JPH03195390A - Starting of brushless dc motor - Google Patents
Starting of brushless dc motorInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は回転子位置検出を電機子巻線端子電圧を利用し
て行なう形式のブラシレス直流モータの起動法に係り、
特に、モータ駆動源のインバータを起動時のみ他制式と
して同期モータとして起動させる低周波同期起動方式を
採用する場合の起動の確実化を図ったブラシレス直流モ
ータの起動法に関する。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for starting a brushless DC motor in which rotor position is detected using armature winding terminal voltage.
In particular, the present invention relates to a method for starting a brushless DC motor that ensures reliable starting when a low frequency synchronous starting method is adopted in which the inverter of the motor drive source is used as a synchronous motor only at the time of starting.
回転子位置検出信号を、回転子の軸端側にホール素子な
どの位置検出センサを設けないで、電機子巻線の端子電
圧からフィルタ回路を介して得る方式のブラシレス直流
モータの技術は特開昭52−804]5号公報に開示さ
れている。この種のブラシレス直流モータでは、起動時
には電機子巻線に誘起電圧が発生していないから、回転
子位置検出信号が発生する回転数までは、何らかの手段
で起動する必要がある。The technology of a brushless DC motor in which the rotor position detection signal is obtained from the terminal voltage of the armature winding via a filter circuit without installing a position detection sensor such as a Hall element on the shaft end of the rotor has been disclosed in Japanese Patent Application It is disclosed in Publication No. 5 of No. 52-804]. In this type of brushless DC motor, since no induced voltage is generated in the armature winding at the time of startup, it is necessary to start the motor by some means until the rotation speed reaches the point at which the rotor position detection signal is generated.
この起動方法として、特開昭61−1290号公報に記
載のように、種々の負荷トルクに応じて確実に起動させ
るために、モータ駆動源として用いている3相インバー
タを他制式として運転する期間内に限って、電機子巻線
への通電開始直後の少なくとも1つの通電モード(電気
角60度)の期間に同期モータとしての最大出力トルク
に対応する電流値まで徐々に高め、出力トルクが零とな
る位置に、−たん、回転子を移動して固定した後、通流
モードを変化して加速する起動法となっていた。As described in Japanese Unexamined Patent Publication No. 1290/1983, this starting method involves a period in which the three-phase inverter used as the motor drive source is operated as a different mode in order to ensure starting according to various load torques. During at least one energization mode (electrical angle 60 degrees) immediately after the start of energization to the armature windings, the current is gradually increased to a value corresponding to the maximum output torque as a synchronous motor, until the output torque reaches zero. The starting method was to move and fix the rotor to a position where , then change the flow mode and accelerate.
上記従来技術は、慣性の大きい負荷での起動について配
慮がなされておらず、回転子の位置が固定しようとする
位置から離れていると、電機子電流を徐々に高めるだけ
では、回転子が固定しようとする位置での速度が大きく
、正・逆方向に振動する。慣性が大きい場合、この振動
がいつまでも続くので、この状態で同期モータを加速す
ると、脱調し、起動失敗となる問題があった。The above conventional technology does not take into account starting with a load with large inertia, and if the rotor position is far from the position to be fixed, it is not possible to fix the rotor by simply increasing the armature current gradually. The speed at the desired position is large, and it vibrates in both forward and reverse directions. If the inertia is large, this vibration will continue indefinitely, so if the synchronous motor is accelerated in this state, there is a problem that it will step out and fail to start.
本発明の目的は、従来技術での上記した問題点を解消し
、低周波同期起動を確実に行いうるブラシレス直流モー
タの起動法を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for starting a brushless DC motor that eliminates the above-mentioned problems in the prior art and can ensure low-frequency synchronous starting.
上記目的を達成するために、モータ駆動源として用いて
いる3相インバータを他制式として運転する期間内に限
って、電機子巻線に流れる電流を3組型機子巻線への通
電開始直後の少なくとも1つの通電モード(電気角60
度)の期間に、目標電流上限値まで徐々に高めた後に、
少なくとも1回、目標電流下限値まで徐々に低下させる
起動法にしたものである。In order to achieve the above purpose, only during the period when the three-phase inverter used as the motor drive source is operated in a multi-mode mode, the current flowing through the armature windings is reduced immediately after the start of energization to the three-set type armature windings. at least one energization mode (electrical angle 60
After gradually increasing the target current to the upper limit during the
This is a starting method in which the target current is gradually lowered to the lower limit value at least once.
モータ駆動源として用いる3相インバータで、電機子巻
線に流れる電流を零アンペアから目標電流上限値まで、
徐々に増加する。この結果、同期モータに加わる負荷ト
ルクに出力トルクが打ち勝つ時点で、回転子は、回転を
開始する。また、回転角度に対する出力トルクは、巻線
電流の増加とともに増大する。A three-phase inverter used as a motor drive source controls the current flowing through the armature winding from zero amperes to the target current upper limit.
Increase gradually. As a result, the rotor starts rotating when the output torque overcomes the load torque applied to the synchronous motor. Moreover, the output torque with respect to the rotation angle increases as the winding current increases.
3−
4
そして、目標電流下限値に到達した後に、電機子巻線に
流れる電流を目標電流下限値まで徐々に低下させると、
回転角度に対する出力トルクは、巻線電流の減少ととも
に減少する。その結果、出力1−ルクが零となる位置で
、速度が小さいので、振動しても短時間で所定の位置に
位置決めされる。3-4 Then, after reaching the target current lower limit, if the current flowing through the armature winding is gradually lowered to the target current lower limit,
The output torque versus rotation angle decreases with decreasing winding current. As a result, since the speed is small at the position where the output 1-lux becomes zero, even if it vibrates, it can be positioned at a predetermined position in a short time.
したがって、税調することなく同期モータを起動するこ
とができる。Therefore, the synchronous motor can be started without tax adjustment.
以下、本発明の一実施例を第1図〜第4図を用いて説明
する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 4.
第1図は本発明の起動法によって起動されるブラシレス
直流モータの全体構成を示したもので、交流電源1から
整流回路2及び平滑コンデンサ3を介して直流電圧Ed
を得てインバータ4に供給し、このインバータ4の3相
交流出力が、同期モータ5の電機子巻線5−1に印加さ
れて、永久磁石を界磁とする回転子5−2を駆動する。FIG. 1 shows the overall configuration of a brushless DC motor started by the starting method of the present invention.
The three-phase AC output of the inverter 4 is applied to the armature winding 5-1 of the synchronous motor 5 to drive the rotor 5-2 whose field is a permanent magnet. .
インバータ4は、6個のトランジスタA+。Inverter 4 includes six transistors A+.
B+、C” 、I 、B−、C−と6個の還流ダイオー
ドD1〜D6から構成される。120度通主通電形ンバ
ータで、3相の電機子巻線のうちいずれかの2相が通電
される。また上記6個のトランジスタのうち、直流電圧
E、+の正電位側に接続されたトランジスタA+〜C+
のみが、その120度の通流期間がチョッパ信号10に
より変調を受け、このチョッパ信号10の通流率を変え
、巻線電流を制御する。さらに、直流電圧E、の負電位
ライン側のトランジスタA−〜C−の共通エミッタ端子
と、還流ダイオードD4〜D6の共通アノード端子間に
低抵抗R1が接続され、この低抵抗R1に流れる電流I
Lを電機子巻線に流れる巻線電流として、低抵抗R1の
電圧降下がら検出する。It is composed of B+, C", I, B-, C- and six free-wheeling diodes D1 to D6. It is a 120 degree current-carrying type inverter, and any two phases of the three-phase armature winding are Also, among the six transistors mentioned above, the transistors A+ to C+ connected to the positive potential side of the DC voltage E, +
Only the 120 degree conduction period is modulated by the chopper signal 10, and the conduction rate of the chopper signal 10 is changed to control the winding current. Further, a low resistance R1 is connected between the common emitter terminals of the transistors A- to C- on the negative potential line side of the DC voltage E and the common anode terminals of the free-wheeling diodes D4 to D6, and a current I flowing through this low resistance R1
The voltage drop across the low resistance R1 is detected, with L being the winding current flowing through the armature winding.
制御回路は、シングルチップのマイクロコンピュータ7
、同期モータ5の回転子5−2の磁極位置を検出する磁
極位櫂検出■路6.同期モータ5の巻線電流工しを希望
値11に制御する電流制御回路8、及びトランジスタA
+〜C+、A−〜Cのベースドライブ回路9から構成さ
れる。磁極位置検出回路6は、特開昭52−80415
号公報に開示されている磁極位置検出回路であり、同期
モータ5の電機子巻線端子電圧V^〜Vcにより、フィ
ルタ回路(図示せず)を介して回転子磁極位置に応じた
位置検出信号6Sを作って出力する。マイクロコンピュ
ータ7は、CPUやALU7−4゜RAM7−5.RO
M7−6、タイマ7−7、入出力ボート用レジスタ7−
1〜7−3が内蔵される。ROM7−6には、ブラシレ
ス直流モータを駆動するに必要な各種処理、例えば低周
波同期起動のためのトランジスタに対するドライブ信号
9Sの出力などのプログラムが記憶されている。The control circuit is a single-chip microcomputer 7.
, a magnetic pole position paddle detection path 6 for detecting the magnetic pole position of the rotor 5-2 of the synchronous motor 5; A current control circuit 8 that controls the winding current of the synchronous motor 5 to a desired value 11, and a transistor A
It is composed of base drive circuits 9 from + to C+ and from A to C. The magnetic pole position detection circuit 6 is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 52-80415.
This is a magnetic pole position detection circuit disclosed in the above publication, which generates a position detection signal according to the rotor magnetic pole position via a filter circuit (not shown) using the armature winding terminal voltage V^~Vc of the synchronous motor 5. Create and output 6S. The microcomputer 7 includes a CPU, an ALU 7-4° RAM 7-5. R.O.
M7-6, timer 7-7, input/output boat register 7-
1 to 7-3 are built-in. The ROM 7-6 stores programs for various processes necessary to drive the brushless DC motor, such as outputting a drive signal 9S to a transistor for low frequency synchronous activation.
第2図は第1図中の電流制御回路8の詳細回路図である
。電流制御回路8は、増幅器13.ヒステリシス特性を
有するコンパレータ14及びD/A変換器12から構成
される。増幅器13は、前述の低抵抗R1の電圧降下を
増幅して電流検出値VILとして出力する。D/A変換
器12は、マイクロコンピュータ7内の出力ボートレジ
スタ7一2を介して出力される8ビツトの電流希望値1
1をアナログ量であるアナログ電流希望値11aに変換
する。コンパレータ14にて電流検出値V++、とアナ
ログ電流希望値11aとが比較され、チョッパ信号10
が作成され、巻線電流TI、が電流希望値11に応じて
制御される。なお、R2−R6はそれぞれ図示位置に挿
入配置されている抵抗である。FIG. 2 is a detailed circuit diagram of the current control circuit 8 in FIG. 1. The current control circuit 8 includes an amplifier 13 . It is composed of a comparator 14 having hysteresis characteristics and a D/A converter 12. The amplifier 13 amplifies the voltage drop across the low resistance R1 mentioned above and outputs it as a current detection value VIL. The D/A converter 12 receives an 8-bit current desired value 1 outputted via the output port registers 7-2 in the microcomputer 7.
1 is converted into an analog current desired value 11a which is an analog quantity. The current detection value V++ and the analog current desired value 11a are compared in the comparator 14, and the chopper signal 10
is created, and the winding current TI is controlled according to the desired current value 11. Note that R2 to R6 are resistors inserted at the positions shown in the figure.
以上の回路構成において、本実施例起動法は以下のよう
に動作する。In the above circuit configuration, the startup method of this embodiment operates as follows.
第3図(a)は、低周波同期起動の期間内において、イ
ンバータ4を構成する6個のトランジスタの通流モード
を、(b)はアナログ電流希望値11aを、(c)は同
期モータ5の回転数を、それぞれ示している。低周波同
期始動では、マイクロコンピュータ7のプログラム処理
により、マイクロコンピュータ内蔵のタイマ7−7を用
いて、インバータ4の出力周波数の1サイクルに対する
60度の時間を、第3図(a)のように、通流モードご
とに短くすることにより、同期モータ5を加速する。FIG. 3(a) shows the conduction mode of the six transistors constituting the inverter 4 within the period of low frequency synchronous startup, FIG. 3(b) shows the analog current desired value 11a, and FIG. The number of rotations is shown respectively. In the low frequency synchronous start, the program processing of the microcomputer 7 uses the built-in timer 7-7 to set the time of 60 degrees for one cycle of the output frequency of the inverter 4 as shown in Fig. 3(a). , the synchronous motor 5 is accelerated by shortening each flow mode.
第3図(a)に示した期間Δt1は位置決め期−
8−
間であり、この期間において、電流希望値1]−aを零
アンペアから、目標電流下限値工1まで徐々に増加させ
る。この結果、同期モータに加わる負荷トルクエしに出
力トルクTsが打ち勝つ時点で回転子は回転を開始する
。The period Δt1 shown in FIG. 3(a) is the positioning period -8-, during which the desired current value 1]-a is gradually increased from zero ampere to the target current lower limit value 1. As a result, the rotor starts rotating when the output torque Ts overcomes the load torque applied to the synchronous motor.
第4図(a)は上記位置決め期間における巻線電流の通
流径路と回転子の最終移動位置を示したもので、a相巻
線の巻線軸より反時側方向に30度の位置をθ=Oとし
て示している。第4図(b)は回転角度を横軸に、同期
モータの出力トルクTMを縦軸に示したもので、同期モ
ータの空隙の磁束密度分布が台形波状であって、回転子
が時計方向に回転するトルクの方向を正方向トルクとし
ている。FIG. 4(a) shows the winding current path and the final moving position of the rotor during the above positioning period. =O is shown. Figure 4(b) shows the rotation angle on the horizontal axis and the output torque TM of the synchronous motor on the vertical axis.The magnetic flux density distribution in the air gap of the synchronous motor is trapezoidal, and the rotor moves clockwise. The direction of rotating torque is defined as positive torque.
上記位置決め期間において、a相巻線がらb相巻線に電
流を流せば、電機子巻線による磁束方向はθ=0であり
、回転角度に対する出力トルクTHは、第4図(b)の
ように、巻線電流の増加とともに増大する。そして、第
3図(b)に示した目標電流上限値■1に到達した後に
、電流希望値11aを目標電流下限値■2まで徐々に減
少させる。すると、回転角度に対する出力トルクTMは
、巻線電流の減少とともに小さくなる。この結果、負荷
トルクT1.に打ち勝って回転を開始した回転子は、出
力トルクが零となるO=0の近傍で停止する。During the above positioning period, if current flows from the a-phase winding to the b-phase winding, the magnetic flux direction due to the armature winding is θ = 0, and the output torque TH with respect to the rotation angle is as shown in Fig. 4 (b). increases with increasing winding current. After reaching the target current upper limit value ■1 shown in FIG. 3(b), the desired current value 11a is gradually decreased to the target current lower limit value ■2. Then, the output torque TM with respect to the rotation angle becomes smaller as the winding current decreases. As a result, the load torque T1. The rotor, which has started rotating after overcoming this, stops near O=0, where the output torque becomes zero.
第3図(c)は以上の様子を示したもので、回転を開始
してから徐々に回転数が上昇した後に、回転数が徐々に
下降し、若干振動するが、前述の0=0の近傍で停止す
る。Figure 3 (c) shows the above situation. After the rotation starts, the rotation speed gradually increases, and then the rotation speed gradually decreases, causing some vibration. Stop nearby.
上述の実施例では、1=0の時点に回転子の位置が第4
図で示すθ=−180度の位置にある場合には、電流希
望値を増加しても、出力トルクは零であり、O=0の位
置まで移動させることができない。しかし、このような
状態が存在し得るものに本発明を適用する場合には、第
3図(a)で示すAtzの期間を第2の位置決め期間と
して、この期間にも電流希望値を零アンペア相当から除
徐に目標電流上限値まで増加した後に、徐々に目標電流
下限値まで減少することにより解決できる。In the above embodiment, the rotor position is at the fourth position at the time 1=0.
In the case of the position θ=-180 degrees shown in the figure, even if the desired current value is increased, the output torque is zero and it is not possible to move the motor to the position O=0. However, when the present invention is applied to a device in which such a state may exist, the Atz period shown in FIG. This can be solved by gradually increasing the target current to the upper limit value and then gradually decreasing it to the lower limit value of the target current.
また、上記実施例は、マイクロコンピュータ7により電
流希望値11を出力する構成としたことにより、位置決
め期間中の電流希望値の増加−減少パターンを第3図(
b)に示したような直線的に増加−減少するパターン以
外にも、使用する同期モータまたは負荷トルクの種類に
応じて、自由に設定できる利点がある。Further, in the above embodiment, the microcomputer 7 outputs the desired current value 11, so that the increase-decrease pattern of the desired current value during the positioning period is shown in FIG.
In addition to the linear increase-decrease pattern shown in b), there is an advantage that it can be set freely depending on the type of synchronous motor or load torque used.
以上説明したように、本発明によれば、低周波同期起動
の期間において、巻線電流を最小値から徐々に目標電流
−F限値まで上昇させた後に、徐々に目標電流下限値ま
で減少させるようにしたことにより、慣性の大きい負荷
であっても、同期モータの出力トルクがその負荷トルク
より高くなる時点に回転子は回転を始めて、出力トルク
が零となる近傍で振動することなく停止する。このため
、慣性の大きい負荷であっても、確実に位置決めが行な
われ、それ以降、インバータ出力周波数を除徐に高めて
同期モータを加速しても、脱調することが無い。As explained above, according to the present invention, during the period of low frequency synchronous startup, the winding current is gradually increased from the minimum value to the target current -F limit value, and then gradually decreased to the target current lower limit value. By doing this, even if the load has a large inertia, the rotor starts rotating when the output torque of the synchronous motor becomes higher than the load torque, and stops without vibration when the output torque becomes zero. . Therefore, even if the load has a large inertia, positioning is performed reliably, and even if the synchronous motor is accelerated by gradually increasing the inverter output frequency thereafter, no step-out occurs.
第1図は本発明の詳細な説明用の全体構成図、第2図は
第1−図中の一部詳細回路図、第3図(a)はトランジ
スタの通流モードを示す図、第3図(b)は電流希望値
を示す図、第3図(c)は同期モータの回転数を示す図
、第4図(a)は巻線電流の径路と回転子の最終移動位
置を示す図、第4図(b)は回転角度と同期モータ出力
トルクとの関係図である。
2・・・整流回路、4・・・インバータ、5・・・同期
モータ、5−1・・・電機子巻線、5−2・・・回転子
、6・・磁極位置検出回路、7・・・マイクロコンピュ
ータ、8・・・電流制御回路、9・・・ベーストライブ
回路、12・・D/A変換器、13・・増幅器、14・
・・コンパレータ。FIG. 1 is an overall configuration diagram for detailed explanation of the present invention, FIG. 2 is a detailed circuit diagram of a part of FIG. Figure (b) shows the desired current value, Figure 3 (c) shows the rotation speed of the synchronous motor, and Figure 4 (a) shows the path of the winding current and the final moving position of the rotor. , FIG. 4(b) is a diagram showing the relationship between the rotation angle and the synchronous motor output torque. 2... Rectifier circuit, 4... Inverter, 5... Synchronous motor, 5-1... Armature winding, 5-2... Rotor, 6... Magnetic pole position detection circuit, 7... ...Microcomputer, 8.. Current control circuit, 9.. Base drive circuit, 12.. D/A converter, 13.. Amplifier, 14.
··comparator.
Claims (1)
ータの3相交流出力に接続した上記同期モータの3相電
機子巻線の端子電圧より上記回転子の回転位置を検出す
る位置検出回路を備え、上記同期モータを停止状態から
起動するに際し上記インバータを他制式として運転する
形式のブラシレス直流モータにおいて、前記インバータ
を他制式として運転する期間に限って、3相電機子巻線
への通電開始直後の少なくとも1つの60度の通電モー
ドの期間に、前記電機子巻線に流れる電流を目標電流上
限値まで高めた後に、少なくとも1回、目標電流下限値
まで低下させることを特徴とするブラシレス直流モータ
の起動法。 2、前記電機子巻線に流れる電流を前記目標電流下限値
まで低下させた後に、目標電流上限値まで高めることを
特徴とするブラシレス直流モータの起動法。[Claims] 1. A synchronous motor with a permanent magnet as a field rotor, and a rotational position of the rotor based on the terminal voltage of the 3-phase armature winding of the synchronous motor connected to the 3-phase AC output of the inverter. In a brushless DC motor that is equipped with a position detection circuit that detects the synchronous motor and operates the inverter as a differential mode when starting the synchronous motor from a stopped state, the three-phase electric motor During at least one 60 degree energization mode period immediately after the start of energization to the child winding, the current flowing through the armature winding is increased to the target current upper limit value, and then lowered to the target current lower limit value at least once. A method for starting a brushless DC motor, characterized by: 2. A method for starting a brushless DC motor, characterized in that the current flowing through the armature winding is decreased to the target current lower limit value and then increased to the target current upper limit value.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1328502A JPH0817595B2 (en) | 1989-12-20 | 1989-12-20 | Starting method of brushless DC motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1328502A JPH0817595B2 (en) | 1989-12-20 | 1989-12-20 | Starting method of brushless DC motor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03195390A true JPH03195390A (en) | 1991-08-26 |
JPH0817595B2 JPH0817595B2 (en) | 1996-02-21 |
Family
ID=18210997
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1328502A Expired - Fee Related JPH0817595B2 (en) | 1989-12-20 | 1989-12-20 | Starting method of brushless DC motor |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH0817595B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010114956A (en) * | 2008-11-04 | 2010-05-20 | Aisan Ind Co Ltd | Drive unit for brushless motor |
JP2010200391A (en) * | 2009-02-23 | 2010-09-09 | Diamond Electric Mfg Co Ltd | Synchronous motor controller |
-
1989
- 1989-12-20 JP JP1328502A patent/JPH0817595B2/en not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010114956A (en) * | 2008-11-04 | 2010-05-20 | Aisan Ind Co Ltd | Drive unit for brushless motor |
JP2010200391A (en) * | 2009-02-23 | 2010-09-09 | Diamond Electric Mfg Co Ltd | Synchronous motor controller |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPH0817595B2 (en) | 1996-02-21 |
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