JPH0746882A - Sensorless brushless motor - Google Patents

Sensorless brushless motor

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JPH0746882A
JPH0746882A JP5208722A JP20872293A JPH0746882A JP H0746882 A JPH0746882 A JP H0746882A JP 5208722 A JP5208722 A JP 5208722A JP 20872293 A JP20872293 A JP 20872293A JP H0746882 A JPH0746882 A JP H0746882A
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JP
Japan
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phase
inverter
signal
reference signal
stator winding
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JP5208722A
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Japanese (ja)
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Takuya Chikada
拓也 近田
Yoshihisa Tosaka
吉久 登坂
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Daiichi Components Ltd
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Shinano Electric Co Ltd
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  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a sensorless brushless motor in which the starting time of a synchrbnous motor can be shortened by suppressing the vibration while retarding the reverse rotation phenomenon of a permanent magnet rotor and stabilized starting characteristics can be attained even when the load fluctuates or the inertial thereof is high. CONSTITUTION:A microcomputor 6 interposed between a commutation control circuit 4 and a rotational position detecting circuit 5 comprises a ROM 61 written with an inverter starting reference signal m1 comprising a row of twelve types of pattern for outputting three-phase exciting signals and two-phase exciting signals alternately while advancing the phase sequentially by 30 deg., and an inverter driving reference signal m2 comprising a row of six types of pattern for t outputting two-phase exciting signals from a three-phase inverter 3 while advancing the phase sequentially by 60 deg.. At the time of starting a motor, the inverter starting reference signal m2 is advanced to commutate the three-phase inverter 3 with two-three phase excitation and a closed circuit is established under three-phase excited state thus absorbing the vibration energy.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、永久磁石回転子と三相
固定子巻線とを備え、三相固定子巻線の電流の切替えを
三相インバータで制御して、起動時には同期モータ動作
を行い、起動後は永久磁石回転子の回転位置に対応した
誘起電圧を検出して直流モータと等価の電気−機械エネ
ルギー変換を行うセンサレスブラシレスモータに関し、
具体的には、永久磁石回転子と三相固定子巻線と三相イ
ンバータと回転位置検出回路とマイクロコンピュータと
転流制御回路とを備え、起動時はマイクロコンピュータ
が永久磁石回転子の回転位置に関係なくインバータ起動
時駆動基準信号とステップ切替えタイミングの出力する
ことにより同期モータ動作を行い、起動後はマイクロコ
ンピュータが回転位置検出回路から永久磁石回転子の回
転位置に対応した信号を入力してインバータ駆動基準信
号を演算して出力することによりセンサレスブラシレス
モータ動作を行う,センサレスブラシレスモータの改良
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention comprises a permanent magnet rotor and a three-phase stator winding, the switching of the current of the three-phase stator winding is controlled by a three-phase inverter, and a synchronous motor operation is performed at the time of starting. And a sensorless brushless motor that performs electro-mechanical energy conversion equivalent to a DC motor by detecting an induced voltage corresponding to the rotational position of the permanent magnet rotor after starting,
Specifically, it is equipped with a permanent magnet rotor, a three-phase stator winding, a three-phase inverter, a rotational position detection circuit, a microcomputer and a commutation control circuit. The synchronous motor operation is performed by outputting the drive reference signal at the inverter start-up and the step switching timing regardless of whether the inverter is started, and after the start, the microcomputer inputs the signal corresponding to the rotational position of the permanent magnet rotor from the rotational position detection circuit. The present invention relates to an improvement in a sensorless brushless motor that operates a sensorless brushless motor by calculating and outputting an inverter drive reference signal.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のブラシレスモータには、永久磁石
回転子と、三相固定子巻線と、直流電源から給電されて
転流制御信号によりトランジスタ群を所要にオン・オフ
制御して出力線に交流電圧を出力して三相固定子巻線に
給電して転流を制御する三相インバータと、前記三相イ
ンバータの転流を制御する転流制御回路とを備え、永久
磁石回転子の回転に伴って固定子巻線に誘起される電圧
を検出して回転子の回転位置を検出し、該永久磁石回転
子の回転位置に応じて、固定子巻線の電流の切換えを三
相インバータで制御して、三相固定子巻線の誘起電圧の
位相に三相インバータの出力電圧の位相を合わせて直流
モータと等価の電気機械エネルギー変換を行うセンサレ
スブラシレスモータが知られている。このセンサレスブ
ラシレスモータは、感磁素子等の特別なセンサーを必要
とせず、構造がシンプルで、耐環境性、制御性、省線性
に優れ、製作コストが安価で、ファン駆動用や特殊環境
用等広い分野に渡って利用できる。しかし、従来のセン
サレスブラシレスモータは、永久磁石回転子の回転によ
って三相固定子巻線に誘起される電圧を検出する方法と
して、三相固定子巻線の転流(電流を切換えること)を
行う際に三相インバータに発生する転流ノイズの混入を
避けるために、周期的に発生する転流ノイズが削減して
いる期間を狙ってサンプリングする方法が採用されてお
り、この方法では、誘起電圧の検出は、転流から誘起電
圧検出までは転流ノイズが充分に減衰するよう充分な時
間を設ける必要があり、パルス巾変調のような1サイク
ル中に多数回にわたって転流させるインバータの使用は
困難であった。そして、パルス巾変調を行う場合は、充
分大きな時定数を持つ積分器によって転流のノイズを減
衰させる方法もあるが、この方法では誘起電圧検出に関
しても大きな時間遅れを生じ、即応制御が困難になり、
外乱に対して不安定となり、実用できなかった。
2. Description of the Related Art In a conventional brushless motor, a permanent magnet rotor, a three-phase stator winding, and a DC power source are supplied to control an on / off state of a transistor group by a commutation control signal to output lines. A three-phase inverter that outputs an AC voltage to the three-phase stator winding to feed commutation to control commutation, and a commutation control circuit that controls the commutation of the three-phase inverter. A three-phase inverter is used to detect the rotation position of the rotor by detecting the voltage induced in the stator winding as the rotor rotates and switch the current of the stator winding according to the rotation position of the permanent magnet rotor. There is known a sensorless brushless motor which performs electromechanical energy conversion equivalent to that of a DC motor by controlling the phase of the output voltage of the three-phase inverter with the phase of the induced voltage of the three-phase stator winding. This sensorless brushless motor does not require a special sensor such as a magnetic sensitive element, has a simple structure, is excellent in environment resistance, controllability, wire saving, is inexpensive to manufacture, and can be used for fan drive or special environments. It can be used in a wide range of fields. However, the conventional sensorless brushless motor performs commutation (switching the current) of the three-phase stator winding as a method of detecting the voltage induced in the three-phase stator winding by the rotation of the permanent magnet rotor. At this time, in order to avoid mixing of commutation noise generated in the three-phase inverter, the sampling method is adopted aiming at the period during which the commutation noise generated periodically is reduced. For detection of, it is necessary to provide sufficient time from commutation to detection of induced voltage so that commutation noise is sufficiently attenuated, and it is not possible to use an inverter that conducts commutation many times during one cycle such as pulse width modulation. It was difficult. When performing pulse width modulation, there is also a method of attenuating commutation noise with an integrator having a sufficiently large time constant, but this method also causes a large time delay in the detection of induced voltage, which makes quick response control difficult. Becomes
It became unstable against external disturbances and could not be put to practical use.

【0003】そこで、本願出願人は上記欠点を解消しう
るセンサレスブラシレスモータを開発して先に特許出願
を行った(特開昭62−189993号)。このセンサ
レスブラシレスモータは、永久磁石回転子と三相固定子
巻線と三相インバータと転流制御回路と回転位置検出回
路(誘起電圧検出回路)とマイクロコンピュータとを備
えたものである。回転位置検出回路は、三相固定子巻線
と並列に接続された三相抵抗回路の中性点の電位と三相
固定子巻線の中性点の電位とを差動増幅器に入力して三
相固定子巻線の各固定子巻線の誘起電圧に含まれる基本
波の三倍の高調波にのみ対応した所要の矩形波信号を出
力するようになっており、そして、マイクロコンピュー
タは、位相が回転方向に六十度ずつ順に変化する六種類
の二相励磁信号のパターン列からなるインバータ駆動基
準信号を内部のROMに書き込まれていて、起動時に該
インバータ駆動基準信号をリードして、パターン繰り返
し周期が所定短周期になるまで、該パターン繰り返し周
期を漸次速めていくように転流制御回路へ繰り返し送信
して同期モータ的駆動を行い、起動後は前記回転位置検
出回路から矩形波信号を入力して、該矩形波信号の入力
より一つ前のステップ更新から該信号が入力するまでの
時間と該信号の入力から次のステップ更新があるまでの
時間とが等しくなるように、次のパターン繰り返し周期
を演算して次の周期のインバータ駆動基準信号の送信を
行ってセンサレスブラシレスモータ駆動を行う。もっ
て、特開昭62−189993号のセンサレスブラシレ
スモータは、従前のセンサレスブラシレスモータの欠点
を解消することができて、パルス幅変調方式のインバー
タを使用できる一方、従前において使用していたパワー
トランジスタやリアクトル、コンデンサ等が不要となっ
て小形、安価となり、回転位置検出回路の時間遅れも小
さく抑えられる。
Therefore, the applicant of the present application developed a sensorless brushless motor capable of solving the above-mentioned drawbacks and filed a patent application (Japanese Patent Laid-Open No. 62-189993). This sensorless brushless motor includes a permanent magnet rotor, a three-phase stator winding, a three-phase inverter, a commutation control circuit, a rotational position detection circuit (induced voltage detection circuit), and a microcomputer. The rotational position detection circuit inputs the potential of the neutral point of the three-phase resistance circuit connected in parallel with the three-phase stator winding and the potential of the neutral point of the three-phase stator winding to the differential amplifier. The three-phase stator winding is designed to output a required rectangular wave signal corresponding to only the triple harmonic of the fundamental wave contained in the induced voltage of each stator winding, and the microcomputer is An inverter drive reference signal composed of a pattern sequence of six kinds of two-phase excitation signals whose phases are sequentially changed by 60 degrees in a rotation direction is written in an internal ROM, and the inverter drive reference signal is read at the time of startup, Until the pattern repetition cycle becomes a predetermined short cycle, the pattern repetition cycle is gradually transmitted to the commutation control circuit to perform synchronous motor drive, and after the start, the rotation position detection circuit outputs a rectangular wave signal. Enter The next pattern repetition period is calculated so that the time from the step update immediately before the input of the rectangular wave signal to the input of the signal becomes equal to the time from the input of the signal to the next step update. Then, the inverterless drive reference signal of the next cycle is transmitted to drive the sensorless brushless motor. Therefore, the sensorless brushless motor disclosed in JP-A-62-189993 can solve the drawbacks of the conventional sensorless brushless motor and can use the pulse width modulation type inverter, while the power transistor and the power transistor used before can be used. A reactor, a condenser, etc. are not needed, and the size and cost are reduced, and the time delay of the rotation position detection circuit can be suppressed to a small value.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、その後
の研究によれば、特開昭62−189993号のセンサ
レスブラシレスモータによれば、負荷の変動が大きい場
合は、初期励磁してロータの位置決めする際にロータに
振動が生じる場合があって、振動が治まる前に同期モー
タ動作に移ると、ロータの振動の影響により回転磁界と
ロータの同期が外れてブラシレス同期モータ動作への切
替えができず起動を失敗したり、振動によってロータが
逆転してしまうことがあり、さらに、同期モータ動作時
においても、上記と同様の不安定現象が生じる場合があ
ることが判明した。このため、初期励磁時間はロータの
振動が治まるまでの時間、継続する必要があり、そして
ロータの振動は負荷によって変わるので、振動が大きい
負荷の場合には初期励磁時間を長くする不具合がある。
However, according to the subsequent research, according to the sensorless brushless motor disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 62-189993, when the load fluctuation is large, when the rotor is initially excited and the rotor is positioned. If the rotor may vibrate, if the synchronous motor operation is started before the vibration subsides, the rotating magnetic field and the rotor become out of sync due to the rotor vibration, and the switch to the brushless synchronous motor operation cannot be performed. It has been found that the rotor may rotate in the reverse direction due to failure or vibration, and that the same unstable phenomenon as described above may occur even when the synchronous motor is operating. Therefore, the initial excitation time needs to be continued until the vibration of the rotor subsides, and the vibration of the rotor changes depending on the load. Therefore, there is a problem that the initial excitation time is lengthened in the case of a large vibration load.

【0005】本発明は、上述した点に鑑み案出したもの
で、負荷イナーシャが大きい場合や負荷が変動しても安
定した起動特性を有するとともに起動時間が短くなるよ
うに改善されたセンサレスブラシレスモータを提供する
ことを目的としている。
The present invention has been devised in view of the above-mentioned points, and has a sensorless brushless motor improved to have a stable starting characteristic and a short starting time even when the load inertia is large or the load changes. Is intended to provide.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するための手段として、永久磁石回転子1と、三相固
定子巻線2と、直流電源7から給電されて転流制御信号
によりトランジスタ群U+,V+,W+,U−,V−,
W−を所要にオン・オフ制御して出力線31,32,3
3に交流電圧を出力して三相固定子巻線2の転流を制御
する三相インバータ3と、前記三相インバータ3へ転流
制御信号を出力する転流制御回路4と、前記三相固定子
巻線2の誘起電圧を検出して永久磁石回転子1の回転位
置に応じた回転位置信号e3 を出力する回転位置検出回
路5と、前記回転位置検出回路5と前記転流制御回路4
の間に介設されたマイクロコンピュータ6とを備え、前
記マイクロコンピュータ6は、前記三相インバータ3の
出力が三相励磁信号と二相励磁信号とが位相を三十度ず
つ順に進んで交番し出力するように対応する十二種類の
パターン列であるインバータ起動時駆動基準信号m
1 と、前記三相インバータ3の出力が二相励磁信号が位
相を六十度ずつ順に進んで出力するように対応する六種
類のパターン列であるインバータ駆動基準信号m2
が、内部のROM61に書き込まれていて、起動時に前
記インバータ起動時駆動基準信号m1 をリードしてパタ
ーン繰り返し周期を所定短周期になるまで漸次速めてい
くように転流制御回路4へ繰り返し送信し、起動後は、
回転位置信号e3 を入力してパターン繰り返し周期を一
周期毎に所要に演算してインバータ駆動基準信号m2
繰り返し送信するようになっていることを特徴とするセ
ンサレスブラシレスモータを提供するものである。
As a means for solving the above problems, the present invention provides a commutation control signal supplied from a permanent magnet rotor 1, a three-phase stator winding 2, and a DC power supply 7. The transistor groups U +, V +, W +, U-, V-,
The output lines 31, 32, 3 are controlled by turning on / off W- as required.
A three-phase inverter 3 that outputs an AC voltage to the three-phase stator winding 2 to control the commutation of the three-phase stator winding 2, a commutation control circuit 4 that outputs a commutation control signal to the three-phase inverter 3, and the three-phase A rotational position detection circuit 5 that detects the induced voltage of the stator winding 2 and outputs a rotational position signal e 3 according to the rotational position of the permanent magnet rotor 1, the rotational position detection circuit 5, and the commutation control circuit. Four
And a microcomputer 6 interposed between the three-phase inverter 3 and the three-phase inverter 3 in which the output of the three-phase inverter 3 and the two-phase excitation signal are alternately advanced by sequentially advancing the phases by 30 degrees. Inverter start-up drive reference signal m, which is a pattern sequence of twelve types corresponding to output
1 and an inverter drive reference signal m 2 which is a pattern row of six types corresponding to the output of the three-phase inverter 3 so that the two-phase excitation signal sequentially advances in phase by 60 degrees and is output. The drive reference signal m 1 at the time of starting the inverter is read at the time of starting, and the pattern repeating cycle is repeatedly transmitted to the commutation control circuit 4 so as to gradually accelerate until it becomes a predetermined short cycle. ,
A sensorless brushless motor, characterized in that a rotation position signal e 3 is input, a pattern repetition cycle is calculated as required for each cycle, and an inverter drive reference signal m 2 is repeatedly transmitted. is there.

【0007】[0007]

【作用】直流電源7から直流を供電される三相インバー
タ3は、転流制御回路4からの転流制御信号e6 を入力
し、トランジスタ群U+,V+,W+,U−,V−,W
−を所要にオン・オフ制御し、出力線31,32,33
より交流を出力して三相固定子巻線2に給電して転流を
制御し、モータを駆動する。マイクロコンピュータ6
は、起動時にあっては、パターン繰り返し周期を漸次速
めていくように演算を行い、インバータ起動時駆動基準
信号m1 をリードする。転流制御回路4は、インバータ
起動時駆動基準信号m1 に対応した転流制御信号を三相
インバータ3へ出力する。このため、三相インバータ3
は、起動時にあっては永久磁石回転子1の回転位置に係
わらず、位相を三十度ずつ順に変化するように交番する
三相励磁信号と二相励磁信号を入力して内部のトランジ
スタ群をオン・オフ制御して出力線31,32,33よ
り二−三相励磁の交流電圧を出力する。従って、三相固
定子巻線2に励磁電流が流れて回転磁界が発生し、該回
転磁界に同期して永久磁石回転子1が回転する。そうし
て、マイクロコンピュータ6がインバータ起動時駆動基
準信号m1 をパターン繰り返し周期を漸次速めていくよ
うに転流制御回路4へ繰り返し送信するから、永久磁石
回転子1が次第に加速されていく。上記場合、インバー
タ起動時駆動基準信号m1 は、1パターン出力する毎
に、ステップ角を三十度進ませて永久磁石回転子1を同
期モータ駆動することになる。そうして、もしも、モー
タ起動時に永久磁石回転子1に振動が発生するときは、
三相固定子巻線2の固定子巻線に振動電流が発生し、該
振動電流が、三相固定子巻線2が三相励磁されるとき
に、互いに反転の関係となって閉回路に流れジュール熱
となって消費し、振動エネルギーが吸収される。そうし
て、マイクロコンピュータ6がインバータ起動時駆動基
準信号m1 をパターン繰り返し周期を所定短周期に速め
て転流制御回路4へ送信した時点で、以上の同期モータ
駆動は終了し、永久磁石回転子1に発生する振動は充分
に小さくなる。
The three-phase inverter 3 supplied with direct current from the direct-current power supply 7 receives the commutation control signal e 6 from the commutation control circuit 4 and receives the transistor groups U +, V +, W +, U-, V-, W.
-Requires on / off control as necessary to output lines 31, 32, 33
More alternating current is output to supply power to the three-phase stator winding 2 to control commutation and drive the motor. Microcomputer 6
At the time of startup, the calculation is performed so as to gradually increase the pattern repetition period, and the inverter startup drive reference signal m 1 is read. The commutation control circuit 4 outputs a commutation control signal corresponding to the drive reference signal m 1 at the time of starting the inverter to the three-phase inverter 3. Therefore, the three-phase inverter 3
At the time of start-up, regardless of the rotational position of the permanent magnet rotor 1, the three-phase excitation signal and the two-phase excitation signal that alternate so that the phase is changed by 30 degrees in sequence are input to input the internal transistor group. The on / off control is performed and the AC voltage of the two-three-phase excitation is output from the output lines 31, 32 and 33. Therefore, an exciting current flows through the three-phase stator winding 2 to generate a rotating magnetic field, and the permanent magnet rotor 1 rotates in synchronization with the rotating magnetic field. Then, the microcomputer 6 repeatedly transmits the drive reference signal m 1 at the time of starting the inverter to the commutation control circuit 4 so as to gradually accelerate the pattern repetition period, so that the permanent magnet rotor 1 is gradually accelerated. In the above case, each time the inverter start-up drive reference signal m 1 is output, the step angle is advanced by 30 degrees to drive the permanent magnet rotor 1 synchronously. Then, if vibration occurs in the permanent magnet rotor 1 when the motor is started,
An oscillating current is generated in the stator windings of the three-phase stator winding 2, and when the three-phase stator windings 2 are excited in three phases, the oscillating currents are in an inverse relationship with each other to form a closed circuit. Flow Joule heat is consumed and consumed, and vibration energy is absorbed. Then, at the time when the microcomputer 6 transmits the drive reference signal m 1 at the time of starting the inverter to the commutation control circuit 4 with the pattern repetition period accelerated to a predetermined short period, the above synchronous motor drive ends, and the permanent magnet rotation is completed. The vibration generated in the child 1 is sufficiently small.

【0008】マイクロコンピュータ6は、起動後はRO
M61からインバータ駆動基準信号m2 をリードし、回
転位置検出回路5から回転位置信号e3 を入力して、パ
ターン繰り返し周期を一周期毎に演算して転流制御回路
4へ繰り返し送信して三相固定子巻線2の誘導電圧の位
相にインバータ3の出力電圧の位相を合わせてセンサレ
スブラシレスモータ駆動を行い、直流モータと等価の電
気−機械エネルギー変換を行う。三相インバータ3は、
起動後にあっては永久磁石回転子1の電気角一回転当た
り六回の転流を生じる二相励磁信号を入力して内部のト
ランジスタ群をオン・オフ制御して出力線31,32,
33より二相励磁の交流電圧を出力するから、三相固定
子巻線2に二相励磁の誘導電流が電気角一回転当たり六
回の転流を生じて、回転磁界が発生し、該回転磁界に同
期して永久磁石回転子1が回転し、永久磁石回転子1が
所定回転速度に加速されていく。
After the microcomputer 6 is activated, the RO
The inverter drive reference signal m 2 is read from M61, the rotational position signal e 3 is input from the rotational position detection circuit 5, the pattern repetition cycle is calculated for each cycle, and the pattern is repeatedly transmitted to the commutation control circuit 4, and three times. The sensorless brushless motor drive is performed by matching the phase of the induced voltage of the phase stator winding 2 with the phase of the output voltage of the inverter 3 to perform electric-mechanical energy conversion equivalent to that of a DC motor. The three-phase inverter 3 is
After the start-up, the two-phase excitation signal that causes the commutation of six times per one electrical angle of the permanent magnet rotor 1 is input to control the on / off of the internal transistor group to output the output lines 31, 32,
Since the two-phase excitation AC voltage is output from 33, the induced current of the two-phase excitation is generated in the three-phase stator winding 2 by six times of commutation per one rotation of the electrical angle, and the rotating magnetic field is generated. The permanent magnet rotor 1 rotates in synchronization with the magnetic field, and the permanent magnet rotor 1 is accelerated to a predetermined rotation speed.

【0009】[0009]

【実施例】以下、本発明のセンサレスブラシレスモータ
の実施例を図面を参照して説明する。この実施例のセン
サレスブラシレスモータは、図1(a)のブロック回路
に示すように、定常回転において固定子とのギャップ内
の磁束分布が基本波の三倍の次数の高調波を含む形状で
ある永久磁石回転子(ロータ)1と、三本の固定子巻線
21,22,23がY結線されてなる三相固定子巻線2
と、直流電源7から給電されるように接続されていると
ともに三本の出力線31,32,33が前記三相固定子
巻線2の三本の固定子巻線21,22,23の非中性点
側端子と並列的に接続されていて転流制御信号(パルス
幅変調転流制御信号)により所要配列のトランジスタ群
U+,V+,W+,U−,V−,W−をオン・オフ制御
して直流を交流に変換し出力線31,32,33より出
力して三相固定子巻線2に給電して転流を制御する三相
インバータ3と、マイクロコンピュータ6から信号を入
力して所要のパルス幅変調を行い前記三相インバータ3
へ転流制御信号e6 を出力するパルス幅変調方式の転流
制御回路4と、前記三相固定子巻線2の誘起電圧の中か
ら基本波の三倍の高調波を検出して所要の回転位置信号
3 をマイクロコンピュータ6へ永久磁石回転子1の回
転位置に応じたデータとして出力する回転位置検出回路
5とを備えてなる。この実施例のセンサレスブラシレス
モータは、起動時にあっては、マイクロコンピュータ6
がインバータ起動時駆動基準信号m 1 をリードし、三相
固定子巻線2を二相励磁と三相励磁を交番してかつ回転
磁界のステップ角が30度ずつ進むように、三相インバ
ータ3が転流を行うので、例えばトランジスタU+とV
−とW−がそれぞれオンで、トランジスタV+とW+と
U−がそれぞれオフであるとき三相励磁状態では、モー
タのV端子とW端子が同電位となり、この状態で永久磁
石回転子1が振動すると、電磁誘導によって固定子巻線
22,23のそれぞれに交流電流が発生し、図1(b)
に示すように、電流の振動成分については(ロータを回
転させるための直流成分は含まない)、両相の位相が互
いに反転の関係にあるので、閉回路が構成されてこれに
流れてジュール熱に変わり、振動エネルギーが吸収さ
れ、その結果として、ロータ1の振動が小さくなる。な
お、二相励磁状態では、閉回路が構成されず、振動エネ
ルギーは吸収されない。
EXAMPLE A sensorless brushless motor of the present invention will be described below.
Embodiments will be described with reference to the drawings. The sensor of this example
The salesless brushless motor is a block circuit of FIG.
As shown in, within the gap with the stator at steady rotation
The magnetic flux distribution of the shape includes harmonics of three times the fundamental wave.
A permanent magnet rotor (rotor) 1 and three stator windings
Three-phase stator winding 2 in which 21, 22, 23 are Y-connected
And that it is connected so that it is fed from the DC power supply 7.
All three output lines 31, 32, 33 are the three-phase stators.
Non-neutral point of three stator windings 21, 22, 23 of winding 2
A parallel commutation control signal (pulse
Width-modulated commutation control signal)
ON / OFF control of U +, V +, W +, U-, V-, W-
And convert DC to AC and output from output lines 31, 32, 33
Force to feed the three-phase stator winding 2 to control commutation
Input signals from the inverter 3 and the microcomputer 6.
The three-phase inverter 3 by applying the required pulse width modulation.
Commutation control signal e6Pulse width modulation commutation to output
Between the control circuit 4 and the induced voltage of the three-phase stator winding 2
The required rotational position signal is detected by detecting three times higher harmonics of the fundamental wave.
e3To the microcomputer 6 to rotate the permanent magnet rotor 1
Rotational position detection circuit that outputs data according to the rotational position
5 and. Sensorless brushless of this embodiment
When starting the motor, the microcomputer 6
Is the drive reference signal m when the inverter starts 1Lead the three phases
Rotate the stator winding 2 by alternating two-phase excitation and three-phase excitation
Set the three-phase inverter so that the step angle of the magnetic field advances by 30 degrees.
Since the data 3 performs commutation, for example, the transistors U + and V
-And W- are on, and transistors V + and W +
In the three-phase excitation state when U− is off,
The V and W terminals of the
When the stone rotor 1 vibrates, the stator winding is electromagnetically induced.
An alternating current is generated in each of 22 and 23, as shown in FIG.
As shown in,
It does not include the direct current component for the conversion.)
Since there is an inversion relationship, a closed circuit is constructed and
It flows and turns into Joule heat, and the vibration energy is absorbed.
As a result, the vibration of the rotor 1 is reduced. Na
In the two-phase excitation state, the closed circuit is not formed and the vibration energy
Rugie is not absorbed.

【0010】回転位置検出回路5は、三本の抵抗線5
1,52,53がY結線されかつ各抵抗線51,52,
53の非中性点側端子が前記三相固定子巻線2の三本の
固定子巻線21,22,23の対応する非中性点側端子
に接続された三相抵抗回路5aを有し、該三相抵抗回路
5aの中性点の電位e2 と前記三相固定子巻線2の中性
点の電位e1 とを差動増幅器5bに入力して三相固定子
巻線2の各固定子巻線の誘起電圧を検出し該誘起電圧に
含まれる基本波の三×n倍の高調波の中から永久磁石回
転子1の所定回転位置に応じた基本波の三倍の高調波に
のみ対応した所要の回転位置信号e3 を出力するように
構成されている。なお、回転位置検出回路5において、
永久磁石回転子1の所定回転位置に応じた基本波の三倍
の高調波を検出でき、基本波の三倍の高調波に応じた所
要の回転位置信号e3 を出力できることは、特開昭62
−189993号の明細書中に第2図の等価回路を示し
て電磁気学理論として詳細に説明し公知となっているの
で、本願では理論的証明を省略する。
The rotational position detection circuit 5 includes three resistance wires 5
1, 52, 53 are Y-connected and each resistance wire 51, 52,
The non-neutral side terminal 53 includes a three-phase resistance circuit 5a connected to the corresponding non-neutral side terminals of the three stator windings 21, 22, and 23 of the three-phase stator winding 2. Then, the neutral point potential e 2 of the three-phase resistance circuit 5a and the neutral point potential e 1 of the three-phase stator winding 2 are input to the differential amplifier 5b to input the three-phase stator winding 2 Of the fundamental wave contained in the induced voltage is detected from among the harmonics of 3 × n times the fundamental wave contained in the induced voltage, and the triple harmonic of the fundamental wave corresponding to the predetermined rotation position of the permanent magnet rotor 1 is detected. It is configured to output a required rotational position signal e 3 corresponding to only waves. In the rotation position detection circuit 5,
It is possible to detect a triple harmonic of the fundamental wave corresponding to a predetermined rotary position of the permanent magnet rotor 1 and to output a required rotary position signal e 3 corresponding to the triple harmonic of the fundamental wave. 62
In the specification of No. 1899993, the equivalent circuit of FIG. 2 is shown to explain it in detail as an electromagnetic theory and it is well known. Therefore, the theoretical proof is omitted in the present application.

【0011】マイクロコンピュータ6は、インバータ起
動時駆動基準信号m1 と、インバータ駆動基準信号m2
と、起動時パターン繰り返し周期決定プログラムp
1 と、起動後パターン繰り返し周期決定プログラムp2
が内部のROM61に書き込まれている。図2(a)
は、インバータ起動時駆動基準信号m1 に基づいて作動
する三相インバータの六個のトランジスタU+,V+,
W+,U−,V−,W−のオン・オフを示すファンクシ
ョンテーブルであり、「1」はオン、「0」はオフを示
し、20 〜25 は六個のトランジスタU+,V+,W
+,U−,V−,W−に対応している。図2(b)は、
インバータ起動時駆動基準信号m1 に基づいて、三相イ
ンバータが二−三相励磁駆動するときの電流ベクトルの
向きを示す。図3(a)は、インバータ駆動基準信号m
2 に基づいて作動する三相インバータの六個のトランジ
スタU+,V+,W+,U−,V−,W−のオン・オフ
を示すファンクションテーブルであり、図3(b)は、
インバータ駆動基準信号m2 に基づいて、三相インバー
タが二相励磁駆動するときの電流ベクトルの向きを示
す。従って、インバータ起動時駆動基準信号m1 は、図
2(a)のファンクションテーブルに示すようにパター
ン0━1━2━3━4━5━6━7━8━9━10━1
1の順にトランジスタU+,V+,W+,U−,V−,
W−がオン・オフするように、三相励磁信号と二相励磁
信号とが位相を三十度ずつ順に進んで交番し出力する十
二種類のパターン列としてROM61に書き込まれてい
るものであり、同様に、インバータ駆動基準信号m
2 は、図3(a)のファンクションテーブルに示すよう
にパターン0━1━2━3━4━5の順にトランジスタ
U+,V+,W+,U−,V−,W−がオン・オフする
ように、二相励磁信号の位相が六十度ずつ順に進んで出
力する六種類のパターン列としてROM61に書き込ま
れているものである。起動時パターン繰り返し周期決定
プログラムp1 は、インバータ起動時駆動基準信号m1
をリードする順序とタイミングが決められており、起動
後パターン繰り返し周期決定プログラムp2 がインバー
タ駆動基準信号m2 をリードする順序とタイミングが決
められている。プログラムp1 からプログラムp2への
切替えは、プログラムp1 において起動時パターン繰り
返し周期をタイマー管理していて誘起電圧e4 が充分に
安定して検出できるモータ回転数に達したら、例えば1
800r.p.mになったらプログラム切替え信号をプ
ログラムp2へ伝達するようになっている。図2(b)
に示すように、二−三相励磁のときは、パターンが切り
替わる度に、電流ベクトルは電気角で30度進み、回転
磁界のステップ角も30度進み、また図3(b)に示す
ように、二相励磁のときは、パターンが切り替わる度
に、電流ベクトルは電気角で60度進み、回転磁界のス
テップ角も60度進む。
The microcomputer 6 has a drive reference signal m 1 for starting the inverter and an inverter drive reference signal m 2
And the startup pattern repetition cycle determination program p
1 and the pattern repetition period determination program after startup p 2
Is written in the internal ROM 61. Figure 2 (a)
Are six transistors U +, V +, of the three-phase inverter that operate based on the drive reference signal m 1 at the time of starting the inverter.
W +, U-, V-, is a function table that shows the W- on and off, "1" is on, "0" indicates the off, 2 0-2 5 six transistors U +, V +, W
It corresponds to +, U-, V-, and W-. 2 (b) is
The direction of the current vector when the three-phase inverter is driven by two- to three-phase excitation based on the drive reference signal m 1 at the time of starting the inverter is shown. FIG. 3A shows an inverter drive reference signal m.
3 is a function table showing ON / OFF of six transistors U +, V +, W +, U−, V−, W− of the three-phase inverter operating based on 2 .
The direction of the current vector when the three-phase inverter is driven for two-phase excitation based on the inverter drive reference signal m 2 is shown. Therefore, as shown in the function table of FIG. 2A, the drive reference signal m 1 at the start-up of the inverter has a pattern of 0−1−2−3−3−4−5−6−7−8−8−9−10−1.
In the order of 1, the transistors U +, V +, W +, U-, V-,
The three-phase excitation signal and the two-phase excitation signal are written in the ROM 61 as twelve types of pattern sequences that sequentially advance and alternate the phases by 30 degrees so that W- is turned on and off. , Similarly, the inverter drive reference signal m
2 indicates that the transistors U +, V +, W +, U−, V−, W− are turned on / off in the order of patterns 0−1−2−3−3−4−5 as shown in the function table of FIG. Further, the two-phase excitation signals are written in the ROM 61 as six types of pattern strings that are sequentially output by 60 degrees. The start-up pattern repetition cycle determination program p 1 has a drive reference signal m 1 at start-up of the inverter.
And order and timing are determined to lead, after activation pattern repetition period determination program p 2 is the sequence and timing are determined to lead the inverter drive reference signal m 2. Switching from the program p 1 to the program p 2 is performed, for example, when the motor rotation speed at which the induced voltage e 4 can be detected sufficiently stably by timer management of the pattern repetition period at startup in the program p 1 is reached.
800r. p. When it becomes m, the program switching signal is transmitted to the program p 2 . Figure 2 (b)
As shown in FIG. 3, in the case of two-to-three-phase excitation, the current vector advances by 30 electrical degrees and the step angle of the rotating magnetic field also advances 30 degrees each time the pattern switches, and as shown in FIG. In the two-phase excitation, the current vector advances by 60 degrees in electrical angle and the step angle of the rotating magnetic field also advances by 60 degrees each time the pattern is switched.

【0012】マイクロコンピュータ6は、起動時に、起
動時パターン繰り返し周期決定プログラムp1 が作用し
てROM61から前記インバータ起動時駆動基準信号m
1 の十二種類のパターン列の中、制振を行うための初期
励磁として、最初は三相励磁信号となるようにリードし
て転流制御回路4へ約0.1秒間送信し、次いで、パタ
ーンの配列順に二相励磁信号━三相励磁信号━二相励磁
信号・・・と交番するようにリードして転流制御回路4
へ繰り返し送信し、起動時の最後は、起動後の励磁が二
相励磁であるため、二相励磁信号となるようにリードし
て転流制御回路4へ送信して終了するように構成されて
いる。ROM61には、パターン繰り返し周期を漸次速
めていくように上記のインバータ起動時駆動基準信号m
1 の繰り返し送信を行うプログラムp1 がライトされて
いる。このプログラムp1 は、基本クロックをタイマー
管理してパターン繰り返し周期を演算し、永久磁石回転
子1が高回転に推移して、例えば1800r.p.mと
なって、ステップ切替えタイミングと誘起電圧検出信号
との位相差が例えば30度となり、この時のパターン繰
り返し周期(所定短周期)になるまで該パターン繰り返
し周期を漸次速めていくようにプログラムされている。
そして、このプログラムp1 は、パターン繰り返し周期
が所定短周期になったことを検知すると、起動後パター
ン繰り返し周期決定プログラムp2 をリードする。
When the microcomputer 6 is started, the start-up pattern repetition cycle determination program p 1 is actuated to start the inverter start-up drive reference signal m from the ROM 61.
As the initial excitation for damping in the twelve types of pattern trains of 1 , first read so that it becomes a three-phase excitation signal and transmit it to the commutation control circuit 4 for about 0.1 seconds, then The commutation control circuit 4 is read by alternating the two-phase excitation signal-three-phase excitation signal-two-phase excitation signal ...
Is repeatedly transmitted to the commutation control circuit 4 at the end of the start-up, since the excitation after the start-up is two-phase excitation, the two-phase excitation signal is read and transmitted to the commutation control circuit 4 to end. There is. The ROM 61 drives the above-mentioned drive reference signal m at the time of starting the inverter so as to gradually accelerate the pattern repetition cycle.
A program p 1 for repeatedly transmitting 1 is written. This program p 1 manages the basic clock with a timer to calculate the pattern repetition period, and the permanent magnet rotor 1 changes to a high rotation speed, for example, 1800 r. p. m, the phase difference between the step switching timing and the induced voltage detection signal becomes, for example, 30 degrees, and is programmed to gradually accelerate the pattern repetition cycle until the pattern repetition cycle (predetermined short cycle) at this time is reached. ing.
Then, the program p 1 reads the post-startup pattern repetition period determination program p 2 when detecting that the pattern repetition period has become a predetermined short period.

【0013】マイクロコンピュータ6は、起動後は、起
動後パターン繰り返し周期決定プログラムp2 が作用し
て前記回転位置検出回路5から回転位置信号e3 を入力
して該回転位置信号e3 からパターン繰り返しの一周期
毎に、一つ前のステップ更新から該信号が入力するまで
の時間と該信号の入力から次のステップ更新があるまで
の時間とが等しくなるように、次のパターン繰り返し周
期を演算するとともに、ROM61から前記インバータ
駆動基準信号m2 をリードして三相固定子巻線2の誘起
電圧の位相にインバータ3の出力電圧の位相を合わせて
それまでの同期モータ的駆動からセンサレスブラシレス
モータ駆動(=直流モータ的駆動)に変換するための切
替え調整として、最初の基準信号の送信を不連続に所要
角度例えば30度進めるように転流制御回路4へ送信す
るようにして、インバータ駆動基準信号m2 の送信を各
周期毎に演算して繰り返し送信するように構成されてい
る。なお、インバータ駆動基準信号m2 のステップ切替
えタイミングを不連続に所要角度進めるように転流制御
回路4へ送信するのは、起動時の初期に固定子巻線2の
誘起電圧の位相がインバータ3の出力電圧の位相よりも
90度進んだ状態で起動が行われ、例えば1800r.
p.mになると、負荷の大小により位相差が0から約4
5°の範囲に小さくなる、一般的には30度に小さくな
るが、起動時の同期モータ的駆動から起動後のセンサレ
スブラシレスモータ駆動に変換するには、固定子巻線2
の誘起電圧の位相にインバータ3の出力電圧の位相を合
わせるためである。
[0013] The microcomputer 6 after activation inputs the rotational position signal e 3 repeating pattern from the rotating position signal e 3 from the rotational position detecting circuit 5 acts startup after the pattern repetition period determination program p 2 For each cycle, calculate the next pattern repetition cycle so that the time from the previous step update to the input of the signal is equal to the time from the input of the signal to the next step update At the same time, the inverter drive reference signal m 2 is read from the ROM 61 to match the phase of the output voltage of the inverter 3 with the phase of the induced voltage of the three-phase stator winding 2, and from the synchronous motor drive up to that time to the sensorless brushless motor. As a switching adjustment for conversion to drive (= DC motor drive), the transmission of the first reference signal is discontinuously advanced by a required angle, for example, 30 degrees. So as to transmit to the commutation control circuit 4 in so that, and the transmission of the inverter drive reference signal m 2 is configured to repeatedly transmit by calculating for each cycle. It should be noted that the reason why the commutation control circuit 4 is transmitted so that the step switching timing of the inverter drive reference signal m 2 is advanced discontinuously by the required angle is that the phase of the induced voltage of the stator winding 2 is set to the inverter 3 at the initial stage of startup. Of the output voltage is advanced by 90 degrees from the phase of the output voltage of, for example, 1800r.
p. At m, the phase difference is 0 to about 4 depending on the size of the load.
It is reduced to a range of 5 °, generally to 30 °, but in order to convert from synchronous motor drive at start-up to sensorless brushless motor drive after start-up, the stator winding 2
This is to match the phase of the output voltage of the inverter 3 with the phase of the induced voltage of.

【0014】さらに、マイクロコンピュータ6は、起動
後パターン繰り返し周期決定プログラムp2 の作用によ
り起動後は、インバータ駆動基準信号m2 の送信と並行
して、前記回転位置信号e3 に基づいて永久磁石回転子
1の回転速度に対応した回転速度対応信号e4 を前記転
流制御回路4へ出力するようになっている。
Further, the microcomputer 6 is activated by the action of the program p 2 for determining the pattern repetition period after activation and, after activation, in parallel with the transmission of the inverter drive reference signal m 2 , based on the rotational position signal e 3. A rotation speed corresponding signal e 4 corresponding to the rotation speed of the rotor 1 is output to the commutation control circuit 4.

【0015】転流制御回路4は、起動時は前記インバー
タ起動時駆動基準信号m1 に対し内部のリミッタ回路4
1のリミット一杯にパルス幅変調して転流制御信号を前
記三相インバータ3へ出力し、起動後はマイクロコンピ
ュータ6から前記インバータ駆動基準信号m2 と回転速
度対応信号e4 とを入力し、前記インバータ駆動基準信
号m2 と外部から入力される速度指令e5 とを比較器4
3において比較し比較結果の符号に基づいてパルス幅変
調部(PWM)42において増減方向を適切に決定し、
前記インバータ駆動基準信号m2 と速度指令e5 との偏
差を解消するように前記インバータ駆動基準信号m2
対して所要にパルス幅変調して転流制御信号4aを前記
三相インバータ3へ出力するようになっている。
The commutation control circuit 4 has an internal limiter circuit 4 for the drive reference signal m 1 at the time of starting the inverter at the time of starting.
The pulse width modulation is performed to the limit of 1 to output a commutation control signal to the three-phase inverter 3, and after starting, the inverter drive reference signal m 2 and the rotation speed corresponding signal e 4 are input from the microcomputer 6. The comparator 4 compares the inverter drive reference signal m 2 and the speed command e 5 input from the outside.
3, the pulse width modulation unit (PWM) 42 appropriately determines the increasing / decreasing direction based on the sign of the comparison result,
Output to the inverter drive reference signal m 2 and the speed command e 5 and the inverter drive reference signal m 2 required to be pulse-width modulation to the commutation control signal 4a to the three-phase inverter 3 so as to eliminate the deviation It is supposed to do.

【0016】図4はタイミングチャートを示す。図の中
央から左半分が極低速時の同期モータ的動作であり、右
半分が直流モータ的動作である。(a)はマイクロコン
ピュータの基本クロック、(b)マイクロコンピュータ
において三相インバータの出力電圧波形を生成する基と
なるステップ切換えタイミング信号で、右半分の矩形波
の立ち上がりと立ち下がりのエッジがステップ切換えタ
イミングであり、(c)は誘起電圧中の基本波の三倍の
高調波を差動増幅器で検出して波形整形した後の回転位
置信号、(d)は波形整形前の誘起電圧検出信号、
(e)は三相インバータのトランジスタ群がオン・オフ
していない状態でモータが回転するときに一相の固定子
巻線に生起する誘起電圧、(f)と(g)は三相インバ
ータの一相分の対のトランジスタをオン・オフ制御する
制御信号、(h)は三相インバータより出力される一相
の固定子巻線に印加されるパルス幅変調されたインバー
タ出力電圧を示している。(f)と(g)と(h)にお
いて、多数の直線状の縦の点線は波形がパルス巾変調を
受けていることを示している。(e)と(h)との位相
のずれを考察すると、極低速時の固定子巻線の誘起電圧
の位相が三相インバータの出力電圧の位相に対して約9
0°位相が進んでいることが分かる。
FIG. 4 shows a timing chart. The left half from the center of the figure is a synchronous motor-like operation at extremely low speed, and the right half is a DC motor-like operation. (A) is a basic clock of the microcomputer, (b) is a step switching timing signal which is a basis for generating an output voltage waveform of the three-phase inverter in the microcomputer, and the rising edge and the falling edge of the right half rectangular wave are step switched. The timing is, (c) is a rotational position signal after waveform shaping by detecting a triple harmonic of the fundamental wave in the induced voltage with a differential amplifier, (d) is an induced voltage detection signal before waveform shaping,
(E) is an induced voltage generated in the stator winding of one phase when the motor rotates while the transistor group of the three-phase inverter is not on / off, and (f) and (g) are three-phase inverter A control signal for controlling on / off of a pair of transistors for one phase, (h) indicates a pulse width modulated inverter output voltage applied to the stator winding of one phase output from the three-phase inverter. . In (f), (g) and (h), a large number of straight vertical dotted lines indicate that the waveform is pulse width modulated. Considering the phase shift between (e) and (h), the phase of the induced voltage in the stator winding at an extremely low speed is about 9 with respect to the phase of the output voltage of the three-phase inverter.
It can be seen that the phase is advanced by 0 °.

【0017】次に、上述した構成の実施例のセンサレス
ブラシレスモータの作用を説明する。速度指令e5 を転
流制御回路4に与え、モータを駆動すると、直流電源7
から三相インバータ3へ電流が流れ、マイクロコンピュ
ータ6が、起動時は、ROM61に書き込まれているイ
ンバータ起動時駆動基準信号m1 をリードし、また起動
後は、インバータ駆動基準信号m2 をリードして転流制
御回路4へ送信し、このため、三相インバータ3は、マ
イクロコンピュータ6から送信される信号をパルス幅変
調して出力する転流制御回路4からの転流制御信号e6
を入力し、トランジスタ群U+,V+,W+,U−,V
−,W−を所要にオン・オフ制御し、出力線31,3
2,33に交流電圧を出力して三相固定子巻線2に給電
して転流を制御する。
Next, the operation of the sensorless brushless motor having the above-described structure will be described. When the speed command e 5 is given to the commutation control circuit 4 to drive the motor, the DC power supply 7
A current flows from the three-phase inverter 3 to the three-phase inverter 3, and the microcomputer 6 reads the inverter start-up drive reference signal m 1 written in the ROM 61 at the time of start-up, and reads the inverter drive reference signal m 2 after the start-up. and sends to the commutation control circuit 4, Therefore, the three-phase inverter 3, the commutation control signals from the commutation control circuit 4 and outputs the pulse width modulation signals transmitted from the microcomputer 6 e 6
Input, and the transistor groups U +, V +, W +, U-, V
-, W- are controlled on / off as required, and output lines 31, 3
An alternating voltage is output to 2 and 33 to supply power to the three-phase stator winding 2 to control commutation.

【0018】マイクロコンピュータ6は、起動時にあっ
ては、ROM61に書き込まれている二種類の信号モー
ドの中、インバータ起動時駆動基準信号m1 をリードし
て転流制御回路4へ送信する。インバータ起動時駆動基
準信号m1 のパターン繰り返し周期は、マイクロコンピ
ュータ6が内部クロックに基づいてタイマー管理して漸
次速めていくように演算する。マイクロコンピュータ6
は、制振を行うための初期励磁として、最初は三相励磁
信号となるようにリードして転流制御回路4へ送信し、
次いで、パターンの配列順に二相励磁信号━三相励磁信
号━二相励磁信号・・・と交番するようにリードして転
流制御回路4へ繰り返し送信し、起動時の最後は、起動
後の励磁が二相励磁であるため、二相励磁信号となるよ
うにリードして転流制御回路4へ送信する。転流制御回
路4は、インバータ起動時駆動基準信号m1 に対し内部
のリミッタ回路41のリミット一杯にパルス幅変調して
転流制御信号を三相インバータ3へ出力する。このた
め、三相インバータ3は、起動時にあっては永久磁石回
転子1の回転位置に係わらず、永久磁石回転子1の電気
角一回転あたり十二回の転流を生じるように、パターン
繰り返し周期を管理されかつパルス幅変調された位相を
三十度ずつ順に変化するように交番する三相励磁信号と
二相励磁信号を入力して内部のトランジスタ群をオン・
オフ制御して出力線31,32,33より二−三相励磁
の交流電圧を出力する。従って、三相固定子巻線2に励
磁電流が流れて、固定子巻線21,22,23の各誘起
電圧がそれぞれ対応する三相インバータ3の出力線3
1,32,33の各出力電圧に対して約90°位相が進
んだ状態に回転磁界が発生し、該回転磁界に同期して永
久磁石回転子1が回転する。この場合、インバータ起動
時駆動基準信号m1 は、三相励磁信号と二相励磁信号と
が位相を三十度ずつ順に変化するように交番する十二種
類のパターン列であるから、前記回転磁界は永久磁石回
転子1が電気角十二分の一回転する毎に、ステップ角を
三十度進ませて永久磁石回転子1を同期モータ駆動する
ことになる。そうして、もしも、モータ起動時に永久磁
石回転子1に振動が発生するときは、三相固定子巻線2
の固定子巻線に振動電流が発生し、該誘導電流が、三相
固定子巻線2が三相励磁されるときに、互いに反転の関
係となって閉回路に流れジュール熱となって消費し、振
動エネルギーが吸収され、その結果として、三相固定子
巻線2が三相励磁されるときには永久磁石回転子1の振
動を閉回路とはならない二相励磁のときに比べて大きく
抑制することができ、同期モータ動作時間を短縮でき、
永久磁石回転子1の逆転現象が起こりづらくなり、負荷
が変動したり負荷イナーシャが大きい場合でも安定した
起動特性が得られる。なお、永久磁石回転子1の加速に
連動して三相固定子巻線2の誘起電圧のインバータ3の
出力電圧に対する進み具合が次第に減小していくととも
に、三相固定子巻線2の誘起電圧の三倍の高調波と回転
位置検出回路5の回転位置信号e3 との位相差も同様に
減小していく。そうして、マイクロコンピュータ6がイ
ンバータ起動時駆動基準信号m1 をパターン繰り返し周
期を所定短周期(例えば、永久磁石回転子1の回転数に
換算して1800r.p.m)に速めて転流制御回路4
へ送信した時点で、以上の同期モータ駆動は終了し、以
後、永久磁石回転子1に発生する振動は極めて小さくな
る。
At the time of startup, the microcomputer 6 reads the inverter start-up drive reference signal m 1 from the two kinds of signal modes written in the ROM 61 and transmits it to the commutation control circuit 4. The pattern repeating cycle of the drive reference signal m 1 at the time of starting the inverter is calculated by the microcomputer 6 so that the microcomputer 6 controls the timer based on the internal clock and gradually increases the speed. Microcomputer 6
Is an initial excitation for damping, which is first read so as to be a three-phase excitation signal and transmitted to the commutation control circuit 4,
Next, the two-phase excitation signal, the three-phase excitation signal, and the two-phase excitation signal are alternately read in the order of arrangement of the patterns and repeatedly transmitted to the commutation control circuit 4. Since the excitation is two-phase excitation, the two-phase excitation signal is read so as to be a two-phase excitation signal and transmitted to the commutation control circuit 4. The commutation control circuit 4 pulse-width-modulates the drive reference signal m 1 at the time of starting the inverter to the limit of the internal limiter circuit 41 and outputs a commutation control signal to the three-phase inverter 3. Therefore, the three-phase inverter 3 repeats the pattern so as to generate twelve commutations per one electrical angle of the permanent magnet rotor 1 regardless of the rotational position of the permanent magnet rotor 1 at the time of startup. The internal transistor group is turned on by inputting a three-phase excitation signal and a two-phase excitation signal that alternately control the cycle and sequentially change the pulse width-modulated phase by 30 degrees.
The off voltage is controlled to output the AC voltage of the two-three-phase excitation from the output lines 31, 32 and 33. Therefore, an exciting current flows through the three-phase stator winding 2, and the induced voltages of the stator windings 21, 22, and 23 respectively correspond to the output line 3 of the three-phase inverter 3.
A rotating magnetic field is generated in a state where the output voltage of 1, 32, 33 is advanced by about 90 °, and the permanent magnet rotor 1 rotates in synchronization with the rotating magnetic field. In this case, the drive reference signal at the time of starting the inverter m 1 is a pattern sequence of twelve types in which the three-phase excitation signal and the two-phase excitation signal are alternately changed so that the phases are changed by 30 degrees in sequence. Each time the permanent magnet rotor 1 makes one-twelfth electrical angle rotation, the step angle is advanced by 30 degrees to drive the permanent magnet rotor 1 synchronously with the motor. Then, if vibration occurs in the permanent magnet rotor 1 when the motor is started, the three-phase stator winding 2
Oscillating current is generated in the stator winding, and the induced current flows in a closed circuit when the three-phase stator winding 2 is excited in three phases, and flows as a Joule heat to be consumed. However, the vibration energy is absorbed, and as a result, when the three-phase stator winding 2 is three-phase excited, the vibration of the permanent magnet rotor 1 is largely suppressed as compared with the two-phase excitation which does not form a closed circuit. Can reduce the synchronous motor operating time,
The reverse rotation phenomenon of the permanent magnet rotor 1 is less likely to occur, and stable starting characteristics can be obtained even when the load fluctuates or the load inertia is large. It should be noted that the progress of the induced voltage of the three-phase stator winding 2 with respect to the output voltage of the inverter 3 is gradually reduced in conjunction with the acceleration of the permanent magnet rotor 1, and the induction of the three-phase stator winding 2 is also reduced. Similarly, the phase difference between the triple harmonic of the voltage and the rotational position signal e 3 of the rotational position detection circuit 5 is also reduced. Then, the microcomputer 6 accelerates the drive reference signal m 1 at the time of starting the inverter to a predetermined short cycle (for example, 1800 rpm when converted into the rotation speed of the permanent magnet rotor 1) to perform commutation. Control circuit 4
The synchronous motor drive described above is completed at the point of time when the signal is transmitted to, and thereafter, the vibration generated in the permanent magnet rotor 1 becomes extremely small.

【0019】マイクロコンピュータ6は、起動時にウオ
ッチングしていたパターン繰り返し周期が所定短周期に
なると、ROM61からリードする信号モードをインバ
ータ起動時駆動基準信号m1 からインバータ駆動基準信
号m2 に切替えてリードして転流制御回路4へ送信す
る。そして、マイクロコンピュータ6は、必要な場合に
はステップ切替えタイミングを不連続に所要角度進める
ようにインバータ駆動基準信号m2 をステップ更新して
転流制御回路4へ送信して三相固定子巻線2の固定子巻
線21,22,23の誘導電圧の位相にインバータ3の
出力電圧の位相を進ませて合わせ、直流モータと等価の
電気−機械エネルギー変換を行う。さらに、マイクロコ
ンピュータ6は、この時点より前記回転位置検出回路5
から回転位置信号e3 を入力して、この信号から一周期
毎にパターン繰り返し周期を所要に演算してインバータ
駆動基準信号m2 を繰り返し送信してセンサレスブラシ
レスモータ駆動を行う。さらにマイクロコンピュータ6
は、回転位置信号e3 に基づいて回転速度対応信号e4
を転流制御回路4へ出力する。従って、転流制御回路4
は、起動後はインバータ駆動基準信号m2 と回転速度対
応信号e4 とを入力し、インバータ駆動基準信号m2
外部から入力される速度指令e5 とを比較し比較結果の
符号に基づいてパルス幅変調の増減方向を適切に決定
し、インバータ駆動基準信号m2 に対して所要にパルス
幅変調して転流制御信号e6 を三相インバータ3へ出力
する。このため、三相インバータ3は、起動後にあって
は永久磁石回転子1の電気角一回転当たり六回の転流を
生じる所要にパルス幅変調された二相励磁信号を入力し
て内部のトランジスタ群をオン・オフ制御して出力線3
1,32,33より二相励磁の交流電圧を出力する。従
って、三相インバータ3から三相固定子巻線2に給電さ
れる二相励磁電流が永久磁石回転子1の電気角一回転あ
たり六回の転流を生じて、固定子巻線21,22,23
の各誘起電圧がそれぞれ対応する三相インバータ3の出
力線31,32,33の各出力電圧に対して位相が等し
い状態に回転磁界が発生し、該回転磁界に同期して永久
磁石回転子1が回転する。そうして、転流制御回路4が
回転速度対応信号e4 と外部から入力される速度指令e
5 とを比較し比較結果の符号に基づいてパルス幅変調の
増減方向を適切に決定し、回転速度対応信号e4 と速度
指令e5 との偏差を漸減するように転流制御信号を出力
するから、これに従って永久磁石回転子1が所定回転速
度に加速されていく。
The microcomputer 6 switches the signal mode read from the ROM 61 from the inverter start-up drive reference signal m 1 to the inverter drive reference signal m 2 when the pattern repeating period which has been watched at the start-up becomes a predetermined short period. The data is read and transmitted to the commutation control circuit 4. Then, the microcomputer 6 step-updates the inverter drive reference signal m 2 so as to discontinuously advance the step switching timing by the required angle, if necessary, and transmits it to the commutation control circuit 4 to transmit the three-phase stator winding. The phase of the output voltage of the inverter 3 is advanced and matched with the phase of the induced voltage of the two stator windings 21, 22, and 23, and electric-mechanical energy conversion equivalent to that of the DC motor is performed. Further, the microcomputer 6 starts the rotation position detection circuit 5 from this point.
The rotation position signal e 3 is input from the above, the pattern repetition cycle is calculated from this signal as required, and the inverter drive reference signal m 2 is repeatedly transmitted to drive the sensorless brushless motor. Further microcomputer 6
Is a rotation speed corresponding signal e 4 based on the rotation position signal e 3.
To the commutation control circuit 4. Therefore, the commutation control circuit 4
After starting, the inverter drive reference signal m 2 and the rotation speed corresponding signal e 4 are input, the inverter drive reference signal m 2 is compared with the speed command e 5 input from the outside, and based on the sign of the comparison result. The increasing / decreasing direction of the pulse width modulation is appropriately determined, the inverter drive reference signal m 2 is subjected to the pulse width modulation as required, and the commutation control signal e 6 is output to the three-phase inverter 3. Therefore, the three-phase inverter 3 receives the pulse-modulated two-phase excitation signal required to generate six commutations per one electrical angle rotation of the permanent magnet rotor 1 after starting, and inputs the two-phase excitation signal. Output line 3 by controlling the group on / off
Two-phase excitation AC voltage is output from 1, 32 and 33. Therefore, the two-phase exciting current supplied from the three-phase inverter 3 to the three-phase stator winding 2 causes six commutations per one electrical angle of the permanent magnet rotor 1 to generate the stator windings 21 and 22. , 23
Of each of the induced voltages is generated in a state in which the phases are equal to the output voltages of the output lines 31, 32, 33 of the three-phase inverter 3 corresponding to each of the induced voltages, and the permanent magnet rotor 1 is synchronized with the rotating magnetic field. Rotates. Then, the commutation control circuit 4 receives the rotation speed corresponding signal e 4 and the speed command e input from the outside.
5 is compared, the increase / decrease direction of the pulse width modulation is appropriately determined based on the sign of the comparison result, and the commutation control signal is output so as to gradually reduce the deviation between the rotation speed corresponding signal e 4 and the speed command e 5. Accordingly, the permanent magnet rotor 1 is accelerated to a predetermined rotation speed accordingly.

【0020】実験結果によれば、ロータの制振を行うた
めの初期励磁を達成するのに要した時間は、従来では
0.3秒かかったのに対し、本発明では0.1秒しかか
からず、また初期励磁を含めて同期モータ動作が終了す
るまでの時間は、従来では2.5秒かかったのに対し、
本発明ではたった0.3秒しかかからなかった。
According to the experimental results, the time required to achieve the initial excitation for damping the rotor was 0.3 seconds in the prior art, but only 0.1 seconds in the present invention. In addition, it took 2.5 seconds to complete the synchronous motor operation including initial excitation, compared to 2.5 seconds in the past.
The present invention took only 0.3 seconds.

【0021】本発明は、上記実施例に限定されるもので
はない。例えば、上記実施例では、マイクロコンピュー
タ6は、起動時から起動後の切替えに際して三相固定子
巻線2の誘導電圧の位相にインバータ3の出力電圧の位
相を進ませて合わせるため、ステップ切替えタイミング
を不連続に所要角度進めるように、インバータ駆動基準
信号m2 をステップ更新して転流制御回路4へ送信する
ようになっているが、これは必要的ではない。その理由
は、起動の初期は、確かに、固定子巻線21,22,2
3の各誘起電圧がそれぞれ対応する三相インバータ3の
出力線31,32,33の各出力電圧に対して約90°
位相が進んだ状態に回転磁界が発生するが、回転数が高
まると位相ずれが0°に近づくことが多くそうした場合
には位相合わせの必要はなく、位相合わせが必要なとき
は、回転数が高まっても位相ずれが20°〜30°位残
るような使用条件のときにのみ実施すれば足りる。また
本発明は、三相インバータ3として、パルス幅変調方式
のものでなく、振幅変調方式のものを採用し、これに伴
い、転流制御回路4のリミッタ回路41とパルス幅変調
部(PWM)42に変えて、電流制限回路と振幅変調部
(PAM)とを採用しても良い。また、回転位置検出回
路5は、誘起電圧を検出する構造のものではなく、永久
磁石回転子1の回転位置信号が検出できれば良く、特開
昭59−127591号の電動機の制御装置や特公昭5
8−25038号の無整流子電動機の回転子位置検出回
路に示される回転位置の検出方法を採用した構造のもの
でも良い。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, the microcomputer 6 advances the phase of the output voltage of the inverter 3 to match the phase of the induced voltage of the three-phase stator winding 2 at the time of switching from the start-up to the start-up. The inverter drive reference signal m 2 is step-updated and transmitted to the commutation control circuit 4 so as to discontinuously advance the required angle, but this is not necessary. The reason is that the stator windings 21, 22, 2 are certainly
The induced voltages of 3 correspond to the output voltages of the output lines 31, 32, and 33 of the three-phase inverter 3 corresponding to about 90 °, respectively.
A rotating magnetic field is generated in a phase advanced state, but when the number of rotations increases, the phase shift often approaches 0 °. In such a case, it is not necessary to perform phase adjustment. It suffices to carry out only under the use conditions in which the phase shift remains about 20 ° to 30 ° even if it increases. Further, the present invention adopts not the pulse width modulation type but the amplitude modulation type as the three-phase inverter 3, and accordingly, the limiter circuit 41 of the commutation control circuit 4 and the pulse width modulation unit (PWM) are adopted. Instead of 42, a current limiting circuit and an amplitude modulator (PAM) may be adopted. Further, the rotational position detection circuit 5 does not have a structure for detecting an induced voltage, and it is sufficient that the rotational position signal of the permanent magnet rotor 1 can be detected. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 59-127591 discloses a motor control device and JP-B-5.
It may have a structure adopting the rotational position detecting method shown in the rotor position detecting circuit of the non-commutator motor of No. 8-25038.

【0022】[0022]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明のセン
サレスブラシレスモータによれば、モータ起動時に三相
固定子巻線において、三相励磁信号と二相励磁信号とが
位相を三十度ずつ交番して進むように三相インバータが
直流を三相交流に変換しうるインバータ起動時駆動基準
信号を、マイクロコンピュータから転流制御回路へ出力
するように構成したので、永久磁石回転子が電気角十二
分の一回転する毎に、回転磁界をステップ角を三十度進
ませて永久磁石回転子を二相と三相の交番励磁により同
期モータ駆動することになり、従来のように、永久磁石
回転子が電気角六分の一回転する毎に、回転磁界をステ
ップ角を六十度進ませて永久磁石回転子を二相励磁によ
り同期モータ駆動する場合に比して、回転磁界が効率的
に機械エネルギーに変換されることに加えて、モータ起
動時に三相固定子巻線を三相励磁するときに永久磁石回
転子に発生する振動のために、三相固定子巻線の固定子
巻線に生起する誘起電圧(振動成分電圧)の両相の位相
が、互いに反転の関係となって振動成分電流について電
流の閉回路を構成しジュール熱となって消費し、振動エ
ネルギーが吸収され、その結果として、三相固定子巻線
が二−三相励磁されるときには、従来のように、閉回路
とはならない二相励磁のときに比べて、永久磁石回転子
の振動を機械的でなく電気的に大きく抑制することがで
き、上記実験結果のように、同期モータ動作時間を短縮
でき、永久磁石回転子の逆転現象が起こりづらくなり、
負荷が変動したり負荷イナーシャが大きい場合でも安定
した起動特性が得られる。
As described above, according to the sensorless brushless motor of the present invention, the three-phase excitation signal and the two-phase excitation signal have a phase of 30 degrees in the three-phase stator winding when the motor is started. Since the three-phase inverter is configured to output a drive reference signal at the time of starting the inverter that can convert direct current to three-phase alternating current from the microcomputer to the commutation control circuit, the permanent magnet rotor can generate an electrical angle. Each time it rotates one-twelfth, the step angle of the rotating magnetic field is advanced by 30 degrees to drive the permanent magnet rotor synchronously by two-phase and three-phase alternating excitation. The rotating magnetic field is more efficient than when the permanent magnet rotor is driven synchronously by two-phase excitation by advancing the rotating magnetic field by a step angle of 60 degrees each time the magnet rotor rotates one sixth electrical angle. Mechanical energy In addition to being converted, it occurs in the stator windings of the three-phase stator winding due to the vibrations that occur in the permanent magnet rotor when three-phase exciting the three-phase stator windings at motor startup. The phases of both phases of the induced voltage (vibration component voltage) are in an inverse relationship with each other to form a closed circuit of the vibration component current, which is consumed as Joule heat, and the vibration energy is absorbed. As a result, When the three-phase stator winding is excited by two-three-phase, the vibration of the permanent magnet rotor is electrically rather than mechanically increased as compared with the conventional two-phase excitation that does not form a closed circuit. It can be suppressed, the synchronous motor operating time can be shortened, and the reverse rotation phenomenon of the permanent magnet rotor is less likely to occur, as in the above experimental results,
Stable starting characteristics can be obtained even when the load fluctuates or the load inertia is large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(a)は本発明の実施例のセンサレスブラシレ
スモータのブロック回路、(b)は起動時の三相励磁の
ときに振動成分電圧の閉回路が生ずることを説明する
図。
FIG. 1A is a block circuit of a sensorless brushless motor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a diagram illustrating that a closed circuit of a vibration component voltage is generated during three-phase excitation at startup.

【図2】(a)は、三相インバータの六個のトランジス
タ群がインバータ起動時駆動基準信号に基づいて作動す
るオン・オフのパターン列を示すファンクションテーブ
ルであり、(b)は、インバータ起動時駆動基準信号に
基づいて、三相インバータが二−三相励磁駆動するとき
の電流ベクトルの向きを示す図。
FIG. 2A is a function table showing an ON / OFF pattern sequence in which six transistor groups of a three-phase inverter operate based on a drive reference signal at the time of inverter startup, and FIG. The figure which shows the direction of a current vector when a three-phase inverter carries out a two-three-phase excitation drive based on a time drive reference signal.

【図3】(a)は、三相インバータの六個のトランジス
タ群がインバータ駆動基準信号に基づいて作動するオン
・オフのパターン列を示すファンクションテーブルであ
り、(b)は、インバータ起動時駆動基準信号に基づい
て、三相インバータが二相励磁駆動するときの電流ベク
トルの向きを示す図。
FIG. 3A is a function table showing an ON / OFF pattern sequence in which six transistor groups of a three-phase inverter operate based on an inverter drive reference signal, and FIG. The figure which shows the direction of a current vector when a three-phase inverter carries out a two-phase excitation drive based on a reference signal.

【図4】本発明の実施例のセンサレスブラシレスモータ
のブロック回路のタイミングチャート。
FIG. 4 is a timing chart of the block circuit of the sensorless brushless motor according to the embodiment of the invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ・・・永久磁石回転子、 2 ・・・三相固定子巻線、 3 ・・・三相インバータ、 31 ・・・電圧出力線、 32 ・・・電圧出力線、 33 ・・・電圧出力線、 4 ・・・転流制御回路、 41 ・・・リミッタ回路、 5 ・・・回転位置検出回路、 5a ・・・三相抵抗回路、 5b ・・・差動増幅器、 6 ・・・マイクロコンピュータ、 61 ・・・ROM、 m1 ・・・インバータ起動時駆動基準信号、 m2 ・・・インバータ駆動基準信号、 7 ・・・直流電源、 e3 ・・・回転位置信号、 e6 ・・・転流制御信号、1 ... Permanent magnet rotor, 2 ... Three-phase stator winding, 3 ... Three-phase inverter, 31 ... Voltage output line, 32 ... Voltage output line, 33 ... Voltage output Lines, 4 ... Commutation control circuit, 41 ... Limiter circuit, 5 ... Rotation position detection circuit, 5a ... Three-phase resistance circuit, 5b ... Differential amplifier, 6 ... Microcomputer , 61 ... ROM, m 1 ... inverter startup drive reference signals, m 2 ... inverter drive reference signal, 7 ... DC power source, e 3 ... rotational position signal, e 6 ... Commutation control signal,

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 永久磁石回転子と、三相固定子巻線と、
直流電源から給電されて転流制御信号によりトランジス
タ群を所要にオン・オフ制御して出力線に交流電圧を出
力して三相固定子巻線の転流を制御する三相インバータ
と、前記三相インバータへ転流制御信号を出力する転流
制御回路と、前記三相固定子巻線の誘起電圧を検出して
永久磁石回転子の回転位置に応じた回転位置信号を出力
する回転位置検出回路と、前記回転位置検出回路と前記
転流制御回路の間に介設されたマイクロコンピュータと
を備え、前記マイクロコンピュータは、前記三相インバ
ータの出力が三相励磁信号と二相励磁信号とが位相を三
十度ずつ順に進んで交番し出力するように対応する十二
種類のパターン列であるインバータ起動時駆動基準信号
と、前記三相インバータの出力が二相励磁信号が位相を
六十度ずつ順に進んで出力するように対応する六種類の
パターン列であるインバータ駆動基準信号とが、内部の
ROMに書き込まれていて、起動時に前記インバータ起
動時駆動基準信号をリードしてパターン繰り返し周期を
所定短周期になるまで漸次速めていくように転流制御回
路へ繰り返し送信し、起動後は、回転位置信号を入力し
てパターン繰り返し周期を一周期毎に所要に演算してイ
ンバータ駆動基準信号を繰り返し送信するようになって
いることを特徴とするセンサレスブラシレスモータ。
1. A permanent magnet rotor, a three-phase stator winding,
A three-phase inverter that is fed from a DC power source and controls on / off of a transistor group by a commutation control signal to output an AC voltage to an output line to control commutation of a three-phase stator winding; A commutation control circuit that outputs a commutation control signal to a three-phase inverter, and a rotation position detection circuit that detects an induced voltage in the three-phase stator winding and outputs a rotation position signal according to the rotation position of the permanent magnet rotor. And a microcomputer provided between the rotational position detection circuit and the commutation control circuit, wherein the three-phase inverter outputs a three-phase excitation signal and a two-phase excitation signal in phase. In this case, the drive reference signal at the time of starting the inverter, which is a pattern sequence of twelve kinds corresponding to the sequence of alternating output by 30 degrees, and the output of the three-phase inverter, the phase of the two-phase excitation signal is 60 degrees each. Progress in order Inverter drive reference signals, which are six types of corresponding pattern strings to be output by, are written in the internal ROM, and the inverter start-up drive reference signal is read at the time of start-up to set the pattern repetition period to a predetermined short period. It is repeatedly transmitted to the commutation control circuit so that the speed is gradually increased, and after activation, the rotational position signal is input, the pattern repetition period is calculated as required for each cycle, and the inverter drive reference signal is repeatedly transmitted. A sensorless brushless motor characterized by the following.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012125147A (en) * 2012-02-20 2012-06-28 Daikin Ind Ltd Motor drive control device

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