JPH0956193A - Apparatus for detecting magnetic pole position during stoppage of sensorless brushless dc motor - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable reliable and stable actuation and reduce the time required until the normal rotation is realized from the start of rotation by forming non- magnetic material layers at the predetermined angle section on the external surface of the rotor. SOLUTION: A rotor 3 is formed in a four poles system comprising a couple of permanent magnets having the mechanical positional deviation of 90 degrees with each other and a non-magnetic material layer 6 is formed, by adhering, for example, a thinner conductive non-magnetic material such as a thinner layer of aluminum or copper foil to the external cicumferential surface of the rotor 3, using a bonding agent, for the predetermined angle section (for example, the range of electrical angle of 80 to 100 deg.) toward the normal rotating direction from the intermediate part of the N and S poles of the rotator 3 itself and for the same angle section as that of the normal rotating direction toward the reverse rotating direction of the rotor 3. A high frequency current is applied to a stator coil to generate an eddy current to the non-magnetic material layer and the magnetic pole position of the rotor is assumed on the basis of this information. Thereby, if the rotor stops, position of the rotor can be detected.

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、回転子を永久磁石で構
成し、固定子巻線に印加される電圧，電流の位相を制御
して回転トルクを得るようにしたブラシレスＤＣモータ
に係わり、その目的とするところは、特に、回転子の磁
極位置検出をホール素子等の磁極位置検出用センサを使
用することなく、ブラシレスＤＣモータの停止時におけ
る回転子の磁極位置検出を行って、ブラシレスＤＣモー
タを円滑に起動させるに最適なセンサレスブラシレスＤ
Ｃモータの停止時における回転子の磁極位置検出装置に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a brushless DC motor in which a rotor is composed of a permanent magnet, and a rotational torque is obtained by controlling the phases of voltage and current applied to a stator winding. In particular, the purpose is to detect the magnetic pole position of the rotor without using a magnetic pole position detection sensor such as a Hall element for detecting the magnetic pole position of the rotor, and to detect the magnetic pole position of the rotor when the brushless DC motor is stopped, and Sensorless brushless D that is ideal for smoothly starting the motor
The present invention relates to a rotor magnetic pole position detection device when a C motor is stopped.

【０００２】[0002]

【従来の技術】今日、ルームエアコンやＯＡ機器をはじ
め幅広い分野でブラシレスＤＣモータが多数使用されて
いる。このブラシレスＤＣモータ（以下、単にＤＣモー
タという）は、理論的に２次銅損が少なく、しかも、制
御特性が良好であるため、その使用範囲は今日拡大の一
途をたどっている。しかし、前記ＤＣモータは従来の直
流電動機が機械的に転流を行うのに対し、電気的なスイ
ッチを利用して転流を行い、同期電動機を駆動する方式
が一般に採用されている。2. Description of the Related Art Today, many brushless DC motors are used in a wide range of fields including room air conditioners and office automation equipment. This brushless DC motor (hereinafter, simply referred to as a DC motor) theoretically has a small secondary copper loss and has good control characteristics, and therefore its range of use is expanding all the time. However, in the DC motor, a conventional DC motor mechanically performs commutation, whereas an electric switch is used to perform commutation to drive a synchronous motor.

【０００３】従って、前記ＤＣモータを駆動するには回
転子の磁極位置を検出するためのセンサが不可欠とな
る。前記センサとしては一般にホール素子とか光素子、
あるいはエンコーダ，レゾルバ等の位置検出器が用いら
れている。このため、ＤＣモータの停止時でも、回転子
の磁極位置検出が容易にでき、ＤＣモータの起動時、回
転子の磁極位置に応じて電流を供給する固定子巻線の相
が決められ、ＤＣモータの起動を正常に行うことができ
る反面、前記センサの利用はＤＣモータの小形化を妨げ
る要因となるばかりでなく、センサからの信号を制御装
置に伝える信号線を必要とする結果、ＤＣモータの製造
コスト，小形軽量化，信頼性等について問題があった。Therefore, a sensor for detecting the magnetic pole position of the rotor is indispensable for driving the DC motor. The sensor is generally a Hall element or an optical element,
Alternatively, position detectors such as encoders and resolvers are used. Therefore, the magnetic pole position of the rotor can be easily detected even when the DC motor is stopped, and when the DC motor is started, the phase of the stator winding that supplies the current is determined according to the magnetic pole position of the rotor. Although the motor can be normally started, the use of the sensor not only hinders the downsizing of the DC motor, but also requires a signal line for transmitting a signal from the sensor to the control device. There were problems with manufacturing cost, miniaturization and weight reduction, reliability, etc.

【０００４】一方、最近では前記ＤＣモータの小形化，
コストダウン等をはかるうえから、回転子の磁極位置を
検出するセンサを特別に設けることなく、即ち、センサ
を必要としないセンサレスブラシレスＤＣモータが使用
されている。このセンサレスブラシレスＤＣモータはそ
の回転停止時、回転子の磁極位置が分らないので、先
ず、適当な相に電流を供給して回転子を起動させ、固定
子巻線に生ずる誘起電圧（端子電圧）に基づいて、固定
子巻線の複数相の巻線への通電を順次切換えるように構
成されている。On the other hand, recently, miniaturization of the DC motor
From the standpoint of cost reduction and the like, a sensorless brushless DC motor is used without specially providing a sensor for detecting the magnetic pole position of the rotor, that is, a sensorless brushless DC motor is used. Since this sensorless brushless DC motor does not know the magnetic pole position of the rotor when its rotation is stopped, first, a current is supplied to an appropriate phase to start the rotor and an induced voltage (terminal voltage) generated in the stator winding. On the basis of the above, the energization of the windings of the stator windings of a plurality of phases is sequentially switched.

【０００５】即ち、前記のセンサレスブラシレスＤＣモ
ータは、例えば、複数相の巻線を巻装した固定子と、永
久磁石からなる回転子と、固定子巻線に誘起する電圧を
検出する誘起電圧検出回路と、前記固定子巻線への通電
を制御する通電制御回路とを備え、誘起電圧検出回路か
らの検出出力に基づいて、通電制御回路を制御するよう
に構成していた。そして、固定子及び回転子の相対位置
と固定子巻線からの誘起電圧とは、ともに無関係な起動
用相切換信号（ステップ信号）を、前記通電制御回路又
はその外部の制御回路で作り、この相切換信号に基づい
て複数相の固定子巻線に通電を行って、ランダムな値及
び方向の起動トルクを以て、センサレスブラシレスＤＣ
モータの起動を行うようにしていた。That is, the sensorless brushless DC motor described above is, for example, a stator wound with windings of a plurality of phases, a rotor composed of a permanent magnet, and an induced voltage detection for detecting a voltage induced in the stator winding. A circuit and an energization control circuit that controls energization to the stator winding are provided, and the energization control circuit is controlled based on the detection output from the induced voltage detection circuit. The relative position of the stator and the rotor and the induced voltage from the stator winding are independent of each other, and a starting phase switching signal (step signal) is generated by the energization control circuit or the external control circuit. Energizing the stator windings of a plurality of phases based on the phase switching signal to generate a sensorless brushless DC with a starting torque of random values and directions.
I was trying to start the motor.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】然るに、前記のセンサ
レスブラシレスＤＣモータの起動方式では、固定子と回
転子の相対位置と誘起電圧とはともに無関係に、起動用
相切換信号を通電制御回路又はその外部の回路で作り、
この相切換信号に基づいて、固定子巻線の複数相に通電
を行い、ランダムな値及び方向の起動トルクを以て、セ
ンサレスブラシレスＤＣモータを起動させていたので、
起動時から正常回転時における固定子巻線からの誘起電
圧に基づく相切換状態に移行する点において、センサレ
スブラシレスＤＣモータのトルクが十分な大きさである
とは限らないため、最悪の場合、起動時に回転子の停止
状態を保つような電流が固定子巻線に流れ、センサレス
ブラシレスＤＣモータ自体の起動ができなくなったり、
あるいは、振動的なバックラッシュ（回転子の逆回転）
現象を誘発したりすることがあり、この結果、回転子の
磁極位置によっては、その起動を迅速・確実に行えない
という問題があった。However, in the above-described sensorless brushless DC motor starting method, the starting phase switching signal is supplied to the energization control circuit or the same regardless of the relative position of the stator and the rotor and the induced voltage. Made with an external circuit,
On the basis of this phase switching signal, the plural phases of the stator winding are energized, and the sensorless brushless DC motor is started with the starting torque of random values and directions.
In the worst case, the torque of the sensorless brushless DC motor is not sufficiently large at the point of shifting to the phase switching state based on the induced voltage from the stator winding during the normal rotation. At times, a current that keeps the rotor stopped flows through the stator windings, which makes it impossible to start the sensorless brushless DC motor itself.
Or oscillatory backlash (reverse rotation of rotor)
This may cause a phenomenon, and as a result, depending on the magnetic pole position of the rotor, there is a problem that it cannot be started quickly and reliably.

【０００７】又、前記回転子にバックラッシュ現象が生
じた場合、回転子は一旦逆回転方向に回転した後、固定
子巻線に生じる誘起電圧に基づいて回転子の磁極位置検
出を行ってから、改めて回転子自体を正回転方向に起動
するようにしていたので、回転子の起動から定常回転ま
での始動シーケンスが複雑になるばかりか、前記定常回
転までの時間が不安定、即ち、安定した起動が行えず正
常な定常回転までに時間を要するという問題があった。When the backlash phenomenon occurs in the rotor, the rotor rotates once in the reverse rotation direction, and then the magnetic pole position of the rotor is detected based on the induced voltage generated in the stator winding. Since the rotor itself was started in the forward rotation direction again, not only the starting sequence from the start of the rotor to the steady rotation becomes complicated, but also the time until the steady rotation is unstable, that is, stable. There was a problem that it could not be started and it took time for normal steady rotation.

【０００８】更に、センサレスブラシレスＤＣモータの
回転子の磁極位置が正確に検出されていないにもかかわ
らず、固定子巻線の適当な相に電流を通電して起動トル
クを発生させ、これにより回転子を起動させていたの
で、センサレスブラシレスＤＣモータはその回転子の磁
極位置によっては、前記起動トルクが十分に得られない
ばかりか、逆に、不要なトルクによって騒音や振動が発
生するという問題もあった。Further, even though the magnetic pole position of the rotor of the sensorless brushless DC motor is not accurately detected, a current is supplied to an appropriate phase of the stator winding to generate a starting torque, which causes rotation. Since the child is started, the sensorless brushless DC motor not only cannot obtain the starting torque sufficiently depending on the magnetic pole position of the rotor, but on the contrary, causes noise and vibration due to unnecessary torque. there were.

【０００９】本発明は、前記の種々な問題点に鑑み、確
実で安定した起動を可能とし、かつ、起動時から正常回
転時までの時間短縮がはかれるように簡素に構成した、
回転停止時におけるセンサレスブラシレスＤＣモータの
回転子の磁極検出装置を提供することにある。In view of the above-mentioned various problems, the present invention is configured simply so as to enable a reliable and stable start, and to shorten the time from the start to the normal rotation.
An object is to provide a magnetic pole detection device for a rotor of a sensorless brushless DC motor when rotation is stopped.

【００１０】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するために、請求項１の発明においては、センサレ
スブラシレスＤＣモータに用いる永久磁石にて構成した
回転子（例えば、４極）の外表面に、該回転子のＮ極と
Ｓ極とを区分する極間から、前記回転子の正回転方向に
向って所定の角度区間（例えば、電気角８０〜１００
°）、又、回転子の逆回転方向に向って前記正回転方向
側と同様の角度区間にまたがって、導電性の非磁性材料
からなる非磁性体層を形成する。そして、前記センサレ
スブラシレスＤＣモータの固定子巻線の各相に高周波電
圧を印加したとき、前記回転子と固定子との間を鎖交す
る磁束によって、前記回転子の非磁性体層が存在する部
位において、渦電流が発生する手段を具備して回転子を
構成したことを特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a rotor (for example, 4 poles) constituted by a permanent magnet used in a sensorless brushless DC motor in the invention of claim 1. On the outer surface of the rotor from a pole that separates the north pole and the south pole of the rotor toward a positive rotation direction of the rotor in a predetermined angle section (for example, an electrical angle of 80 to 100).
)), And a non-magnetic layer made of a conductive non-magnetic material is formed over the same angle section as the forward rotation direction side in the reverse rotation direction of the rotor. When a high frequency voltage is applied to each phase of the stator winding of the sensorless brushless DC motor, the non-magnetic layer of the rotor exists due to the magnetic flux that links between the rotor and the stator. It is characterized in that the rotor is constituted by providing a means for generating an eddy current in the portion.

【００１１】請求項２の発明においては、前記非磁性体
層を形成する部材として、アルミニウムとか銅等からな
る箔状の導電性非磁性材料を使用し、又、これらアルミ
ニウム等の導電性非磁性材料を用いて非磁性体層を形成
するには、例えば、アルミニウム箔を接着剤にて貼付し
たり、あるいは、導電性非磁性材料の粉末を回転子の非
磁性体層の位置で焼付けたり、更には、銅箔等の非磁性
材料を回転子外周の所定位置に接着シートを介して貼付
するか、印刷，塗装する等して非磁性体層を設け、この
あと、前記銅箔等の非磁性材料の不要部分を腐食液によ
り排除する等して、回転子の所定位置に導電性の非磁性
体層を形成したことを特徴とする。According to the second aspect of the present invention, a foil-shaped conductive non-magnetic material such as aluminum or copper is used as the member forming the non-magnetic layer, and the conductive non-magnetic material such as aluminum is used. To form a non-magnetic layer using a material, for example, aluminum foil is attached with an adhesive, or conductive non-magnetic material powder is baked at the position of the non-magnetic layer of the rotor, Further, a non-magnetic material such as copper foil is attached to a predetermined position on the outer circumference of the rotor through an adhesive sheet, or a non-magnetic material layer is provided by printing, painting, etc. It is characterized in that a conductive nonmagnetic layer is formed at a predetermined position of the rotor by removing unnecessary portions of the magnetic material with a corrosive liquid.

【００１２】請求項３の発明においては、センサレスブ
ラシレスＤＣモータの起動時、該モータの回転子が回転
しないとき、例えば、固定子巻線の各相にデューティ比
５０％の高周波電圧を印加したとき、回転子に形成した
非磁性体層の存在により、回転子と固定子との間で鎖交
する磁束により生じる渦電流を流す手段と、前記渦電流
によって、前記各相固定子巻線のインピーダンスが変化
するため、まず、高周波電圧を前記固定子巻線の各相間
に印加し、これにより、各相の固定子巻線間に回転子の
磁極位置に応じて異って流れる高周波電流を検出する電
流検出手段と、前記高周波電流を３相−２相変換して得
られた電流情報を演算処理する電流演算処理手段と、こ
の電流演算処理手段からの出力値を用いて推定された回
転子位置情報（信号）を演算処理する回転子位置推定演
算手段とを備え、この回転子位置推定手段にて推定され
た回転子位置情報をインバータ回路に送出し、該インバ
ータ回路を駆動制御するようにしたことを特徴とする。According to the third aspect of the present invention, when the sensorless brushless DC motor is started, the rotor of the motor does not rotate, for example, when a high frequency voltage with a duty ratio of 50% is applied to each phase of the stator winding. A means for passing an eddy current generated by a magnetic flux interlinking between the rotor and the stator due to the presence of the non-magnetic layer formed on the rotor, and an impedance of each phase stator winding by the eddy current. Therefore, a high-frequency voltage is first applied between each phase of the stator winding, and this detects a high-frequency current that flows between the stator windings of each phase depending on the magnetic pole position of the rotor. Current detection means, current calculation processing means for calculating current information obtained by converting the high-frequency current into three-phase to two-phase, and a rotor estimated using an output value from the current calculation processing means. Location information ) For calculating the rotor position, and the rotor position information estimated by the rotor position estimating means is sent to the inverter circuit to drive and control the inverter circuit. And

【００１３】[0013]

【作用】本発明は、センサレスブラシレスＤＣモータの
起動時、従前のように回転子を適当に起動させることに
よって得られる誘起電圧に基づいて回転子の磁極位置を
検出する場合と全く異なり、回転子を全く回転させるこ
となく、推定された回転子位置情報を生成し、この回転
子位置情報に基づいて回転子が停止しているときでも、
回転子の磁極位置が検出可能となるため、センサレスブ
ラシレスＤＣモータは回転子が停止している状態でも最
適通電位置で通電を開始し得るので、高トルク及び高効
率で起動させることができる。The present invention is completely different from the conventional case where the magnetic pole position of the rotor is detected based on the induced voltage obtained by appropriately starting the rotor when the sensorless brushless DC motor is started. Generates estimated rotor position information without rotating at all, and even when the rotor is stopped based on this rotor position information,
Since the magnetic pole position of the rotor can be detected, the sensorless brushless DC motor can start energization at the optimum energization position even when the rotor is stopped, so that it can be started with high torque and high efficiency.

【００１４】前記のように、センサレスブラシレスＤＣ
モータは、高トルク及び高効率で運転可能な最適通電位
置で、回転子が停止している状態での固定子巻線への通
電が行えるため、回転子がその起動時不意に逆回転した
り、不要なトルクによって騒音や振動を発生させるよう
なことは全くなく、円滑に起動運転を行うことができ利
便である。As described above, the sensorless brushless DC
Since the motor can energize the stator windings when the rotor is stopped at the optimal energization position that allows high torque and high efficiency operation, the rotor may unexpectedly rotate in reverse when it starts. Moreover, there is no possibility of generating noise or vibration due to unnecessary torque, and the startup operation can be smoothly performed, which is convenient.

【００１５】[0015]

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし７によっ
て説明する。図１は本発明の実施例の全体的な構成を概
略的に示す構成図である。図１において、１はセンサレ
スブラシレスＤＣモータ（以下、ブラシレスモータとい
う）で、星形結線を行った三相の固定子巻線２ｕ，２
ｖ，２ｗを有する図示しない固定子及び永久磁石からな
る回転子３によって構成されている。４は直流電源を示
し、インバータ回路５が接続されている。そして、前記
インバータ回路５は６個のトランジスタＱ₁ 〜Ｑ₆ を、
それぞれ２個づつ直流電源４に直列接続した直列回路を
三相分設けて構成したもので、Ｕ相用としてトランジス
タＱ₁ とＱ₂ 、Ｖ相用としてトランジスタＱ₃ とＱ₄ 、
Ｗ相用としてトランジスタＱ₅ とＱ₆ が設けられてお
り、更に、前記各相のトランジスタＱ₁ 〜Ｑ₆ には、逆
起電力回生用のダイオードＤ₁ 〜Ｄ₆ が各トランジスタ
Ｑ₁ 〜Ｑ₆ に対して並列接続されている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing the overall configuration of an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a sensorless brushless DC motor (hereinafter referred to as a brushless motor), which is a three-phase stator winding 2u, 2 which is star-connected.
The rotor 3 is composed of a stator (not shown) having v and 2w and a permanent magnet. Reference numeral 4 denotes a DC power supply, to which an inverter circuit 5 is connected. Then, the inverter circuit 5 is six transistors Q ₁ to Q _6,
Which was in two at a time the DC power source 4, respectively a series circuit connected in series configured by providing three phases, the transistors Q ₃ and Q ₄ as transistor Q _1, Q _2, V-phase for the U-phase,
W transistor Q ₅ and Q ₆ are provided for the phase, further, the transistor Q ₁ to Q ₆ of the respective phases, the diode D ₁ to D ₆ are each transistors Q ₁ to Q for the counter electromotive force regeneration ₆ connected in parallel.

【００１６】又、前記インバータ回路５は、トランジス
タＱ₁ ，Ｑ₂ の相互接続点にＵ相の固定子巻線２ｕの非
結線端が、トランジスタＱ₃ ，Ｑ₄ の相互接続点にはＶ
相の固定子巻線２ｖの非結線端が、更に、トランジスタ
Ｑ₅ ，Ｑ₆ の相互接続点にＷ相の固定子巻線２ｗの非結
線端がそれぞれ接続されている。そして、前記各トラン
ジスタＱ₁ 〜Ｑ₆ の各接続点からは、前記トランジスタ
Ｑ₁ 〜Ｑ₆ を適時オン，オフ信号により駆動させて、直
流電力を３相交流電力に変換し、これを星形結線した固
定子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗと永久磁石形の回転子３とか
らなる３相のブラシレスモータ１の前記固定子巻線２
ｕ，２ｖ，２ｗの各相に送出してブラシレスモータ１を
駆動させる。[0016] Also, the inverter circuit 5, the transistors Q _1, unconnected ends of the stator windings 2u of U-phase to the interconnection point Q ₂ 'is the interconnection point of the transistor Q _3, Q ₄ is V
Unconnected end of the stator winding 2v phases, further, the transistor Q _5, Q unconnected end of the stator winding 2w of the W-phase to the interconnection point ₆ are respectively connected. Then, said from the connection point of the transistors Q ₁ to Q _6, the transistors Q ₁ to Q ₆ timely on, is driven by the OFF signal, converts the DC power into three-phase AC power, the star of this The stator winding 2 of the three-phase brushless motor 1 including the connected stator windings 2u, 2v, 2w and the permanent magnet type rotor 3
The brushless motor 1 is driven by sending to each phase of u, 2v, and 2w.

【００１７】次にブラシレスモータ１の回転子３の構成
について説明する。本発明の実施例に用いられる回転子
３は、４極式においては２つの永久磁石（Ｎ極とＳ極）
が、互いに９０°の機械的な位置ずれをもって形成され
ており、かつ、回転子３の表面（外周面）には、図２で
示すように、回転子３自体のＮ極とＳ極との極間から正
回転方向に向って所定の角度区間（例えば、電気角８０
〜１００°の範囲）、及び回転子３の逆回転方向に向っ
て前記正回転方向と同様の角度区間にまたがって、例え
ば、アルミニウムとか銅箔等薄葉の導電性非磁性材料
を、接着剤を用いて貼着することにより、非磁性体層６
が形成されている。Next, the structure of the rotor 3 of the brushless motor 1 will be described. The rotor 3 used in the embodiment of the present invention has two permanent magnets (N pole and S pole) in the 4-pole type.
Are formed with a mechanical displacement of 90 ° from each other, and the surface (outer peripheral surface) of the rotor 3 has a north pole and a south pole of the rotor 3 itself, as shown in FIG. A predetermined angle section (for example, an electrical angle of 80
˜100 °) and a reverse rotation direction of the rotor 3 over the same angular section as the forward rotation direction, for example, a thin non-conductive conductive non-magnetic material such as aluminum or copper foil is used as an adhesive. The non-magnetic layer 6 is attached by using
Are formed.

【００１８】８は、例えば、変流器ＣＴを直流電源４と
インバータ回路５との間に設置することにより構成した
電流検出回路である。この電流検出回路は、インバータ
回路５のトランジスタＱ₅ ，Ｑ₆ をオフ，Ｑ₁ ，Ｑ₄ と
Ｑ₂ ，Ｑ₃ をデューティ比５０％で交互にオン，オフを
繰り返した時（以下ｕ−ｖ通電という）には、ブラシレ
スモータ１の固定子巻線２ｕ，２ｖに流れる高周波電流
の電流値ｉｕｖを検出するものであり、又、前記トラン
ジスタＱ₁ ，Ｑ₂ をオフ，Ｑ₃ ，Ｑ₆ とＱ₄ ，Ｑ₅ をデ
ューティ比５０％で交互にオン，オフを繰り返した時
（以下ｖ−ｗ通電という）には、前記巻線２ｖ，２ｗに
流れる高周波電流の電流値ｉｖｗを検出するものであ
り、更に、前記トランジスタＱ₃ ，Ｑ₄ をオフ，Ｑ₁ ，
Ｑ₆ とＱ₂ ，Ｑ₅ をデューティ比５０％で交互にオン，
オフを繰り返した時（以下ｗ−ｕ通電という）には、前
記巻線２ｗ，２ｕに流れる高周波電流の電流値ｉｗｕを
検出するものである。Reference numeral 8 is a current detection circuit constituted by installing a current transformer CT between the DC power source 4 and the inverter circuit 5, for example. The current detection circuit, the transistors Q _5, Q ₆ off the inverter circuit 5, Q _1, Q ₄ and Q _2, are alternately turned on at a 50% duty ratio Q _3, when repeated off (hereinafter u-v The current value iuv of the high-frequency current flowing through the stator windings 2u, 2v of the brushless motor 1 is detected in the current-carrying), and the transistors Q ₁ , Q ₂ are turned off, Q ₃ , Q ₆ are detected. Q _4, on a Q ₅ alternately with 50% duty ratio, when the repeated off (hereinafter referred to as v-w energization) is for detecting a current value ivw of a high-frequency current flowing through the winding 2v, the 2w There, further, the transistor Q _3, Q ₄ off, Q _1,
Q ₆ and Q _2, Q ₅ ON alternately with 50% duty ratio,
When it is repeatedly turned off (hereinafter referred to as wu energization), the current value iwu of the high frequency current flowing through the windings 2w and 2u is detected.

【００１９】９は前記電流検出回路８の出力端に接続さ
れて、電流検出回路８にて検出した高周波電流の電流値
ｉｕｖ，ｉｖｗ，ｉｗｕを、後述するマイクロコンピュ
ータ１０から出力されるセット信号によって変化する電
流値ｉｕｖｐ- ｐ，ｉｖｗｐ- ｐ，ｉｗｕｐ- ｐに変換
して保持する電流値保持回路、即ち、電流検出回路８か
ら入力される電流値を、マイクロコンピュータ１０から
出力されるセット信号を利用して、前記高周波電流の電
流値の最高値と最低値との差に相当する電流値に変換
し、これを保持した状態で順次マイクロコンピュータ１
０に送出する。Reference numeral 9 is connected to the output end of the current detection circuit 8 and outputs the current values iuv, ivw, iwu of the high frequency current detected by the current detection circuit 8 by a set signal output from a microcomputer 10 described later. A current value holding circuit that converts and holds changing current values iuvp-p, ivwp-p, and iwup-p, that is, a current value input from the current detection circuit 8 and a set signal output from the microcomputer 10 The high-frequency current is converted into a current value corresponding to the difference between the maximum value and the minimum value of the high-frequency current, and the microcomputer 1 is sequentially held with the current value held.
Send to 0.

【００２０】前記マイクロコンピュータ１０（例えば、
１６〜３２ビットの１チップマイクロコンピュータ、あ
るいは、デジタルシグナルプロセッサ（通称・ＤＳ
Ｐ））には、前記電流値保持回路９から入力される３相
の電流値ｉｕｖｐ- ｐ，ｉｖｗｐ- ｐ，ｉｗｕｐ- ｐに
基づいて、次の処理を行う手段（プログラム）が概略具
備されている。即ち、（１）、電流値保持回路９から入
力される３相の電流値ｉｕｖｐ- ｐ，ｉｖｗｐ- ｐ，ｉ
ｗｕｐ- ｐをアナログ信号からデジタル信号に変換する
手段、（２）、前記デジタル信号に変換された３相の信
号を２相の信号に変換するための３相−２相電流変換手
段、（３）、前記２相の信号に基づいて、ブラシレスモ
ータ１の停止時、回転子３の磁極位置を推定演算する回
転子位置推定演算手段、（４）、回転子位置推定情報に
基づいて、周知のパワートランジスタ駆動回路１１を駆
動させる信号を出力する手段、（５）、電圧波形のデュ
ーティ比５０％の高周波電圧と、ブラシレスモータ１を
駆動させる交流電力をインバータ回路５から出力させる
手段、である。The microcomputer 10 (for example,
16- to 32-bit 1-chip microcomputer or digital signal processor (commonly called DS
P)) is roughly equipped with means (program) for performing the following processing based on the three-phase current values iuvp-p, ivwp-p, iwup-p input from the current value holding circuit 9. There is. That is, (1), three-phase current values iuvp-p, ivwp-p, i input from the current value holding circuit 9
means for converting wup-p from an analog signal to a digital signal, (2), three-phase to two-phase current converting means for converting the three-phase signal converted to the digital signal into a two-phase signal, (3 ), Rotor position estimation calculation means for estimating and calculating the magnetic pole position of the rotor 3 when the brushless motor 1 is stopped based on the two-phase signals, (4), based on rotor position estimation information A means for outputting a signal for driving the power transistor drive circuit 11, (5), a means for causing the inverter circuit 5 to output a high frequency voltage having a duty ratio of 50% of a voltage waveform and AC power for driving the brushless motor 1.

【００２１】つづいて、前記電流値保持回路９からマイ
クロコンピュータ１０に送出される高周波電流の電流値
ｉｕｖｐ- ｐ，ｉｖｗｐ- ｐ，ｉｗｕｐ- ｐに基づい
て、前記マイクロコンピュータ１０が処理する内容につ
いて説明する。先ず、電流値保持回路９からマイクロコ
ンピュータ１０に入力される前記３相の電流値ｉｕｖｐ
- ｐ，ｉｖｗｐ- ｐ，ｉｗｕｐ- ｐは、アナログ量であ
るため、これをマイクロコンピュータ１０に格納された
アナログ−デジタル変換手段によって、デジタル量に変
換する。これは、前記電流値ｉｕｖｐ- ｐ，ｉｖｗｐ-
ｐ，ｉｗｕｐ- ｐをアナログ量のままでコンピュータ処
理を行うと、処理速度の遅延と処理精度の低下を招くた
め、これを未然に回避する関係上デジタル量に変換する
ものである。そして、前記デジタル信号に変換された３
相の信号は、次に示す３相−２相電流変換手段に出力さ
れる。Next, the contents processed by the microcomputer 10 on the basis of the current values iuvp-p, ivwp-p, iwup-p of the high frequency current sent from the current value holding circuit 9 to the microcomputer 10 will be described. To do. First, the three-phase current values iuvp input from the current value holding circuit 9 to the microcomputer 10.
Since -p, ivwp-p, and iwup-p are analog quantities, they are converted into digital quantities by the analog-digital conversion means stored in the microcomputer 10. This is the current value iuvp-p, ivwp-
If p and iwup-p are subjected to computer processing with analog amounts, the processing speed is delayed and the processing accuracy is lowered. Therefore, it is converted into a digital amount in order to avoid this. And 3 converted into the digital signal
The phase signal is output to the following three-phase / two-phase current conversion means.

【００２２】前記３相−２相電流変換手段は、前記３相
の信号を、出力ｉα，ｉβで表示される２相の信号に変
換するもので、即ち、前記３相の電流値として電流値保
持回路９から出力される３相の電流値ｉｕｖｐ- ｐ，ｉ
ｖｗｐ- ｐ，ｉｗｕｐ- ｐをThe three-phase / two-phase current conversion means converts the three-phase signals into two-phase signals represented by the outputs iα and iβ, that is, the current value as the three-phase current value. Three-phase current value iuvp-p, i output from the holding circuit 9
vwp-p, iwup-p

【数１】で示す（１）式，（２）式によって演算処理
し、Ｌ字形をなした固定子座標（α−β軸）の２相の信
号に変換するものである。Equation (1) and equation (2) shown in Equation 1 are used to perform arithmetic processing to convert into a two-phase signal having an L-shaped stator coordinate (α-β axis).

【００２３】[0023]

【数１】(Equation 1)

【００２４】そして、前記α軸は例えば、２極のブラシ
レスＤＣモータの場合、図３で示すように、ｉｕｖｐ-
ｐの成分と同一方向の位置（垂直）を示し、又、β軸は
α軸から時計方向に９０°回動した位置（水平）を示
す。一方、後述するように、電流値保持回路９から出力
される電流値ｉｕｖｐ- ｐは図６で示すように、電気角
の１回転を１周期とし、正弦波状に変化する位置θの関
数となり、In the case of a two-pole brushless DC motor, for example, the α axis is iuvp-, as shown in FIG.
It shows a position in the same direction as the component of p (vertical), and the β-axis shows a position rotated 90 ° clockwise from the α-axis (horizontal). On the other hand, as will be described later, the current value iuvp-p output from the current value holding circuit 9 is a function of the position θ that changes sinusoidally with one rotation of the electrical angle as one cycle, as shown in FIG.

【数１】の（３）式で表わすことができる。同様にし
て、ｉｖｗｐ- ｐ，ｉｗｕｐ- ｐはブラシレスＤＣモー
タの相称性を理由として、ｉｕｖｐ- ｐからそれぞれ１
２０°，２４０°位相のずれた関数となり、It can be expressed by the equation (3). Similarly, ivwp-p and iwup-p are each 1 from iuvp-p because of the symmetry of the brushless DC motor.
20 °, 240 ° phase-shifted functions,

【数１】のそれぞれ（４）式，（５）式で表すことがで
きる。従って、These can be expressed by equations (4) and (5), respectively. Therefore,

【数１】の（１）式，（２）式を演算処理した結果、前
記ｉαはｉα＝Ａｃｏｓθとなり、ｉβはｉβ＝Ａｓｉ
ｎθとなるため、ｉα，ｉβはブラシレスモータ１の位
置情報を有することになる。即ち、ｉα，ｉβは、回転
子３の停止時その磁極位置を推定演算処理する回転子位
置推定演算手段に、前記ブラシレスモータ１の位置情報
として送出される。なお、前記Ａは図６に示すように電
流値の振幅の最大値を示し、Ｂは電流値の直流分であ
る。As a result of the arithmetic processing of the equations (1) and (2) in Equation 1, iα is iα = Acosθ, and iβ is iβ = Asi.
Since it is nθ, iα and iβ have positional information of the brushless motor 1. That is, iα and iβ are sent as position information of the brushless motor 1 to the rotor position estimation calculation means that estimates and processes the magnetic pole position of the rotor 3 when the rotor 3 is stopped. Incidentally, A indicates the maximum value of the amplitude of the current value as shown in FIG. 6, and B indicates the direct current component of the current value.

【００２５】次に、マイクロコンピュータ１０に内蔵さ
れた回転子位置推定演算手段について説明する。この回
転子位置推定演算手段に前記３相−２相電流変換手段か
ら入力される電流情報（２相の信号）ｉα_, ｉβは、前
記のように位置情報を有しており、この電流情報ｉα_,
ｉβを利用して次のNext, the rotor position estimation calculation means incorporated in the microcomputer 10 will be described. The current information (two-phase signals) iα _, iβ input to the rotor position estimation calculation means from the three-phase / two-phase current conversion means has the position information as described above, and this current information iα _,
iβ is used to

【数２】に示す（式）によって位置θを算出する。即
ち、これを例えば、図４を一つの例として回転子の磁極
Ｎの位置θを求める場合を説明すると、例えば、前記電
流情報ｉαとｉβとの比が１対１であれば、次のThe position θ is calculated by the (formula) shown in Equation 2. That is, the case of obtaining the position θ of the magnetic pole N of the rotor will be described with reference to FIG. 4 as an example. For example, if the ratio of the current information iα and iβ is 1: 1,

【数２】で示す（式）によって位置θを容易に算出する
ことができる。The position θ can be easily calculated by the (formula) shown by the following equation.

【００２６】[0026]

【数２】(Equation 2)

【００２７】前記The above

【数２】により、図４に示すように、ｉαとｉβの比が
１対１であるときの回転子の磁極Ｎの位置θは、α軸か
ら時計方向に４５°回動した位置に存在することとな
る。As shown in FIG. 4, the position θ of the magnetic pole N of the rotor when the ratio of iα and iβ is 1: 1 exists at the position rotated by 45 ° clockwise from the α axis. Will be done.

【００２８】前記のThe above

【数２】をベースとし、かつ、電流情報ｉα，ｉβを利
用することにより、回転子３の磁極位置を算出するため
の一般式はA general formula for calculating the magnetic pole position of the rotor 3 by using the current information iα, iβ based on

【数３】によって求めることができる。なお、It can be obtained by the following equation. In addition,

【数３】で示す一般式は２極のブラシレスモータに応用
した場合である。The general formula shown by the equation (3) is applied to a two-pole brushless motor.

【００２９】[0029]

【数３】[Equation 3]

【００３０】前記[0030]

【数３】では２極のブラシレスモータに応用した例で説
明したが、本実施例で用いる４極のブラシレスモータ１
の場合では、機械角度が回転子３の１回転あたり３６０
°となるため、電気角度は１回転あたり３６０°×極数
／２となる。従って、４極のブラシレスモータ１の電気
角度は、３６０°×４／２＝７２０°となる。この結
果、４極のブラシレスモータ１の場合、機械角度θｒｍ
＝電気角度θ／２であり、θ＝９０°のとき、θｒｍ＝
９０°／２＝４５°となる。以後θｒｅ＝電気角度とす
る。そして、マイクロコンピュータ１０内の前記回転子
位置推定演算手段から出力される回転子３の磁極位置を
示す情報、即ち、推定された回転子位置情報（回転子３
の電気角を示す信号）θｒｅは、マイクロコンピュータ
１０と接続されたパワートランジスタ駆動回路１１に送
出（入力）される。In [Formula 3], the example applied to the two-pole brushless motor has been described, but the four-pole brushless motor 1 used in this embodiment is described.
In the case of, the machine angle is 360 per rotation of the rotor 3.
Therefore, the electrical angle is 360 ° per rotation × number of poles / 2. Therefore, the electrical angle of the 4-pole brushless motor 1 is 360 ° × 4/2 = 720 °. As a result, in the case of the 4-pole brushless motor 1, the mechanical angle θrm
= Electrical angle θ / 2, when θ = 90 °, θrm =
90 ° / 2 = 45 °. Hereinafter, θre = electrical angle. Then, information indicating the magnetic pole position of the rotor 3, which is output from the rotor position estimation calculation means in the microcomputer 10, that is, estimated rotor position information (rotor 3
Signal .theta.re indicating the electrical angle of .theta.re is sent (input) to the power transistor drive circuit 11 connected to the microcomputer 10.

【００３１】前記マイクロコンピュータ１０から出力さ
れる推定された回転子位置情報θｒｅは、パワートラン
ジスタ駆動回路１１に入力され、パワートランジスタ駆
動回路１１を前記回転子位置情報θｒｅによって駆動制
御し、その出力端からインバータ回路５の各トランジス
タＱ₁ 〜Ｑ₆ を、それぞれ前記回転子位置情報θｒｅに
相当する駆動信号により駆動制御させ、インバータ回路
５からブラシレスモータ１の固定子巻線２ｕ，２ｖ，２
ｗに、ブラシレスモータ１の起動時、該ブラシレスモー
タ１を高トルク及び高効率にて円滑に起動させることが
できる交流電力の供給を直流電源４からインバータ回路
５を介して行うことによって、停止状態下のブラシレス
モータ１を最適なトルクで効率よく起動させることがで
きる。The estimated rotor position information θre output from the microcomputer 10 is input to the power transistor drive circuit 11, and the power transistor drive circuit 11 is drive-controlled by the rotor position information θre, and its output terminal. To drive the respective transistors Q _{1 to} Q ₆ of the inverter circuit 5 by the drive signals corresponding to the rotor position information θre, and the inverter circuits 5 drive the stator windings 2 u, 2 v, 2 of the brushless motor 1.
In w, when the brushless motor 1 is started, AC power that can smoothly start the brushless motor 1 with high torque and high efficiency is supplied from the DC power source 4 through the inverter circuit 5 so that the stopped state is obtained. The lower brushless motor 1 can be efficiently started with the optimum torque.

【００３２】次に、本発明の動作について説明する。本
例の場合は、ブラシレスモータ１の起動時、回転子３を
所定方向に円滑に起動させることができるようにしたも
ので、ブラシレスモータ１の起動後については、永久磁
石からなる回転子３の回転に伴う磁気作用により、固定
子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗのうち、非通電の１つの相巻線
に電圧が誘起されるので、この誘起電圧の変化から回転
子３の磁極位置を図示しない公知の検出手段によって検
出し、その回転位置検出信号に基づき回転子３の回転を
制御する点は公知の技術手段を採用すればよいので、そ
の説明は省略する。Next, the operation of the present invention will be described. In the case of this example, the rotor 3 can be smoothly started in a predetermined direction when the brushless motor 1 is started. After the brushless motor 1 is started, the rotor 3 made of a permanent magnet is Due to the magnetic action associated with the rotation, a voltage is induced in one of the stator windings 2u, 2v, and 2w that is not energized, and the magnetic pole position of the rotor 3 is not shown due to the change in the induced voltage. A known technical means may be employed for detecting the rotation of the rotor 3 based on the rotational position detection signal detected by the known detection means, and thus the description thereof will be omitted.

【００３３】最初に、マイクロコンピュータ１０からの
指令により直流電源４からインバータ回路５を介してブ
ラシレスモータ１の固定子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗに、ｕ
−ｖ通電、ｖ−ｗ通電，ｗ−ｕ通電を、デューティ比５
０％の回転子３を回転させない高周波電圧を印加するこ
とによってそれぞれ行うと、ブラシレスモータ１の起動
を停止している回転子３にあらかじめ形成されている非
磁性体層６の部位で、前記高周波電圧の印加にともな
い、回転子３と図示しない固定子との間で鎖交する磁束
によって渦電流が流れ、前記回転子３の位置によって、
前記渦電流によって各相の固定子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗ
のインピーダンスが微妙に変化する。First, in accordance with a command from the microcomputer 10, the DC power source 4 passes through the inverter circuit 5 to the stator windings 2u, 2v, 2w of the brushless motor 1, and u
-V energization, vw energization, wu energization, duty ratio 5
When each is performed by applying a high frequency voltage that does not rotate the rotor 3 of 0%, the high frequency is generated at a portion of the non-magnetic layer 6 previously formed on the rotor 3 in which the start of the brushless motor 1 is stopped. As the voltage is applied, an eddy current flows due to the magnetic flux interlinking between the rotor 3 and a stator (not shown), and depending on the position of the rotor 3,
Stator windings 2u, 2v, 2w of each phase by the eddy current
The impedance of changes slightly.

【００３４】前記ｕ−ｖ通電、ｖ−ｗ通電，ｗ−ｕ通電
を、固定子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗに高周波電圧を印加す
ることによって行うと、ｕ−ｖ通電時には固定子巻線２
ｕ，２ｖ間に、ｖ−ｗ通電時には固定子巻線２ｖ，２ｗ
間に、ｗ−ｕ通電時には固定子巻線２ｗ，２ｕ間に、そ
れぞれ高周波電流ｉｕｖ，ｉｖｗ，ｉｗｕが流れること
になる。この高周波電流ｉｕｖ，ｉｖｗ，ｉｗｕは電流
検出回路８にて検出する。前記高周波電流ｉｕｖ，ｉｖ
ｗ，ｉｗｕを検出している時点では、ブラシレスモータ
１に回転子３を起動させるだけの交流電力が供給されて
いないので、回転子３は停止状態を維持していることは
云うまでもない。If the high-frequency voltage is applied to the stator windings 2u, 2v, 2w, the u-v conduction, the vw conduction, and the wu conduction are performed.
Between u and 2v, when vw is energized, the stator windings 2v and 2w
Meanwhile, high-frequency currents iuv, ivw, and iwu flow between the stator windings 2w and 2u when wu is energized. The high frequency currents iuv, ivw, iwu are detected by the current detection circuit 8. The high frequency currents iuv, iv
Needless to say, the rotor 3 is maintained in a stopped state because AC power for starting the rotor 3 is not supplied to the brushless motor 1 when w and iwu are detected.

【００３５】前記電流検出回路８で検出した高周波電流
の電流値ｉｕｖ，ｉｖｗ，ｉｗｕは、そのまま電流値保
持回路９に送出され、マイクロコンピュータ１０から出
力されるセット信号によって前記電流値を制御しやすい
電流値ｉｕｖｐ- ｐ，ｉｖｗｐ- ｐ，ｉｗｕｐ- ｐに変
換処理し、マイクロコンピュータ１０に送出する。The current values iuv, ivw, iwu of the high frequency current detected by the current detection circuit 8 are sent to the current value holding circuit 9 as they are, and the current value can be easily controlled by the set signal output from the microcomputer 10. The current values iuvp-p, ivwp-p, and iwup-p are converted and sent to the microcomputer 10.

【００３６】ここで、前記固定子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗ
にｕ−ｖ通電，ｖ−ｗ通電，ｗ−ｕ通電をそれぞれ行う
ことによって、回転子３の非磁性体層６の位置で渦電流
が流れる現象について説明する。従来から、センサレス
ブラシレスＤＣモータの起動時、そのブラシレスモータ
停止時における回転子の磁極位置が全く分らないため、
最初から固定子巻線の適当な相に回転子の起動が行える
電流を供給し、回転子をとにかく起動させて回転子の磁
極位置（誘起電圧）を検出し、その後正常な駆動制御を
開始するようにしていた。しかし、センサレスブラシレ
スＤＣモータの起動時、固定子巻線の適当な相に電流を
流すと、回転子の磁極位置によっては逆回転方向の力が
加わる場合があり、しかも、切換えのタイミング具合で
は、そのまま逆回転を維持するという問題があった。Here, the stator windings 2u, 2v, 2w
A phenomenon in which an eddy current flows at the position of the non-magnetic layer 6 of the rotor 3 by respectively performing uv energization, vw energization, and wu energization will be described. Conventionally, when the sensorless brushless DC motor is started, the magnetic pole position of the rotor is not known at all when the brushless motor is stopped.
From the beginning, supply a current that can start the rotor to an appropriate phase of the stator winding, start the rotor anyway, detect the magnetic pole position (induced voltage) of the rotor, and then start normal drive control. Was doing. However, when a current is applied to an appropriate phase of the stator winding at the time of starting the sensorless brushless DC motor, a force in the reverse rotation direction may be applied depending on the magnetic pole position of the rotor, and moreover, depending on the switching timing, There was a problem of maintaining reverse rotation as it was.

【００３７】本発明においては、ブラシレスモータ１の
起動時当初は、回転子３の磁極位置検出を行うためにｕ
−ｖ通電、ｖ−ｗ通電，ｗ−ｕ通電をデューティ比５０
％の高周波電圧で前記固定子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗに印
加することによって行う（この時点ではブラシレスモー
タ１は停止状態にあり回転子３は起動しない）。そし
て、前記高周波電圧の印加により回転子３に形成した非
磁性体層６では、回転子３と固定子との間を鎖交する磁
束によって渦電流が流れることになる。前記非磁性体層
６は本実施例の場合、回転子３の表面に図２で示すよう
に、回転子３のＮ極とＳ極との極間を中心として、その
正回転方向と逆回転方向に向って同じ角度区間（例え
ば、電気角８０〜１００°の範囲）で、アルミニウムと
か銅等薄葉の導電性非磁性部材を用いて非磁性体層６が
形成されている。In the present invention, in order to detect the magnetic pole position of the rotor 3 at the beginning of starting the brushless motor 1, u
-V energization, vw energization, wu energization for duty ratio 50
% Of high frequency voltage is applied to the stator windings 2u, 2v, 2w (at this point, the brushless motor 1 is stopped and the rotor 3 is not started). Then, in the non-magnetic layer 6 formed on the rotor 3 by applying the high frequency voltage, an eddy current flows due to the magnetic flux interlinking between the rotor 3 and the stator. In the case of the present embodiment, the non-magnetic layer 6 is rotated in the forward and reverse directions about the pole between the north pole and the south pole of the rotor 3, as shown in FIG. The non-magnetic material layer 6 is formed in the same angle section in the direction (for example, in the range of an electrical angle of 80 to 100 °) using a conductive non-magnetic member made of thin leaf such as aluminum or copper.

【００３８】前記非磁性体層６を回転子３の前記所定位
置に形成して、ｕ−ｖ通電を固定子巻線２ｕ，２ｖに高
周波電圧を印加することによって行うと、高周波電流の
電流値の振幅ｉｕｖｐ- ｐは、図５，６で示すように、
非磁性体層６を設けていない回転子３（図５）と、非磁
性体層６を形成した回転子３（図６）とでは、回転子３
の各磁極位置における電流値の振幅に大きな差があるこ
とが判る。When the non-magnetic layer 6 is formed at the predetermined position of the rotor 3 and uv energization is performed by applying a high frequency voltage to the stator windings 2u and 2v, the current value of the high frequency current is increased. The amplitude iuvp-p of is, as shown in FIGS.
The rotor 3 (FIG. 5) not provided with the nonmagnetic layer 6 and the rotor 3 (FIG. 6) provided with the nonmagnetic layer 6 are the rotor 3
It can be seen that there is a large difference in the amplitude of the current value at each magnetic pole position.

【００３９】本件の発明者等は、前記電流値の変化を次
のようにして検証した。即ち、固定子巻線２ｕ，２ｖ，
２ｗの各相の端子間のインダクタンスを測定することに
よって、回転子３に非磁性体層６が存在するか、否かに
よって前記の電流値に変化が生じることを実験的に確認
することができた。前記の実験に際しては、固定子巻線
２ｕ，２ｖ，２ｗの各相の端子間に印加する方形波の周
波数は２０ｋＨｚの高周波電圧とし、又、直流電源４は
８０Ｖとした。実際に非磁性体層６を有する回転子３を
具備した状態で、固定子巻線の各相の端子間に方形波を
印加して（ｕ−ｖ通電、ｖ−ｗ通電，ｗ−ｕ通電をそれ
ぞれ行って）電流の振幅を測定すると、非磁性体層６に
渦電流が流れることによって固定子巻線２ｕ，２ｖ，２
ｗのインダクタンスが変化し、非磁性体層６を有する回
転子３の場合は、図６で示すように、電流値の振幅が図
５に示す場合に比して大きいことが確認できた。The inventors of the present invention verified the change in the current value as follows. That is, the stator windings 2u, 2v,
By measuring the inductance between the terminals of each phase of 2w, it can be experimentally confirmed that the current value changes depending on whether or not the non-magnetic layer 6 is present in the rotor 3. It was In the above experiment, the frequency of the square wave applied between the terminals of each phase of the stator windings 2u, 2v, 2w was a high frequency voltage of 20 kHz, and the DC power supply 4 was 80V. With the rotor 3 having the non-magnetic layer 6 actually provided, a square wave is applied between the terminals of each phase of the stator winding (u-v energization, v-w energization, w-u energization). When the amplitude of the current is measured, the eddy currents flow in the non-magnetic layer 6 and the stator windings 2u, 2v, 2
It was confirmed that in the case of the rotor 3 having the non-magnetic material layer 6 in which the inductance of w changed, the amplitude of the current value was larger than that shown in FIG. 5, as shown in FIG.

【００４０】一方、非磁性体層６を有しない回転子を具
備した状態で、固定子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗの各相の端
子間に方形波を印加して（ｕ−ｖ通電、ｖ−ｗ通電，ｗ
−ｕ通電をそれぞれ行なって）電流の振幅を測定する
と、図５で示すように、電流の振幅は非常に小さく、イ
ンダクタンスの変化がわずかであるが存在することも確
認できた。この図５で示されるインダクタンスの変化
は、重ねの理により、図６で示される非磁性体層６を設
けた場合の電流の振幅値に影響を与える。On the other hand, a square wave is applied between the terminals of each phase of the stator windings 2u, 2v, 2w (uv conduction, v -W energization, w
When the amplitude of the current was measured by conducting each of the -u energizations, it was confirmed that the amplitude of the current was very small and the inductance was slightly changed, as shown in FIG. The change in the inductance shown in FIG. 5 influences the amplitude value of the current when the nonmagnetic layer 6 shown in FIG.

【００４１】次に、本件の発明者等は、非磁性体層６を
回転子３のどこに設ければ電流値の振幅が図６で示すよ
うな正弦波状の関数になるような電流が流れるかを実験
によって検証した。実験に際しては導電性の非磁性部材
を回転子３の表面にランダムに貼付ける等して電流の振
幅値を個々に検証したが、最終的には図５で示された非
磁性体層６を形成していない時のインダクタンスの変化
を考慮し、図２で示すように、回転子３のＮ極とＳ極と
の極間を中心として、その正，逆回転方向側にそれぞれ
電気角８０〜１００°の角度区間で非磁性体層６を形成
することにより、この部位が他の部位に比べて電流の振
幅が、図６のような正弦波状の関数になるように電流が
流れることを実験的にも確認することができた。Next, the inventors of the present invention have sought to find where in the rotor 3 the non-magnetic layer 6 is provided so that the current flows so that the amplitude of the current value becomes a sinusoidal function as shown in FIG. Was verified by experiments. At the time of the experiment, the amplitude value of the current was individually verified by, for example, randomly attaching a conductive non-magnetic member to the surface of the rotor 3, and finally the non-magnetic layer 6 shown in FIG. In consideration of the change in the inductance when the rotor 3 is not formed, as shown in FIG. 2, the electrical angle of 80- By forming the non-magnetic layer 6 in the angle section of 100 °, it was tested that the current flows in this portion so that the amplitude of the current becomes a sinusoidal function as shown in FIG. I was able to confirm it.

【００４２】これによって、電流の振幅値ｉｕｖｐ-
ｐ，ｉｖｗｐ- ｐ，ｉｗｕｐ- ｐが、As a result, the current amplitude value iuvp-
p, ivwp- p, iwup- p are

【数１】の（３）式〜（５）式で表すことができること
も確認できた。勿論、前記回転子３の他の部位に非磁性
体層６を形成しても渦電流は流れるものの、Ｎ極とＳ極
との極間を中心してその両側に電気角８０〜１００°の
範囲で形成した場合に比べれば、電流の振幅値が図６の
ような正弦波状の関数にならず、回転子３の位置検出用
の信号電流として使用することは困難であった。従っ
て、本件発明者等は、非磁性体層６の形成場所はある程
度限定する必要があることを実験的に確認することがで
きた。It was also confirmed that it can be expressed by the equations (3) to (5) of [Equation 1]. Of course, although the eddy current flows even if the non-magnetic layer 6 is formed on the other part of the rotor 3, the electrical angle is 80 to 100 ° on both sides of the pole between the N pole and the S pole. Compared with the case of the above, the amplitude value of the current does not have a sinusoidal function as shown in FIG. 6, and it is difficult to use it as a signal current for detecting the position of the rotor 3. Therefore, the inventors of the present invention have been able to confirm experimentally that the formation location of the nonmagnetic layer 6 needs to be limited to some extent.

【００４３】前記のようにして、ｕ−ｖ通電を行った時
の固定子巻線２ｕ，２ｖに流れる高周波電流ｉｕｖ，ｖ
−ｗ通電を行った時の固定子巻線２ｖ，２ｗに流れる高
周波電流ｉｖｗ，ｗ−ｕ通電を行った時の固定子巻線２
ｗ，２ｕに流れる高周波電流ｉｗｕは、電流検出回路８
により検出し、この電流値ｉｕｖ，ｉｖｗ，ｉｗｕは電
流値保持回路９を経てマイクロコンピュータ１０に３相
の信号（電流）ｉｕｖｐ- ｐ，ｉｖｗｐ- ｐ，ｉｗｕｐ
- ｐとしてマイクロコンピュータ１０内の３相−２相電
流変換手段に送出され、２相の信号ｉα，ｉβに演算処
理する。前記２相の信号ｉα，ｉβを用いてマイクロコ
ンピュータ１０内の回転位置推定演算検出手段により演
算処理して推定された回転子位置情報θｒｅをパワート
ランジスタ駆動回路１１に出力するものである。As described above, the high frequency currents iuv, v flowing in the stator windings 2u, 2v when the uv current is applied.
-W High-frequency current ivw flowing in the stator windings 2v, 2w when energized, wu Stator winding 2 when energized
The high frequency current iwu flowing through w and 2u is the current detection circuit 8
The current value iuv, ivw, iwu is detected by the current value holding circuit 9 and the three-phase signal (current) iuvp-p, ivwp-p, iwup is sent to the microcomputer 10.
-p is sent to the three-phase / two-phase current conversion means in the microcomputer 10 and processed into the two-phase signals iα and iβ. The two-phase signals iα and iβ are used to output the rotor position information θre estimated by the rotation position estimation calculation detecting means in the microcomputer 10 to the power transistor drive circuit 11.

【００４４】そして、前記回転子位置推定演算手段によ
って推定された回転子位置情報θｒｅは、電流情報ｉ
α，ｉβを利用して図７に示すようにして求める。図７
において、ステップＳ１０で回転子位置推定演算手段に
電流情報ｉα，ｉβが入力されると、Then, the rotor position information θre estimated by the rotor position estimation calculation means is the current information i.
It is obtained as shown in FIG. 7 using α and iβ. Figure 7
In step S10, when the current information iα, iβ is input to the rotor position estimation calculation means,

【数３】の（３）式で示すｉα＝０，ｉβ＞０の場合
は、ステップＳ１１〜１３に移行し、θｒｅは９０°で
ある。ステップＳ１２で否の場合はIn the case of iα = 0 and iβ> 0 shown in the equation (3), the process proceeds to steps S11 to S13 and θre is 90 °. In case of no in step S12

【数３】の（７）式で示すｉα＝０，ｉβ＜０と合致し
ステップＳ１４に移行し、θｒｅは２７０°となる。Since iα = 0 and iβ <0 shown in the equation (7) are satisfied, the process proceeds to step S14, and θre becomes 270 °.

【００４５】ステップＳ１５，１６が要の場合はステッ
プＳ１７に移行し、θｒｅはIf steps S15 and S16 are required, the process proceeds to step S17, where θre is

【数３】の（２）式によりｔａｎ^-1（ｉβ／ｉα）とな
る。ステップＳ１５で否のときはステップＳ１８に移行
し、ステップＳ１８が要の場合は、It becomes tan ⁻¹ (iβ / iα) according to the equation (2) of the equation (3). If NO in step S15, the process proceeds to step S18, and if step S18 is necessary,

【数３】の（４）式で示すｉα＜０，ｉβ＞０と合致
し、ステップＳ１９に移行し、θｒｅは１８０°＋ｔａ
ｎ^-1（ｉβ／ｉα）となる。又、ステップＳ１６が否の
ときはステップＳ２０に移行し、ステップＳ２０が要の
場合は、It matches iα <0, iβ> 0 shown in the equation (4), and the process proceeds to step S19, where θre is 180 ° + ta.
It becomes n ⁻¹ (iβ / iα). If step S16 is negative, the process proceeds to step S20, and if step S20 is necessary,

【数３】の（１）式で示すｉα＞０，ｉβ＝０と合致
し、ステップＳ２１に移行しθｒｅは０°となる。Since iα> 0 and iβ = 0 shown in the equation (1) of (3) are satisfied, the process proceeds to step S21 and θre becomes 0 °.

【００４６】ステップＳ２０が否の場合はステップＳ２
２に移行し、If step S20 is negative, step S2
Move to 2,

【数３】の（８）式で示すｉα＞０，ｉβ＜０と合致
し、θｒｅは３６０°＋ｔａｎ^-1（ｉβ／ｉα）とな
る。更に、ステップＳ１８で否、ステップＳ２３で要の
場合は、This coincides with iα> 0 and iβ <0 shown in the expression (8) of Equation 3, and θre is 360 ° + tan ⁻¹ (iβ / iα). Further, in the case of no in step S18 and in the case of necessity in step S23,

【数３】の（５）式で示すｉα＜０，ｉβ＝０と合致
し、ステップＳ２４に移行してθｒｅは１８０°とな
る。前記ステップＳ２３で否の場合はステップＳ２５に
移行し、Since iα <0 and iβ = 0 shown in the equation (5) of (3) are satisfied, the process proceeds to step S24 and θre becomes 180 °. If the result in step S23 is NO, the process moves to step S25,

【数３】の（６）式で示すｉα＜０，ｉβ＜０と合致す
るため、θｒｅは１８０°＋ｔａｎ^-1（ｉβ／ｉα）と
なる。なお、段落番号〔００４４〕〜〔００４６〕で記
載したθｒｅは、Since it matches with iα <0 and iβ <0 shown in the equation (6), θre is 180 ° + tan ⁻¹ (iβ / iα). Note that θre described in paragraph numbers [0044] to [0046] is

【数３】の（１）〜（８）式で示すθに等しいものであ
る。It is equal to θ shown in the equations (1) to (8).

【００４７】前記のように、マイクロコンピュータ１０
の回転子位置推定演算手段に電流情報ｉα，ｉβが入力
されると、その電流情報ｉα，ｉβに基づいて回転子３
の位置情報θｒｅを出力するものである。そして、前記
回転子位置情報θｒｅはパワートランジスタ駆動回路１
１を経てインバータ回路５に出力され、このインバータ
回路５をブラシレスモータ１が高トルク及び高効率にて
円滑に起動させることができるように駆動制御するする
と同時に、マイクロコンピュータ１０からの指令により
直流電源４からブラシレスモータ１を駆動させる直流電
力がインバータ回路５に供給され、このインバータ回路
５から交流電力が固定子巻線２ｕ，２ｖ，２ｗに供給さ
れ、ブラシレスモータ１を起動する。この際、ブラシレ
スモータ１は、その停止中に回転子３の磁極位置が推定
されているので、円滑に、かつ、所定の回転方向に高ト
ルクで、かつ、高効率で起動させることができる。As described above, the microcomputer 10
When the current information iα, iβ is input to the rotor position estimation calculation means, the rotor 3 is based on the current information iα, iβ.
The position information θre is output. The rotor position information θre is the power transistor drive circuit 1
1 is output to the inverter circuit 5, and the inverter circuit 5 is driven and controlled so that the brushless motor 1 can be smoothly started with high torque and high efficiency, and at the same time, a DC power source is supplied by a command from the microcomputer 10. DC power for driving the brushless motor 1 is supplied from 4 to the inverter circuit 5, and AC power is supplied from the inverter circuit 5 to the stator windings 2u, 2v, 2w to start the brushless motor 1. At this time, since the magnetic pole position of the rotor 3 is estimated while the brushless motor 1 is stopped, the brushless motor 1 can be started smoothly, with high torque in a predetermined rotation direction, and with high efficiency.

【００４８】前記ブラシレスモータ１の起動後は、例え
ば図示しない公知の誘起電圧検出手段により、非通電の
１つの相の固定子巻線に誘起される電圧を検出し、この
誘起電圧の変化に基づいて回転子の磁極位置を検出し、
この磁極位置検出信号により、インバータ回路を駆動制
御して、他の相の固定子巻線に対して２相通電を行い、
この２相通電の切換え、即ち、転流が繰返されることに
よって、ブラシレスモータ１の定常回転を継続するもの
である。After the brushless motor 1 is started, the voltage induced in the non-energized one-phase stator winding is detected, for example, by a known induced voltage detecting means (not shown), and based on the change in the induced voltage. To detect the magnetic pole position of the rotor,
By this magnetic pole position detection signal, the inverter circuit is drive-controlled to perform two-phase energization to the stator windings of other phases,
By switching the two-phase energization, that is, repeating the commutation, the steady rotation of the brushless motor 1 is continued.

【００４９】本発明は、回転子３の外周面にアルミニウ
ム等の導電性非磁性部材を貼着した例について説明した
が、本発明はこれに限定せず、回転子３外周面の所定位
置に、例えば、アルミニウムとか銅等からなる導電性非
磁性材料の粉末を回転子の非磁性体層の位置で焼付けた
り、あるいは、銅箔等の非磁性材料を回転子外周の所定
位置に接着シートを介して貼付するか、印刷，塗装する
等して非磁性体層を設け、このあと、前記銅箔等の非磁
性材料の不要部分を腐食液により排除する等して、回転
子３の所定位置に導電性の非磁性体層を形成するように
しても本発明は成立するものである。Although the present invention has been described with reference to an example in which a conductive non-magnetic member such as aluminum is attached to the outer peripheral surface of the rotor 3, the present invention is not limited to this, and the outer peripheral surface of the rotor 3 is provided at a predetermined position. , For example, a conductive non-magnetic material powder such as aluminum or copper is baked at the position of the non-magnetic layer of the rotor, or a non-magnetic material such as copper foil is attached to a predetermined position on the outer circumference of the rotor with an adhesive sheet. A non-magnetic material layer is provided by pasting, printing, painting, or the like, and thereafter, unnecessary portions of the non-magnetic material such as the copper foil are removed by a corrosive solution, and the like, so that the rotor 3 has a predetermined position. The present invention can be realized even if a conductive non-magnetic material layer is formed on.

【００５０】[0050]

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成し
たので、次に示すような効果を奏するものである。 （１）、本発明は、センサレスブラシレスＤＣモータの
回転子の停止時、前記回転子の外表面に形成した非磁性
体層において、固定子巻線に電圧波形のデューティ比５
０％の高周波電圧を印加することにより、前記固定子巻
線の各相に高周波電流を通電して固定子から回転子へ磁
束を鎖交させることによって、前記非磁性体層に渦電流
を発生させ、この渦電流の影響によって高周波電流値が
変化する電流情報に基づいて、回転子が停止した状態で
回転子の磁極位置を推定して検出できるように構成した
ので、センサレスブラシレスＤＣモータをその停止状態
において、高トルク、高効率で起動することができる。Since the present invention is constructed as described above, it has the following effects. (1) According to the present invention, when the rotor of the sensorless brushless DC motor is stopped, in the non-magnetic layer formed on the outer surface of the rotor, the duty ratio of the voltage waveform is 5 in the stator winding.
By applying a high-frequency voltage of 0%, a high-frequency current is passed through each phase of the stator winding, and a magnetic flux is linked from the stator to the rotor, thereby generating an eddy current in the non-magnetic layer. Since the magnetic pole position of the rotor can be estimated and detected while the rotor is stopped based on the current information in which the high frequency current value changes due to the influence of the eddy current, the sensorless brushless DC motor is In the stopped state, it can be started with high torque and high efficiency.

【００５１】（２）、本発明は、センサレスブラシレス
ＤＣモータの回転子が停止している状態で、回転子の磁
極位置を迅速・確実に検出できるようにしたので、最適
通電位値でセンサレスブラシレスＤＣモータへの通電開
始が可能であるため、センサレスブラシレスＤＣモータ
の回転子はその起動時、常に逆回転することなく、円滑
に正回転起動が行えるので至便である。(2) According to the present invention, the magnetic pole position of the rotor of the sensorless brushless DC motor can be detected quickly and reliably when the rotor of the sensorless brushless DC motor is stopped. Since the energization of the DC motor can be started, the rotor of the sensorless brushless DC motor can be smoothly started in the normal rotation without always rotating in the reverse direction at the time of starting, which is convenient.

【００５２】（３）、本発明は、固定子巻線に電圧波形
のデューティ比５０％の高周波電圧を印加して、停止し
ているセンサレスブラシレスＤＣモータの磁極位置を検
出するように構成したので、回転子はその起動時におい
て、不要なトルクを発生させることなく磁極位置の検出
が行えるので、回転子の起動時不要なトルクによる騒音
や振動を伴うことなく、常に円滑・良好にセンサレスブ
ラシレスＤＣモータをその停止状態において起動させる
ことができるため利便である。(3) According to the present invention, a high frequency voltage having a duty ratio of 50% of the voltage waveform is applied to the stator winding to detect the magnetic pole position of the stopped sensorless brushless DC motor. Since the rotor can detect the magnetic pole position without generating unnecessary torque at the time of starting the rotor, there is no noise or vibration due to unnecessary torque at the time of starting the rotor, and the sensorless brushless DC can always be performed smoothly and satisfactorily. This is convenient because the motor can be started in its stopped state.

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

【図１】本発明のセンサレスブラシレスＤＣモータの停
止時における回転子の磁極位置検出装置を概略的に示す
構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a rotor magnetic pole position detection device when a sensorless brushless DC motor of the present invention is stopped.

【図２】回転子に非磁性体層を形成する場合の説明図で
ある。FIG. 2 is an explanatory diagram of a case where a nonmagnetic layer is formed on a rotor.

【図３】２極のブラシレスＤＣモータにおける磁極位置
を説明するための一例を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example for explaining a magnetic pole position in a two-pole brushless DC motor.

【図４】回転子の磁極Ｎの位置θを求める例を示す説明
図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of obtaining a position θ of a magnetic pole N of a rotor.

【図５】回転子に非磁性体層を有しない場合の電流特性
図である。FIG. 5 is a current characteristic diagram when a rotor does not have a non-magnetic layer.

【図６】回転子に非磁性体層を形成した場合の電流特性
図である。FIG. 6 is a current characteristic diagram when a nonmagnetic layer is formed on the rotor.

【図７】回転子の推定位置情報の演算処理状態を示すフ
ローチャート図である。FIG. 7 is a flowchart showing a calculation processing state of estimated position information of a rotor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

２ｕ，２ｖ，２ｗ 固定子巻線 ３ 回転子 ５ インバータ回路 ６ 非磁性体層 ８ 電流検出回路 ９ 電流値保持回路 １０ マイクロコンピュータ ｉα，ｉβ ２相の電流情報 θｒｅ 推定回転子位置情報 2u, 2v, 2w Stator winding 3 Rotor 5 Inverter circuit 6 Nonmagnetic layer 8 Current detection circuit 9 Current value holding circuit 10 Microcomputer iα, iβ 2-phase current information θre Estimated rotor position information

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 ３相の固定子巻線を巻装した固定子と、
この固定子に回転自在に挿入支持された永久磁石からな
る回転子と、一対のトランジスタを直列に接続した直列
回路を三相分形成したインバータ回路と、このインバー
タ回路の各直列回路に直流電力を印加する電源手段とを
具備し、前記インバータ回路の各直列回路の一対のトラ
ンジスタの各接続点に、各相の固定子巻線の非結線端を
接続し、１つの直列回路の一方のトランジスタと別の一
つの直列回路の他方のトランジスタとをオンさせて２相
通電を行うとともに、残りの１つの相の固定子巻線に生
じる誘起電圧を検出し、前記誘起電圧から回転子の磁極
位置を検出して前記２相通電を順次切換えるようにした
センサレスブラシレスＤＣモータにおいて、前記永久磁
石からなる回転子の外表面には、該回転子のＮ極とＳ極
とを区分する極間を中心として回転子の正，逆回転方向
にそれぞれ電気角８０〜１００°の角度区間で非磁性体
層を形成したことを特徴とするセンサレスブラシレスＤ
Ｃモータの停止時における回転子の磁極位置検出装置。1. A stator around which a three-phase stator winding is wound,
A rotor consisting of a permanent magnet rotatably inserted and supported in this stator, an inverter circuit in which a series circuit in which a pair of transistors are connected in series for three phases are formed, and DC power is supplied to each series circuit of this inverter circuit. Power source means for applying voltage, and connecting the non-connection end of the stator winding of each phase to each connection point of the pair of transistors of each series circuit of the inverter circuit, The other transistor of another series circuit is turned on to perform two-phase energization, and the induced voltage generated in the stator winding of the remaining one phase is detected, and the magnetic pole position of the rotor is determined from the induced voltage. In a sensorless brushless DC motor that detects and sequentially switches between the two-phase energizations, an outer surface of the rotor composed of the permanent magnets has a gap between the N pole and the S pole of the rotor. Positive rotor around, sensorless brushless D, characterized in that the formation of the non-magnetic layer in the opposite rotational direction by an angle section of each electrical angle of 80 to 100 °
Rotor magnetic pole position detection device when the C motor is stopped. 【請求項２】 前記非磁性体層は、アルミニウム等の導
電性非磁性材料を回転子の外表面所定位置に、貼着ある
いはメッキ，印刷，塗装等の手段にて形成したことを特
徴とする請求項１記載のセンサレスブラシレスＤＣモー
タの停止時における回転子の磁極位置検出装置。2. The non-magnetic layer is formed of a conductive non-magnetic material such as aluminum at a predetermined position on the outer surface of the rotor by means such as sticking, plating, printing or painting. The rotor magnetic pole position detection device when the sensorless brushless DC motor according to claim 1 is stopped. 【請求項３】 ３相の固定子巻線を巻装した固定子と、
外表面の所定位置に非磁性体層を形成した回転子との間
を鎖交する磁束によって渦電流を発生させる手段と、前
記渦電流によって固定子巻線のインピーダンスが変化す
ることによって固定子巻線の各相に回転子の磁極位置に
応じて異って流れる高周波電流を検出する手段と、前記
検出した高周波電流の電流値を３相−２相変換してベク
トル量のα成分とベクトル量のβ成分とに変換する手段
と、更に、前記α成分とβ成分とにより回転子の起動時
における磁極位置を推定して演算処理する手段とを具備
して構成したことを特徴とするセンサレスブラシレスＤ
Ｃモータの停止時における回転子の磁極位置検出装置。3. A stator wound with a three-phase stator winding,
Means for generating an eddy current by a magnetic flux interlinking with a rotor having a nonmagnetic layer formed at a predetermined position on the outer surface, and a stator winding by changing the impedance of the stator winding by the eddy current. Means for detecting a high frequency current flowing in each phase of the wire differently according to the magnetic pole position of the rotor, and an α component of the vector quantity and a vector quantity by converting the detected current value of the high frequency current into a three-phase to two-phase The sensorless brushless device further comprises means for converting into a β component of the above, and means for estimating the magnetic pole position at the time of starting the rotor by the α component and the β component and performing arithmetic processing. D
Rotor magnetic pole position detection device when the C motor is stopped.