switching circuit (6) controls the energization of the upper arm switching element (16u +) and lower arm switching element (16u-), which controls the energization from the DC power supply (2) to the U phase of the motor (1), and the V phase. An upper arm switching element (16v +) and a lower arm switching element (16v-), and an upper arm switching element (16w +) and a lower arm switching element (16w-) for controlling energization to the W phase. The connection point between each upper arm switching element (16u +) (16v +) (16w +) and each lower arm switching element (16u-) (16v-) (16w-) is connected to the stator winding terminal of the motor (1). Connected for each phase. The switching elements are collectively referred to by reference numeral (16).
電流検出器(7)は、電流測定回路をスイッチング回路(6)に接続してモータ電流を検出するものである。モータ(1)のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ巻線に流れる合計電流値が電流検出器(7)により検出されている。 The current detector (7) detects a motor current by connecting a current measurement circuit to the switching circuit (6). The total current value flowing in the U-phase, V-phase, and W-phase stator windings of the motor (1) is detected by the current detector (7).
電流制御部(8)は、電流検出器(7)から検出されたモータ(1)の電流検出値Aと電流指令値Aaとを比較し、両者の大小関係に基づき、モータ(1)をＰＷＭ駆動するための電流制御信号Ａpwmを作成し、ＰＷＭ駆動手段(9)へ送るものである。 The current control unit (8) compares the current detection value A of the motor (1) detected from the current detector (7) with the current command value Aa, and based on the magnitude relationship between the two, the motor (1) is PWMed. A current control signal Apwm for driving is created and sent to the PWM drive means (9).
ＰＷＭ駆動手段(9)は、与えられた通電信号Ｃおよび電流制御信号Ａpwmに基づいて、各スイッチング素子(16)に対するスイッチング素子制御信号Ｄu+、Ｄu-、Ｄv+、Ｄv-、Ｄw+、Ｄw-を作成し、ゲートドライブ回路(10)へ出力するものである。スイッチング素子制御信号はＤで総称する。 The PWM drive means (9) creates switching element control signals Du +, Du−, Dv +, Dv−, Dw +, Dw− for each switching element (16) based on the applied energization signal C and current control signal Apwm. And output to the gate drive circuit (10). The switching element control signals are collectively referred to as D.
ゲートドライブ回路(10)は、与えられたスイッチング素子制御信号Ｄに基づいて、各スイッチング素子(16)をオン／オフ駆動し、モータ(1)のステータ巻線に回転磁界を発生させるものである。各スイッチング素子(16)のオン／オフ駆動に伴い、各相の駆動電圧が変化する。 The gate drive circuit (10) drives each switching element (16) on / off based on a given switching element control signal D and generates a rotating magnetic field in the stator winding of the motor (1). . As each switching element (16) is turned on / off, the driving voltage of each phase changes.
図３および図４は、制御装置の各部における信号の１例を示すタイムチャートである。 3 and 4 are time charts showing an example of signals in each part of the control device.
回転位置推定信号Ｈ（図３ａ）は、０と１で表わされ、電気角１８０度ごとに極性が反転する。Ｖ相の回転位置推定信号Ｈvは、Ｕ相の回転位置推定信号Ｈuに対して１２０度遅れており、Ｗ相の回転位置推定信号Ｈwは、さらにＶ相の回転位置推定信号Ｈvに対して１２０度遅れている。 The rotational position estimation signal H (FIG. 3a) is represented by 0 and 1, and the polarity is inverted every electrical angle of 180 degrees. The V-phase rotational position estimation signal Hv is 120 degrees behind the U-phase rotational position estimation signal Hu, and the W-phase rotational position estimation signal Hw is 120 degrees relative to the V-phase rotational position estimation signal Hv. It is late.
通電信号Ｃ（図３ａ）は、電気角３６０度のうち、所定の１２０度だけ連続してオンになり、これによりいわゆる１２０度通電が行なわれる。Ｕ相上アームの通電信号Ｃu+は、Ｕ相の回転位置推定信号Ｈuの立ち上がりから電気角１２０度の間だけオンになる。Ｕ相下アームの通電信号Ｃu-は、Ｕ相の回転位置推定信号Ｈuの立ち下がりから１２０度の間だけオンになる。Ｖ相の上アームの通電信号Ｃv+は、Ｖ相の回転位置推定信号Ｈvの立ち上がりから１２０度の間だけオンになる。Ｖ相の下アームの通電信号Ｃv-は、Ｖ相の回転位置推定信号Ｈvの立ち下がりから１２０度の間だけオンになる。Ｗ相の上アームの通電信号Ｃw+は、Ｗ相の回転位置推定信号Ｈwの立ち上がりから１２０度の間だけオンになる。Ｗ相の下アームの通電信号Ｃw-は、Ｗ相の回転位置推定信号Ｈwの立ち下がりから１２０度の間だけオンになる。 The energization signal C (FIG. 3a) is continuously turned on by a predetermined 120 degrees out of an electrical angle of 360 degrees, so that a so-called 120-degree energization is performed. The energization signal Cu + of the U-phase upper arm is turned on only during an electrical angle of 120 degrees from the rise of the U-phase rotational position estimation signal Hu. The energization signal Cu− of the U-phase lower arm is turned on only for 120 degrees from the falling edge of the U-phase rotational position estimation signal Hu. The energization signal Cv + for the V-phase upper arm is turned on only for 120 degrees from the rising edge of the V-phase rotational position estimation signal Hv. The energization signal Cv− for the V-phase lower arm is turned on only for 120 degrees from the fall of the V-phase rotational position estimation signal Hv. The energization signal Cw + of the W-phase upper arm is turned on only for 120 degrees from the rising edge of the W-phase rotational position estimation signal Hw. The energization signal Cw− of the lower arm of the W phase is turned on only for 120 degrees from the falling edge of the rotational position estimation signal Hw of the W phase.
スイッチング素子制御信号Ｄ（図３ｂ）は、オンとオフで表わされる。３相の上アームの制御信号Ｄu+、Ｄv+、Ｄw+は、対応する通電信号Ｃu+、Ｃv+、Ｃw+がオンの間、オンに固定される。３相の下アームの制御信号Ｄu-、Ｄv-、Ｄw-は、対応する通電信号Ｃu-、Ｃv-、Ｃw-がオンの間、電流制御信号Ａpwmに応じてオン・オフ制御される。 The switching element control signal D (FIG. 3b) is represented by on and off. The control signals Du +, Dv +, Dw + for the three-phase upper arm are fixed on while the corresponding energization signals Cu +, Cv +, Cw + are on. The control signals Du−, Dv−, Dw− of the three-phase lower arms are on / off controlled according to the current control signal Apwm while the corresponding energization signals Cu−, Cv−, Cw− are on.
上記のような制御信号Ｄを用いてスイッチング素子(16)を駆動することにより、いわゆる片側ＰＷＭ駆動が行なわれ、その結果、３相の相電圧Ｖは、図４ａに示すように変化する。図４ａにおいて、各相の相電圧は、それぞれ１２０度異なっており、それぞれの正負電圧区間である１８０度の電気角の内、中央部の１２０度の区間で通電されている。１２０度の通電区間外の６０度の区間には、各相の誘起電圧が露出している。各相の駆動電圧は、図４ｂに示すように、スイッチング素子制御信号Ｄのオン・オフと同様のパターンで正負電圧区間のパターンが変化する。 By driving the switching element 16 using the control signal D as described above, so-called one-side PWM driving is performed, and as a result, the three-phase phase voltage V changes as shown in FIG. 4a. In FIG. 4a, the phase voltages of the respective phases are different by 120 degrees, and energization is performed in the section of 120 degrees in the central portion of the electrical angle of 180 degrees which is the respective positive and negative voltage sections. In the 60-degree section outside the 120-degree energization section, the induced voltage of each phase is exposed. As shown in FIG. 4b, the driving voltage of each phase changes in the pattern of the positive and negative voltage sections in the same pattern as when the switching element control signal D is turned on / off.
図３および図４に示すように、各相の回転位置推定信号Ｈの位相は、誘起電圧の位相に対して３０度遅れている。 As shown in FIGS. 3 and 4, the phase of the rotational position estimation signal H for each phase is delayed by 30 degrees with respect to the phase of the induced voltage.
図１において、起動時には、強制転流モードとされ、起動指令が通電信号生成手段(5)に与えられる。通電信号生成手段(5)は、起動指令を受けた際にメモリ内に記憶した通電パターンをＰＷＭ駆動手段(9)へ与える。これは、モータ(1)のロータ位置に関係なく行われる。回転数の増加は、周波数を上げていくことで行われ、電流については、電流制御部(8)からの電流制御信号Ａpwmによるのではなく、直流電源(2)から、ＰＷＭ駆動手段(9)のメモリ内に記憶した値に基づき、一定の電流が与えられる。ＰＷＭ駆動手段(9)は、通電信号生成手段(5)からの通電信号Ｃに基づいて、各スイッチング素子(16)に対するスイッチング素子制御信号Ｄをゲートドライブ回路(10)に出力し、これにより、各スイッチング素子(16)がオン／オフ駆動され、モータ(1)のステータ巻線に強制転流のための回転磁界が発生する。 In FIG. 1, at the time of start-up, the forced commutation mode is set, and a start command is given to the energization signal generating means (5). The energization signal generating means (5) gives the energization pattern stored in the memory to the PWM drive means (9) when receiving the start command. This is done regardless of the rotor position of the motor (1). The number of rotations is increased by increasing the frequency, and the current is not based on the current control signal Apwm from the current control unit (8), but from the direct current power source (2) to the PWM drive means (9). A constant current is applied based on the value stored in the memory. The PWM drive means (9) outputs a switching element control signal D for each switching element (16) to the gate drive circuit (10) based on the energization signal C from the energization signal generation means (5). Each switching element (16) is driven on / off, and a rotating magnetic field for forced commutation is generated in the stator winding of the motor (1).
強制転流を行うことで、モータ(1)のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の相電圧Ｖu、Ｖv、Ｖwが大きくなり、これに基づいて、回転位置推定信号生成手段(3)では、各相の回転位置推定信号Ｈ（Ｈu、Ｈv、Ｈw）が生成可能（すなわち、ロータ位置の検出が可能）となる。これにより、通電信号生成手段(5)は、回転位置推定信号生成手段(3)により生成される回転位置推定信号Ｈに基づいて、通電信号Ｃを生成する。ＰＷＭ駆動手段(9)は、この通電信号Ｃおよび電流制御信号Ａpwmに基づいて、各スイッチング素子(16)に対するスイッチング素子制御信号Ｄを作成し、ゲートドライブ回路(10)に与える。こうして、強制転流モードからセンサレス制御モードに移行する。 By performing forced commutation, the phase voltages Vu, Vv, Vw of the U phase, V phase, and W phase of the motor (1) increase, and based on this, the rotational position estimation signal generating means (3) Then, the rotational position estimation signal H (Hu, Hv, Hw) of each phase can be generated (that is, the rotor position can be detected). Thus, the energization signal generating means (5) generates the energization signal C based on the rotational position estimation signal H generated by the rotational position estimation signal generation means (3). The PWM drive means (9) creates a switching element control signal D for each switching element (16) based on the energization signal C and the current control signal Apwm, and gives it to the gate drive circuit (10). Thus, the forced commutation mode shifts to the sensorless control mode.
モータ(1)が回転すると、図４ａに示すように、誘起電圧が生じるので、このゼロクロス点に基づいて、センサレス制御が適切に行われる。ここで、回転すべきモータ(1)が回転していない場合、故障と判断する必要がある。しかしながら、駆動電圧が図４ｂのように変化することで、この駆動電圧のゼロクロス点を誘起電圧のゼロクロス点とみなして、モータ(1)の制御を続ける（誤作動の）可能性がある。すなわち、モータ(1)が回転していない場合には、ロック検出フェールという故障モードとする必要があるが、この故障が検知されない可能性がある。 When the motor (1) rotates, an induced voltage is generated as shown in FIG. 4a, so that sensorless control is appropriately performed based on this zero cross point. Here, when the motor (1) to be rotated is not rotating, it is necessary to determine that a failure has occurred. However, when the drive voltage changes as shown in FIG. 4b, the zero cross point of the drive voltage is regarded as the zero cross point of the induced voltage, and control of the motor (1) may continue (malfunction). That is, when the motor (1) is not rotating, it is necessary to enter a failure mode called a lock detection failure, but this failure may not be detected.
誘起電圧と駆動電圧とを比較すると、前者は、電動ポンプ(11)の脈動などによって、パターン切替時間が変動し、これに対し、後者は、電動ポンプ(11)の影響を受けることなく、一定時間で変化する。そこで、ある一定時間内にパターン切替時間が変更されない場合、モータが回転していないと判断することができる。これに基づき、このブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置においては、適宜なタイミングで、図５に示すロック検出フェールステップが実行される。 Comparing the induced voltage with the driving voltage, the former changes the pattern switching time due to the pulsation of the electric pump (11), etc., whereas the latter is constant without being affected by the electric pump (11). Change with time. Therefore, if the pattern switching time is not changed within a certain time, it can be determined that the motor is not rotating. Based on this, in the sensorless control device for the brushless DC motor, the lock detection fail step shown in FIG. 5 is executed at an appropriate timing.
図５において、ロック検出フェール(S1)は、まず、センサレス駆動モードになっているかを判定して(S2)、Ｙｅｓの場合（Ｎｏの場合は終了）、磁極切替時間すなわちあるゼロクロス点から次のゼロクロス点までの時間が一定かどうかを判定する(S3)。これがＮｏの場合は、ポンプ(11)の脈動に応じて変動する相電圧が得られているので、通常の駆動が行われている（正常）と判定して終了する。Ｙｅｓすなわち磁極切替時間が一定の場合、ロック判定タイマを追加する(S4)。ロック判定タイマは、磁極切替時間が一定である総時間を計測する。そして、ロック判定タイマとロック判定時間とを比較する(S5)。この比較において、ロック判定タイマがロック判定時間よりも長くなると（Ｙｅｓの場合）、磁極切替時間が一定である時間が長いことから、モータ停止（ロック検出フェール）として終了する。ロック判定タイマがロック判定時間よりも短い場合、磁極切替時間が一定となったことでモータ(1)が停止している可能性が疑われるが、その後、適度に変動する正常な相電圧が得られていることから、モータ(1)が正常に回転していると判定して終了する。 In FIG. 5, the lock detection failure (S1) first determines whether or not the sensorless drive mode is set (S2). If Yes (end if No), the magnetic pole switching time, that is, from a certain zero cross point to the next It is determined whether the time until the zero cross point is constant (S3). When this is No, since the phase voltage which fluctuates according to the pulsation of the pump (11) is obtained, it is determined that normal driving is being performed (normal), and the process ends. If Yes, that is, if the magnetic pole switching time is constant, a lock determination timer is added (S4). The lock determination timer measures the total time during which the magnetic pole switching time is constant. Then, the lock determination timer and the lock determination time are compared (S5). In this comparison, when the lock determination timer becomes longer than the lock determination time (in the case of Yes), since the time during which the magnetic pole switching time is constant is long, the motor stop (lock detection failure) ends. If the lock judgment timer is shorter than the lock judgment time, it is suspected that the motor (1) has stopped due to the constant magnetic pole switching time, but after that, a normal phase voltage that fluctuates moderately is obtained. Therefore, it is determined that the motor (1) is rotating normally, and the process ends.
こうして、各相の相電圧の切替時間が所定のロック判定時間内に変更されない場合、モータ(1)が回転していないと判断し、ロック検出フェールとして処理される。これにより、モータ(1)が回転していないにもかかわらず制御装置が誤ってモータが回転していると判断してしまう状態を防止でき、モータの停止故障状態の判定精度が向上する。 Thus, if the switching time of the phase voltage of each phase is not changed within the predetermined lock determination time, it is determined that the motor (1) is not rotating and is processed as a lock detection failure. As a result, it is possible to prevent a state in which the control device erroneously determines that the motor is rotating even though the motor (1) is not rotating, and the determination accuracy of the motor stop failure state is improved.
上記において、誘起電圧であっても、短い時間であれば、磁極切替時間が一定となる可能性があり、この場合を「ロック検出」とすることがないように、ロック判定時間が設定される。ロック判定時間は、例えば、モータの１回転（または２回転）に必要な時間程度に適宜設定することができる。 In the above, even if it is an induced voltage, if it is a short time, the magnetic pole switching time may be constant, and the lock determination time is set so that this case does not become “lock detection”. . For example, the lock determination time can be appropriately set to a time required for one rotation (or two rotations) of the motor.
なお、図１に示すブロック図において、電流制御部(8)に追加して、または、これに代えて、速度制御部を設けるようにしてもよい。速度制御部は、モータ(1)の回転子の回転速度検出値Ｓと外部から与えられた回転方向を含む回転速度設定値Ｓａとを比較し、両者の大小関係に基づいて、モータ(1)をＰＷＭ駆動するための速度制御信号Ｓpwm1を作成し、ＰＷＭ駆動手段(9)へ出力するものとされる。 In the block diagram shown in FIG. 1, a speed control unit may be provided in addition to or instead of the current control unit (8). The speed control unit compares the rotation speed detection value S of the rotor of the motor (1) with the rotation speed setting value Sa including the rotation direction given from the outside, and based on the magnitude relationship between the two, the motor (1) A speed control signal Spwm1 for PWM driving is generated and output to the PWM driving means (9).
(1) ：ブラシレスＤＣモータ (1): Brushless DC motor
Claims (1)
各相の相電圧の切替時間が所定時間内にわたって一定である場合、モータが回転していないと判断するロック検出手段を備えていることを特徴とするブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置。 The comparator compares the three-phase phase voltage with the reference voltage to generate a rotational position estimation signal for each phase and generates a rotational position estimation signal for each phase. An energization control means for controlling energization, and the energization control means includes a switching circuit having a total of six upper and lower switching elements provided in the upper and lower arms of each phase, and a gate signal to each switching element constituting the switching circuit. In a sensorless control device for a brushless DC motor comprising a gate drive circuit for
If switching time of each phase of the phase voltage is constant over a predetermined time period, the sensorless control apparatus of a brushless DC motor, wherein the motor is provided with a lock detection means for determining not rotating.
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