JPH11318096A - ブラシレスモータの駆動装置 - Google Patents

ブラシレスモータの駆動装置

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JPH11318096A
JPH11318096A JP10134283A JP13428398A JPH11318096A JP H11318096 A JPH11318096 A JP H11318096A JP 10134283 A JP10134283 A JP 10134283A JP 13428398 A JP13428398 A JP 13428398A JP H11318096 A JPH11318096 A JP H11318096A
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drive current
rotor
voltage
current
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JP10134283A
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Akira Yamauchi
明 山内
Toshiaki Kawashima
敏明 川島
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Seiko Seiki KK
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Seiko Seiki KK
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブラシレスモータの駆動装置において、起動
時に迅速且つ正確なロータ位置の検出が可能であり、無
駄な電力消費を削減し、更に起動時間の短縮を図るこ
と。 【解決手段】 回路電源投入後直ちにロータの静定を行
う第1段階(101〜106)、静定完了後直ちに最大
駆動電流Imaxを最小駆動電流Iminに切り替え、
起動信号入力があるまで保持する第2段階(107〜1
08)、起動信号入力があると直ちにモータを回転さ
せ、予め設定した時間後にフリーランを行わせながらロ
ータ位置検出を行う第3段階(109〜112)、及び
ロータ位置検出が完了するとフリーランを終了させ、定
常駆動電流Inorに切り替える第4段階(113〜1
15)の一連の起動準備を行わせるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ターボ分子ポンプ
等の粉塵や油分を極度に嫌う機械の駆動モータ等に広く
用いられているブラシレスモータであって、ステータコ
イルと永久磁石形ロータとの相対的位置をホール素子等
の位置センサを用いないでステータコイルに誘起される
誘起電圧に基づいて検出し位置検出信号を得るようにし
たブラシレスモータの駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ステータコイルに誘起される誘起電圧に
基づいて位置検出信号を得るようにしたブラシレスモー
タの駆動装置は、例えば特開平5−111286に開示
されている。このようなブラシレスモータの駆動装置に
おいて、ロータの静定から起動・加速が終了するまでの
動作を説明するための回路図は例えば図4に、且つその
フローチャートは図5にそれぞれ示す通りである。即ち
図4において、10はブラシレスモータ、20は駆動回
路、30は制御回路、そして40は電流電圧検出回路で
ある。ブラシレスモータ10はロータ11と三相のステ
ータコイル12U、12V並びに12Wを含む。ロータ
11は、少なくとも一対の永久磁石が対称に取り付けら
れた永久磁石形ロータである。駆動回路20は、駆動電
圧27、及び半導体スイッチ21、22、23、24、
25並びに26を含む。
【0003】制御回路30は各種の演算その他の処理を
行うCPU31、所定の手順に従って各種の処理を行わ
せるプログラムが格納されたROM32、各種の処理に
用いられる様々なデータが格納されたRAM33、入出
力インターフェイスI/O34及びこれらの構成要素間
を結ぶデータバス35とから構成されている。RAM3
3は、少なくとも、静定判別しきい値電圧Esの格納部
33a、静定判別しきい値時間Tsの格納部33b、位
置検出成否判断基準値の格納部33c、定格回転数の格
納部33d、最大駆動電流Imaxの格納部33e、定
常駆動電流Inorの格納部33f及び設定回転数Vs
の格納部33jを含む。入出力インターフェイスI/O
34の入力ポートには、起動スイッチ等の起動手段から
起動入力信号44が加えられ、また電流電圧検出回路4
0からは端子電圧信号45とステータコイル電流信号4
6が加えられる。入出力インターフェイスI/O34の
出力ポートA、B、C、D、E及びFは、半導体スイッ
チ21、22、23、24、25及び26の対応する制
御端子にそれぞれ接続されている。
【0004】図4の従来例のブラシレスモータの駆動装
置における起動準備を、図5のフローチャートに従って
説明する。回路電源投入(201)がなされると、CP
U31は起動信号入力有無の判断(202)を行い、Y
ESならばRAM33から静定判別しきい値電圧Es、
静定判別しきい値時間Ts及び最大駆動電流Imaxの
読み込み(203)を行う。CPU31は入出力インタ
ーフェイスI/O34を介して駆動回路20を制御し、
ステータコイル12Uと12Vを流れる電流が最大駆動
電流Imaxになるような端子間電圧UVをステータコ
イル12Uと12Vの端子間に印加させる(204)。
このようにして印加された印加端子間電圧UVは、図6
(イ)に示す如くモータの起動準備期間は勿論のこと、
起動後もこの値を保持される。
【0005】このステータコイル12Uと12Vに流れ
る最大駆動電流Imaxによって発生した磁界によっ
て、ロータ11の永久磁石の1磁極(S極又はN極)は
ステータコイル12Uと12Vの中間の位相に吸引され
る。この吸引によってロータ11は、ステータコイル1
2Uと12Vの中間の位相を中心に前後に回転揺動す
る。この回転揺動は、時間とともにその大きさを減じ、
そして前記中間の位相に吸引された磁極が一致した位置
において静止する。このロータ11の回転揺動、従って
ロータ位置の変動を示したものが図6(ロ)である。な
お、図6(ロ)においてPsはステータコイル12Uと
12Vの中間位置を表す。ロータ11の回転揺動と前記
最大駆動電流Imaxによって発生した磁界との相互作
用によって、ステータコイル12Uと12Vの端子には
誘起電圧が発生する。この誘起電圧は前記端子間電圧U
Vに加算されて線41、42を介して電流電圧検出回路
40の入力端に加えられる。電流電圧検出回路40は所
定の処理を行ってロータ位置を表す検出電圧UVaを発
生させる。 このロータ位置を表す検出電圧UVaは図
6(ハ)に示す如く変動する。
【0006】この検出電圧UVaは検出電圧信号45と
して入出力インターフェイスI/O34を介してCPU
31に読み込まれ、CPU31は検出電圧UVaの変化
が静定判別しきい値電圧Esよりも小さいか否かを判断
し(205)、YESならば検出電圧UVaの変化が静
定判別しきい値時間Tsよりも大きいか否かを判断(2
06)し、これもYESであれば静定完了(207)と
なる。
【0007】静定完了後直ちにCPU31は入出力イン
ターフェイスI/O34を介して駆動回路20に制御信
号を与える。すると、駆動回路20は全てのステータコ
イル12U、12V及び12Wに最大駆動電流Imax
を供給し、回転磁場を発生させ(208)、ロータ11
の回転を開始させる。制御回路30のCPU31は、0
rpmからロータが回転磁界に吸引され回転磁界に脱調
せずに追従できる角加速度で、電流電圧検出回路40か
ら入力されたロータ位置を表す検出電圧信号45を用い
ずにロータを加速していき、ステータコイル12U、1
2V及び12Wに供給されている最大駆動電流Imax
によって発生している回転磁場とロータ位置がずれない
ように回転磁場制御を行なう(209)。CPU31は
ロータ位置を表す検出電圧信号45に基づいてロータ1
1の回転数V を監視しており、回転数Vが設定回転数
Vsに 達したか否かを判断する(210)。判断の結
果がYESならば、CPU31は駆動回路20に制御信
号を与え、駆動回路20は最大駆動電流Imaxを定常
駆動電流Inorに切り替える。そして、CPU31
は、電流電圧検出回路40から入力されたロータ位置を
表す検出電圧信号45に基づいて回転磁場制御を行う
(211)。この状態で運転を続けながら、CPU31
はロータ11の回転数Vが定格回転数Vnorに達した
か否かを判断する(212)。判断の結果がYESなら
ば、これによってモータの起動・加速が完了する。
【0008】以上説明した通り、従来のブラシレスモー
タの駆動装置においては、制御回路30からの制御信号
を受けて、駆動回路20がモータのステータコイル12
U、12V及び12Wに駆動電圧・電流を与えながら、
ロータ11の回転運動により発生する誘起電圧を電流電
圧検出回路40により検出していた。このため、各相間
の端子電圧には駆動電圧に誘起電圧が加算されていた。
この場合、駆動トルクの変動むら等によりモータ誘起電
圧にはノイズが発生する。また回転数が低いため、モー
タ誘起電圧もそれに伴い低くなり、ノイズの影響が大き
い。その結果、ロータ位相検出にずれが生じ、瞬時発生
トルクの低下や変動をもたらす。このような状態が著し
い場合には、モータは加速不能となり、再起動が必要と
なる。そして、場合によっては何度もこの工程を繰り返
すこと、従ってタイムロスとなることがあった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】発明が解決しようとす
る課題は、ステータコイルに誘起される誘起電圧に基づ
いて位置検出信号を得るようにしたブラシレスモータの
駆動装置において、起動時に迅速且つ正確なロータ位置
の検出が可能であり、無駄な電力消費を削減し、更に起
動時間の短縮を図ることができる駆動装置を提供するこ
とである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は永久磁石形ロータ、複数相のステータコイ
ルを有するステータ、所定の通電タイミングに従ってス
テータコイルに駆動電流を供給する駆動回路、ステータ
コイルの電流電圧検出回路及びこの電流電圧検出回路の
検出電圧を利用して位置検出信号を得ると共にこの位置
検出信号に基づいて通電タイミングを決定して前記駆動
回路を制御する制御回路とからなるブラシレスモータの
駆動装置において、回路電源投入後直ちにステータコイ
ルの1相に最大駆動電流を供給し、前記電流電圧検出回
路の検出電圧の変動に基づいて静定を行うようにした。
また、ロータの静定後に全てのステータコイルに最大駆
動電流を供給してロータを回転させ、予め設定した時間
後に駆動電流の供給を停止してフリーランを行わせなが
らロータ位置の検出を行うようにした。
【0010】更に、回路電源投入後直ちにステータコイ
ルの1相に最大駆動電流Imaxを供給し、前記電流電
圧検出回路の検出電圧の変動に基づいて静定を行う第1
段階、静定完了後直ちにステータコイルの1相に供給し
ている最大駆動電流Imaxを最小駆動電流Iminに
切り替え、起動信号入力があるまで保持する第2段階、
起動信号入力があると直ちに全てのステータコイルに最
大駆動電流Imaxを供給し、予め設定した時間後に駆
動電流の供給を停止してフリーランを行わせ、位相ずれ
と設定精度とを比較する第3段階、及び位相ずれが設定
精度以内に達するとフリーランを終了させ、最大駆動電
流Imaxを定常駆動電流Inorに切り替える第4段
階の一連の起動準備を行わせるようにした。。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は本発明に係るブラシレスモ
ータの駆動装置の一実施例回路図を示す。図1におい
て、10はブラシレスモータ、20は駆動回路、30は
制御回路、そして40は電流電圧検出回路である。ブラ
シレスモータ10は永久磁石形ロータ11と三相のステ
ータコイル12U、12V並びに12Wを含む。駆動回
路20は、駆動電圧27、及び半導体スイッチ21、2
2、23、24、25並びに26を含む。
【0013】制御回路30はCPU31、ROM32、
RAM33、入出力インターフェイスI/O34及びデ
ータバス35とから構成されている。RAM33は、少
なくとも、静定判別しきい値電圧Esの格納部33a、
静定判別しきい値時間Tsの格納部33b、位置検出成
否判断基準値の格納部33c、定格回転数の格納部33
d、最大駆動電流Imaxの格納部33e、定常駆動電
流Inorの格納部33f、最小駆動電流Iminの格
納部33g及びフリーラン設定値の格納部33hを含
む。入出力インターフェイスI/O34の入力ポートに
は、起動スイッチ等の起動手段からの起動入力信号44
と回路電源投入信号48が加えられ、また電流電圧検出
回路40からは端子電圧信号45とステータコイル電流
信号46が加えられる。入出力インターフェイスI/O
34の出力ポートA、B、C、D、E及びFは、半導体
スイッチ21、22、23、24、25及び26の対応
する制御端子にそれぞれ接続されている。
【0014】要するに図1の本発明の一実施例回路は、
図4の従来例回路において、RAM33に最小駆動電流
Iminの格納部33g及びフリーラン設定値の格納部
33hとを追加し、且つ入出力インターフェイスI/O
34の入力ポートに回路電源投入信号48が加えらるよ
うにして構成したものである。
【0015】図1に示した一実施例のブラシレスモータ
の駆動装置における起動準備を、図2のフローチャート
に従って説明する。回路電源投入(101)がなされる
と、CPU31はRAM33から静定判別しきい値電圧
Es、静定判別しきい値時間Ts及び最大駆動電流Im
axの読み込み(102)を行う。CPU31は入出力
インターフェイスI/O34を介して駆動回路20を制
御し、ステータコイル12Uと12Vを流れる電流が最
大駆動電流Imaxになるような端子間電圧UVをステ
ータコイル12Uと12Vの端子間に印加させる。この
ようにして印加された印加端子間電圧UVは、図3
(イ)に示す如く後述するフリーラン開始時間まで保持
される。
【0016】このステータコイル12Uと12Vに流れ
る最大駆動電流Imaxによって発生した磁界によっ
て、ロータ11の永久磁石の1磁極(S極又はN極)は
ステータコイル12Uと12Vの中間の位相に吸引され
る。この吸引によってロータ11は、ステータコイル1
2Uと12Vの中間の位相を中心にして前後に回転揺動
する。この回転揺動は、時間とともにその大きさを減
じ、そして前記中間の位相に吸引された磁極が一致した
位置において静止する。このロータ11の回転揺動、従
ってロータ位置の変動を示したものが図3(ロ)であ
る。なお、図3(ロ)においてPsはステータコイル1
2Uと12Vの中間位置を表す。ロータ11の回転揺動
と前記最大駆動電流Imaxによって発生した磁界との
相互作用によって、ステータコイル12Uと12Vの端
子には誘起電圧が発生する。この誘起電圧は前記端子間
電圧UVに加算されて線41、42を介して電流電圧検
出回路40の入力端に加えられる。電流電圧検出回路4
0は所定の処理を行ってロータ位置を表す検出電圧UV
aを発生させる。このロータ位置を表す検出電圧UVa
は図3(ハ)に示す如く変動する。
【0017】この検出電圧UVaは検出電圧信号45と
して入出力インターフェイスI/O34を介してCPU
31に読み込まれ、CPU31は検出電圧UVaの変化
が静定判別しきい値電圧Esよりも小さいか否かを判断
し(104)、YESならば検出電圧UVaの変化が静
定判別しきい値時間Tsよりも大きいか否かを判断し
(105)、これもYESであれば静定完了(106)
となる。
【0018】静定完了後直ちにCPU31は入出力イン
ターフェイスI/O34を介して駆動回路20に制御信
号を与え、駆動回路20はステータコイル12U及び1
2Vに最小駆動電流Iminを供給し(107)、この
状態で起動信号44が制御回路30に入力されているか
否かを判断する(108)。その判断がYESであれ
ば、CPU31は駆動回路20に制御信号を与える。す
ると、駆動回路20は全てのステータコイル12U、1
2V及び12Wに最大駆動電流Imaxを供給し、回転
磁場を発生させ(109)、ロータ11の回転を開始さ
せる。ロータ11は時間とともに回転数が増加する。C
PU31は予め設定されたフリーラン開始時間に達した
か否かを判断し(110)、判断の結果がYESなら
ば、CPU31は駆動回路20に制御信号を与える。す
ると、駆動回路20は全てのステータコイル12U、1
2V及び12Wへの印加電圧をオフにして、ロータ11
をフリーランさせる(111)。
【0019】ロータ11をフリーランさせた状態で、本
発明の駆動装置はロータ位置の検出を行うのである。即
ち、この状態ではブラシレスモータ10は発電機として
機能しており、ステータコイル12U、12V及び12
Wの各端子間にはロータ11のフリーランによる回転運
動に対応した誘起電圧UV、UW及びWUが発生する。
これら誘起電圧は線41、42を介して電流電圧検出回
路40の入力端に加えられ、電流電圧検出回路40は所
定の処理を行ってロータ位置を表す検出電圧を発生させ
る。
【0020】これら検出電圧は検出電圧信号45として
入出力インターフェイスI/O34を介してCPU31
に読み込まれ、CPU31は検出電圧の変化から位相ず
れを所定の演算により検出し、これを監視し続け、検出
された位相ずれが目標の設定精度内に入ったか否か、従
ってロータ位置検出が終了したか否かを判断する(11
2)。判断の結果がYESであれば、CPU31は駆動
回路20に制御信号を与える。すると、駆動回路20は
全てのステータコイル12U、12V及び12Wに定常
駆動電流Inorを供給し、回転磁場を発生させ(11
3)、ロータ11の回転を開始させる。フリーランはこ
の時点で終了する。CPU31は、電流電圧検出回路4
0から入力されたロータ位置を表す検出電圧信号45に
基づいて回転磁場制御を行い、ロータ11の回転数Vが
定格回転数Vnorに達したか否かを判断する(11
4)。判断の結果がYESならば、これによってモータ
の起動・加速が完了する(115)。
【0021】本発明に係るブラシレスモータの駆動装置
は回路電源投入信号48を制御回路30に加えるように
したことを特徴とする。これにより、図2のフローチャ
ートに示すように回路電源投入直後、直ちににロータ位
置決めを行うようにした。更にロータ位置決めが完了し
た後、起動信号44が入力されるまでの間、ステータコ
イルに最大駆動電流Imaxを流し続けて無駄な電力を
消費したり発熱を招くことがないように、最大駆動電流
Imaxから最小駆動電流Iminに切り替えるように
した。最小駆動電流Iminは実験的に定めて与えられ
てもよいし、ロータ位置を表す検出電圧UVaの振動が
発生しないようにフィードバック制御を行ってもよい。
フィードバック制御によって偏差がゼロのときImin
はゼロになる。
【0022】また本発明に係るブラシレスモータの駆動
装置は、静定完了後に起動信号入力を確認し、先ず最大
駆動電流Imaxで回転磁界を発生させてモータに回転
運動を与え、設定値(開始時間と終了時間)で指定され
た時間だけフリーランを行うようにし、このフリーラン
期間中に効率よくロータ位置検出を行うようにしたこと
を特徴とする。即ち、このフリーラン期間中はブラシレ
スモータ10は発電機として機能しているから、電流電
圧検出回路40が検出するステータコイルの端子間電圧
は誘起電圧だけである。従って、従来例の場合に問題と
なった駆動トルクの変動むら等によるノイズは、本発明
に係る駆動装置においては生じない。
【0023】
【発明の効果】本発明に係るブラシレスモータの駆動装
置は、従来回路において制御回路のRAMに最小駆動電
流の格納部及びフリーラン設定値の格納部とを追加し、
且つ制御回路の入出力インターフェイスI/Oの入力ポ
ートに回路電源投入信号が加えらるようにしたものであ
るから、構成の複雑さも前記追加によるコストアップも
生じない。何よりも、ロータ静定後にフリーランさせな
がらロータ位置の検出を行うという段階を含む独特の起
動準備を行うものであるから、起動時に迅速且つ正確な
ロータ位置の検出が可能となり、起動準備期間中に無駄
な電力消費を削減するとともに発熱も押え、更に起動時
間の短縮を図ることができた。このような優れた効果を
有するので、本発明は、磁気軸受を備えモータダンピン
グの極めて小さいターボ分子ポンプ用ブラシレスモータ
の駆動装置として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るブラシレスモータの駆動装置の一
実施例回路図である。
【図2】本発明に係るブラシレスモータの駆動装置にお
けるモータ起動までの起動準備のフローチャートであ
る。
【図3】本発明に係るブラシレスモータの駆動装置にお
ける印加端子電圧、ロータ位置及び検出電圧の時間的変
化、並びにこれらの相互関係を示す図である。
【図4】従来のモータ駆動装置の一実施例回路図であ
る。
【図5】従来のモータ駆動装置におけるモータ起動まで
の起動準備のフローチャートである。
【図6】従来のモータ駆動装置における印加端子電圧、
ロータ位置及び検出電圧の時間的変化、並びにこれらの
相互関係を示す図である。
【符号の説明】
10 ブラシレスモータ 11 ロータ 12U、12V、12W ステータコイル 20 駆動回路 21、22、23、24、25、26 半導体スイッ
チ 27 駆動電圧 30 制御回路 31 CPU 32 ROM 33 RAM 33a 静定判別しきい値電圧Esの格納部 33b 静定判別しきい値時間Tsの格納部 33c 位置検出成否判断基準値の格納部 33d 定格回転数の格納部 33e 最大駆動電流Imaxの格納部 33f 定常駆動電流Inorの格納部 33g 最小駆動電流Iminの格納部 33h フリーラン設定値の格納部 33j 設定回転数Vsの格納部 34 入出力インターフェイスI/O 35 データバス 40 電流電圧検出回路 41、42,43 線 44 起動信号 45 端子電圧信号 46 ステータコイル電流信号 47 制御信号線 48 回路電源投入信号

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 永久磁石が取り付けられたロータ、複数
    相のステータコイルを有するステータ、所定の通電タイ
    ミングに従ってステータコイルに駆動電流を供給する駆
    動回路、ステータコイルの電流電圧検出回路及びこの電
    流電圧検出回路の検出電圧を利用してロータ位置検出信
    号を得ると共にこの位置検出信号に基づいて通電タイミ
    ングを決定して前記駆動回路を制御する制御回路とから
    なるブラシレスモータの駆動装置において、回路電源投
    入後直ちにステータコイルの1相に最大駆動電流を供給
    し、前記電流電圧検出回路の検出電圧の変動に基づいて
    静定を行うようにしたことを特徴とするブラシレスモー
    タの駆動装置。
  2. 【請求項2】 ロータの静定後に全てのステータコイ
    ルに最大駆動電流を供給してロータを回転させ、予め設
    定した時間後に駆動電流の供給を停止してフリーランを
    行わせながらロータ位置の検出を行うようにしたことを
    特徴とする請求項1のブラシレスモータの駆動装置。
  3. 【請求項3】 永久磁石形ロータ、複数相のステータ
    コイルを有するステータ、所定の通電タイミングに従っ
    てステータコイルに駆動電流を供給する駆動回路、ステ
    ータコイルの電流電圧検出回路及びこの電流電圧検出回
    路の検出電圧を利用してロータ位置検出信号を得ると共
    にこの位置検出信号に基づいて通電タイミングを決定し
    て前記駆動回路を制御する制御回路とからなるブラシレ
    スモータの駆動装置において、回路電源投入後直ちにス
    テータコイルの1相に最大駆動電流を供給し、前記電流
    電圧検出回路の検出電圧の変動に基づいて静定を行う第
    1段階、静定完了後直ちにステータコイルの1相に供給
    している最大駆動電流を最小駆動電流に切り替え、起動
    信号入力があるまで保持する第2段階、起動信号入力が
    あると直ちに全てのステータコイルに最大駆動電流を供
    給し、予め設定した時間後に駆動電流の供給を停止して
    フリーランを行わせ、位相ずれと設定精度とを比較する
    第3段階、及び位相ずれが設定精度以内に達するとフリ
    ーランを終了させ、最大駆動電流を定常駆動電流に切り
    替える第4段階とからなる一連の起動準備を行うように
    したことを特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
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