JPS611290A - Starting method of brushless dc motor - Google Patents
Starting method of brushless dc motorInfo
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- JPS611290A JPS611290A JP59119989A JP11998984A JPS611290A JP S611290 A JPS611290 A JP S611290A JP 59119989 A JP59119989 A JP 59119989A JP 11998984 A JP11998984 A JP 11998984A JP S611290 A JPS611290 A JP S611290A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は回転子位置検出を電機子巻線端子電圧を利用し
て行なう形式のブラシレス直流モータの起動法に係り、
特に、モータ駆動源のインバータを起動時のみ他制式と
して同期モータとして起動させる低周波同期起動方式を
採用する場合の起動の確実化を図ったブラシレス直流モ
ータの起動法に関する。[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a method for starting a brushless DC motor in which rotor position is detected using armature winding terminal voltage.
In particular, the present invention relates to a method for starting a brushless DC motor that ensures reliable starting when a low frequency synchronous starting method is adopted in which the inverter of the motor drive source is used as a synchronous motor only at the time of starting.
回転子位置検出信号を、回転子の軸端側にホール素子な
どの位置検出センサを設けないで、電機子巻線の端子電
圧からフィルタ回路を介して得る方式のブラシレス直流
モータの技術は特開昭５２−８０４１５号公報に開示さ
れている。この種のブラシレス直流モータでは、起動時
には電機子巻線に誘起電圧が発生していないから、回転
子位置検出信号が発生する回転数までは、何らかの手段
で起動する必要がある。この起動方法として、ブラシレ
ス直流モータの駆動源に用いているインバータを、起動
時のみ他制式とし、同期モータとして起動させる、いわ
ゆる低周波同期起動法が特開昭５８−２９３８０号公報
に示され、同期モータが停止状態であることを検出した
後、起動を行なう技術が開示されている。The technology of a brushless DC motor in which the rotor position detection signal is obtained from the terminal voltage of the armature winding via a filter circuit without installing a position detection sensor such as a Hall element on the shaft end of the rotor has been disclosed in Japanese Patent Application It is disclosed in Publication No. 52-80415. In this type of brushless DC motor, since no induced voltage is generated in the armature winding at the time of startup, it is necessary to start the motor by some means until the rotation speed reaches the point at which the rotor position detection signal is generated. As a starting method, a so-called low-frequency synchronous starting method is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-29380, in which the inverter used as the drive source of the brushless DC motor is set to a different mode only at the time of starting, and the motor is started as a synchronous motor. A technique has been disclosed in which a synchronous motor is started after detecting that it is in a stopped state.
しかしながら、停止状態にある同期モータを起動するの
に、同期モータの電機子巻線に流す巻線電流と、同期モ
ータに加わる負荷トルクの大きさとの関連については何
ら考慮されていなかった。However, when starting a synchronous motor in a stopped state, no consideration was given to the relationship between the winding current flowing through the armature winding of the synchronous motor and the magnitude of the load torque applied to the synchronous motor.
さらには、低周波同期起動を確実に行なうためには、負
荷トルクに応じて巻線電流の大きさを変える必要がある
が、一般に負荷トルクの大きさは未知であり、種々の負
荷トルクに応じて確実に起動させることは従来困難であ
った。Furthermore, in order to ensure low frequency synchronous startup, it is necessary to change the magnitude of the winding current according to the load torque, but the magnitude of the load torque is generally unknown, and it is necessary to change the magnitude of the winding current according to the load torque. Conventionally, it has been difficult to reliably start the device.
本発明の目的は、従来技術での上記した問題点を解消し
、負荷トルクの大きさにかかわらず、低周波同期起動を
確実に行ないうるブラシレス直流モータの起動法を提供
することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for starting a brushless DC motor that eliminates the above-mentioned problems in the prior art and can ensure low-frequency synchronous starting regardless of the magnitude of load torque.
本発明の概要は、上記目的を達成するために、モータ駆
動源として用いている３相イ／バータを他制式として運
転する期間内に限って、電機子巻線に流れる電流を、３
摺電機子巻線への通電開始直後の少なくとも１つの通電
モード（電気角６０度）の期間に、同期モータとしての
最大出力トルクに対応する電流値まで徐々に高める起動
法とするにある。The outline of the present invention is to achieve the above object by reducing the current flowing through the armature windings to three phases only during the period when the three-phase i/verter used as a motor drive source is operated as a differential mode.
The starting method is to gradually increase the current value to a value corresponding to the maximum output torque of the synchronous motor during at least one energization mode (electrical angle of 60 degrees) immediately after the start of energization to the sliding armature winding.
即ち１．低周波同期起動中において、同期モータの最大
出力トルクをＴＭＸとすると、電機子巻線には同期モー
タのトルク定数（出力トルク／巻線電流）に見合った巻
線電流を流せば、加速トルクＴａ ｔと負荷トルクＴＬ
との和が上記最大出力トルクＴＭＸ以下の場合に、同期
モータは脱調しないで加速することが可能となる。しか
しながら、同期モータに加わる負荷トルクに対して、出
力トルクが過大となるほどの巻線電流を流すと、以下の
現象が生じて起動失敗となる。低周波同期起動の開始直
後、最初に通電する６０度の巻線通流モードにおいて、
電機子巻線に流す電光が負荷トルクに対応する以上に過
大であると、任意の位置に停止していた回転子は、上記
通流モードで出力トルクが零となる位置の方向に回転し
、慣性トルクによりその位置を行き過ぎ、通流モードに
は無関係に回転しつづけ、上記任意の停止位置によって
は、希望とする回転方向とは逆方向に回転をつづける。Namely 1. During low-frequency synchronous startup, if the maximum output torque of the synchronous motor is TMX, if a winding current commensurate with the torque constant (output torque/winding current) of the synchronous motor is passed through the armature winding, the acceleration torque Ta can be increased. t and load torque TL
When the sum of the above maximum output torque TMX or less, the synchronous motor can be accelerated without stepping out. However, if a winding current that is large enough to cause an excessive output torque with respect to the load torque applied to the synchronous motor is passed, the following phenomenon occurs and startup failure occurs. Immediately after the start of low frequency synchronous startup, in the first 60 degree winding current mode,
If the lightning applied to the armature winding is too large to correspond to the load torque, the rotor, which had stopped at an arbitrary position, will rotate in the direction of the position where the output torque is zero in the above-mentioned current flow mode, It overshoots that position due to inertial torque and continues to rotate regardless of the flow mode, and depending on the above arbitrary stop position, continues to rotate in the opposite direction to the desired rotation direction.
以上の問題点を解決するのに、本発明は前述した方法を
採用するもので、これにより、出力トルクが零となる位
置に、−たん、回転子を移動して固定した後、通流モー
ドを変化して加速するようにしたものである。In order to solve the above problems, the present invention adopts the method described above, whereby the rotor is moved and fixed at a position where the output torque becomes zero, and then the flow mode is set. It is designed to change and accelerate the speed.
以下、本発明の一実施例を第１図〜第４図を用いて説明
する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 4.
第１図は本発明の起動法によって起動されるブラシレス
直流モータの全体構成を示したもので、交流電源ｌから
整流彎路２及び平滑コンデンサ３を介して直流電圧Ｅｄ
を得てインバータ４に供給し、このインバータ４の３相
交流出力が、同期モータ５の電機子巻線５−１に印加さ
れて、永久磁石を界磁とする回転子５−２を駆動する。FIG. 1 shows the overall configuration of a brushless DC motor started by the starting method of the present invention.
The three-phase AC output of the inverter 4 is applied to the armature winding 5-1 of the synchronous motor 5 to drive the rotor 5-2 whose field is a permanent magnet. .
インバータ４は、６個のトランジスタＡ ＋ 、 Ｂ＋
。Inverter 4 includes six transistors A + and B+
.
Ｃ”、／Ｍ、Ｂ−、Ｃ−と６個の還流ダイオードＤｉ〜
１）６から構成きれる。１２０度通電形のインバータで
、３相の電機子巻線のうちいずれかの２相が通電される
。また上記６個のトランジスタのうち、直流電圧Ｅｄの
正電位側に接続されたトランジスタＡ１〜Ｃ＋のみが、
その１２０度の通流期間がチョッパ信号ＣＨＰＫより変
調を受け、このチョッパ信号ＣＨＰＯ通流率を変え、巻
線電流を制御する。さらに、直流電圧Ｅａの負電位ライ
ン側のトランジスタ八−〜Ｃ−の共通エミッタ端子と、
還流ダイオードＤ４〜Ｄ６の共通アノード端子間に低抵
抗Ｒ，１が接続され、この低抵抗Ｒ１に流れる電流ＩＬ
を電機子巻線に流れる巻線電流として、低抵抗Ｒ，ｌの
電圧降下から検出する。C'', /M, B-, C- and six freewheeling diodes Di~
1) It can be composed of 6. In a 120-degree energizing type inverter, any two phases of the three-phase armature winding are energized. Also, among the six transistors mentioned above, only the transistors A1 to C+ connected to the positive potential side of the DC voltage Ed are
The 120 degree conduction period is modulated by the chopper signal CHPK to change the conduction rate of the chopper signal CHPO and control the winding current. Furthermore, a common emitter terminal of transistors 8- to C- on the negative potential line side of the DC voltage Ea,
A low resistance R,1 is connected between the common anode terminals of the free-wheeling diodes D4 to D6, and a current IL flows through this low resistance R1.
is the winding current flowing through the armature winding, and is detected from the voltage drop across low resistances R and l.
制御回路は、ジノグルチップのマイクロコンピュータ７
、同期モータ５の回転子５−２の磁極位置を検出する位
置検出回路６、同期モータ５の巻線電流ＩＬを希望値Ｉ
Ｄ几に制御する電流制限回路８、及びトランジスタＡ＋
〜Ｃ”、Ａ−〜Ｃ−のベースドライブ回路９から構成さ
れる装置検出回路６は、特開昭５２−８０４１５号公報
に開示されている位置検出回路であり、同期モータ５の
電様子巻線端子電圧ＶＡ−ＶＣより、フィルタ回路（図
示せず）を介して回転子磁極位置に応じた位置検出信号
６５を作って出力する。マイクロコンピュータ７は、例
えばＨＤ６８０５Ｖ１ のようなシングルチップのもの
を用い、ＣＰＵやＡＬＵ７−４、ＲＡＭ７−５．ＲＯＭ
７−６、タイマ７−７、入出力ポート用レジスタ７−１
〜７〜３が内蔵される。ＲＯＭ７−６には、ブラシレス
直流モータを駆動するに必要な各種処理、例えば低周波
同期起動のためのトランジスタに対するドライブ信号９
５の出力や、位置検出運転を行なうための、位置検出信
号６５の取り込み、その位置検出信号に対応したドライ
ブ信号９５の出力などのプログラムが記憶されている。The control circuit is a Jinoglu chip microcomputer 7.
, a position detection circuit 6 that detects the magnetic pole position of the rotor 5-2 of the synchronous motor 5, and a desired value I of the winding current IL of the synchronous motor 5.
A current limiting circuit 8 that controls the D level and a transistor A+
The device detection circuit 6 composed of the base drive circuits 9 of ~C'' and A~C- is a position detection circuit disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 52-80415. A position detection signal 65 corresponding to the rotor magnetic pole position is generated and output from the line terminal voltage VA-VC via a filter circuit (not shown).The microcomputer 7 is a single-chip one such as HD6805V1. CPU, ALU7-4, RAM7-5.ROM
7-6, timer 7-7, input/output port register 7-1
-7-3 are built-in. The ROM 7-6 stores various processes necessary to drive the brushless DC motor, such as drive signals 9 for transistors for low frequency synchronous startup.
Programs such as the output of 5, the capture of a position detection signal 65 for position detection operation, and the output of a drive signal 95 corresponding to the position detection signal are stored.
第２図は第１図中の電流制限回路８の詳細回路図である
。電流制限回路８は、増幅器１ｏ、ヒステリシス特性を
有するコンパレータ１１及びＤ／Ａ変換器１２から構成
される。増幅器１ｏは、前述の低抵抗Ｒ１の電圧降下を
増幅して電流検出値ＶＩＬとして出力する。Ｄ／Ａ変換
器１２は、マイクロコンピュータ７内の出力ポートレジ
スタ７−２を介して出力される８ビツトの電流希望値Ｉ
ＤＲをアナログ量であるアナログ電流希望値ＩＤＲＡに
変換する。コンパレータ１１にて電流検出値ＶＩＬとア
ナログ電流希望値ＩＤＲＡとが比較され、チョッパ信号
ＣＨＰが作成され、巻線電流■Ｌが電流希望値ＩＤＨに
応じて制御される。なお、Ｒ２−Ｒ６はそれぞれ図示位
置に挿入配置されている抵抗である。FIG. 2 is a detailed circuit diagram of the current limiting circuit 8 in FIG. 1. The current limiting circuit 8 includes an amplifier 1o, a comparator 11 having hysteresis characteristics, and a D/A converter 12. The amplifier 1o amplifies the voltage drop across the low resistance R1 mentioned above and outputs it as a current detection value VIL. The D/A converter 12 receives an 8-bit desired current value I outputted via the output port register 7-2 in the microcomputer 7.
DR is converted into an analog current desired value IDRA, which is an analog quantity. The current detection value VIL and the analog current desired value IDRA are compared in the comparator 11, a chopper signal CHP is created, and the winding current ■L is controlled according to the current desired value IDH. Note that R2 to R6 are resistors inserted at the positions shown in the figure.
以上の回路構成において、本実施例起動法は以下のよう
に動作する。In the above circuit configuration, the startup method of this embodiment operates as follows.
第３図（ａ）は、低周波同期起動の期間内において、イ
ンバータ４を構成する６個のトランジスタの通流モード
を、（ｂ）はアナログ電流希望値ＩＤＲ，Ａを、（Ｃ）
は同期モータ５の回転数を、それぞれ示している。低周
波同期起動では、マイクロコンピュータ７のプログラム
処理によシ、マイクロコンピュータ内蔵のタイマ７−７
を用いて、インバータ４の出力周波数の１サイクルに対
する６０度の時間を、第３図（ａ）のように、通流モー
ト２ごとに短かくすることにより、同期モータ５を加速
する。FIG. 3(a) shows the conduction mode of the six transistors making up the inverter 4 within the period of low frequency synchronous startup, (b) shows the analog current desired value IDR,A, and (C)
indicate the rotational speed of the synchronous motor 5, respectively. In low frequency synchronous startup, the program processing of the microcomputer 7 is performed, and the built-in timer 7-7 of the microcomputer is activated.
The synchronous motor 5 is accelerated by shortening the 60 degree time for one cycle of the output frequency of the inverter 4 for each current motor 2 as shown in FIG. 3(a).
第３図（ａ）に示した期間Δｔ１は位置決め期間であり
、この期間において、電流希望値ＩＤＲを苓アンペアか
ら、同期モータとして出力すべき最大トルクに相当する
最大電流希望値まで、第３図（ｂ）のように、徐々に増
加させる。この結果、同期モータに加わる負荷トルク′
ｆＬに出力トルクＴＭが打ち勝つ時点で、回転子は回転
を開始する。The period Δt1 shown in FIG. 3(a) is a positioning period, and during this period, the desired current value IDR is changed from 100 amperes to the maximum desired current value corresponding to the maximum torque that should be output as a synchronous motor. Increase gradually as in (b). As a result, the load torque ′ applied to the synchronous motor is
At the point in time when the output torque TM overcomes fL, the rotor starts rotating.
第４図（ａ）は上記位置決め期間における金線電流の通
流径路と回転子の最終移動位置を示したもので、ａ相巻
線の巻線軸より反時計方向に３０度の位置をθ＝０とし
て示している。第４図（ｂ）は回転角度を横軸に、同期
モータの出力トルクＴＭを縦軸に示したもので、同期モ
ータの空隙の磁束密度分布が台形波状でろって、回転子
が時計方向に回転するトリクの方向を正方向トルクとし
ている。Fig. 4(a) shows the flow path of the gold wire current and the final moving position of the rotor during the above positioning period, where θ = 30 degrees counterclockwise from the winding axis of the a-phase winding. It is shown as 0. Figure 4(b) shows the rotation angle on the horizontal axis and the output torque TM of the synchronous motor on the vertical axis.The magnetic flux density distribution in the air gap of the synchronous motor is trapezoidal, and the rotor moves clockwise. The direction of the rotating torque is defined as the positive torque.
上記位置決め期間において、ａ相巻線からｂ相巻線に電
流を流せば、電機子巻線による磁束方向はθ＝０であり
、回転角度に対する出力トルクＴＭは、第４図（ｂ）の
ように、巻線電流の増加とともに増大する。しかしなが
ら、θ＝０では出力トルクは零でるり、負荷トルクＴＭ
に打ち勝って回転を開始した回転子はθ−０の近傍で巻
線電光の大きさには無関係に停止する。During the above positioning period, if current flows from the a-phase winding to the b-phase winding, the magnetic flux direction due to the armature winding is θ = 0, and the output torque TM with respect to the rotation angle is as shown in Fig. 4 (b). increases with increasing winding current. However, when θ=0, the output torque is zero and the load torque TM
The rotor, which has overcome this and started rotating, stops near θ-0, regardless of the magnitude of the winding lightning.
第３図（Ｃ）は以上の様子を示したもので、負荷トルク
小の場合には、位置決め期間の早い時点に回転を開始し
、前述のθ＝０の近傍で振動するも、一方向に回転しつ
づけることはない。一方、負荷トルク大の場合に、位置
決め期間の遅い時点に回転を開始するも、θ＝Ｏの近傍
で振動することなく停止する。Figure 3 (C) shows the above situation. When the load torque is small, rotation starts early in the positioning period, and although it oscillates near the aforementioned θ = 0, it continues in one direction. It doesn't keep spinning. On the other hand, when the load torque is large, the rotation starts at a late point in the positioning period, but stops near θ=O without vibration.
上述の実施例では、ｔ−０の時点に回転子の位置が第４
図で示すθ−−１８０度の位置にある場合には、電流希
望値勿増加しても、出力トルクは零であシ、θ＝−０の
位置にまで移動させることができない。しかし、（のよ
うな状態が存在し得るものに本発明を適用する場合には
、第３図（ａ）で示すΔｔ２の期間を第２の位置決め期
間として、この期間にも電流希望値を零アンペア相当か
ら徐々に増加することによシ解決できる。In the above embodiment, the rotor position is at the fourth position at time t-0.
In the case of the position shown in the figure at .theta.--180 degrees, even if the desired current value increases, the output torque is zero and it is not possible to move the motor to the position of .theta.=-0. However, when the present invention is applied to a device where a state such as () may exist, the period of Δt2 shown in FIG. This can be solved by gradually increasing from the ampere equivalent.
また、上記実施例は、マイクロコンピュータ７により電
流希望値ＩＤ几を出力する構成としたことにより、位置
決め期間中の電流希望値の増加パターンを第３図（ｂ）
に示したような直線的に増加するパターン以外にも、使
用する同期モータまたは負荷トルクの種類に応じて、自
由に設定できる利点がある。Furthermore, in the above embodiment, the microcomputer 7 outputs the desired current value ID, so that the increase pattern of the desired current value during the positioning period is shown in FIG. 3(b).
In addition to the linearly increasing pattern shown in , there is an advantage that it can be set freely depending on the type of synchronous motor or load torque used.
以上説明したようＫ、本発明によれば、低周波同期起動
の期間において、巻線電流を最小値から徐々に増加させ
るようにしたことにより、負荷トルクの大きさにかかわ
らず、同期モータの出力トルクがその負荷トルクより＾
くなる時点に回転子は回転を始めて、出力トルクが零と
なる回転角度の近傍で停止する。このため、負荷トルク
の大きさに無関係に確実に位置決めが行なわれ、それ以
降、インバータ出力周波数を保々に高めて同期モータを
加速しても、脱調することが無い。As explained above, according to the present invention, the winding current is gradually increased from the minimum value during the low frequency synchronous startup period, so that the synchronous motor outputs regardless of the magnitude of the load torque. Torque is greater than the load torque ^
The rotor starts rotating at the point where the output torque becomes zero, and stops near the rotation angle at which the output torque becomes zero. Therefore, positioning is performed reliably regardless of the magnitude of the load torque, and even if the synchronous motor is accelerated by constantly increasing the inverter output frequency thereafter, there will be no step-out.
第１図は本発明の詳細な説明用の全体構成図、第２図は
第１図中の一部詳細回路図、第３図〜第４図は本発明実
施例の動作説明図で第３図（ａ）はトランジスタの通流
モード、（ｂ）は電流希望値、（Ｃ）ハ同期モータの回
転数、第４図（ａ）は巻線電流の径路と回転子の最終移
動位置、（ｂ）は回転角度と同期モータ出力トルクとの
関係をそれぞれ示す図である。
２・・・整流回路、４・・・インバータ、５・・・同期
モータ、５−１・・・電機子巻線、５−２・・・回転子
、６・・・位置検出回路、７・・・マイクロコンピュー
タ、８・・・電に制限回路、９・・・ベースドライブ回
路、ＩＯ・・・増幅器、１１・・・コンパレータ、１２
・・・Ｄ／Ａ変換器。FIG. 1 is an overall configuration diagram for detailed explanation of the present invention, FIG. 2 is a detailed circuit diagram of a part of FIG. 1, and FIGS. Figure 4 (a) shows the conduction mode of the transistor, (b) the desired current value, (C) the rotation speed of the synchronous motor, and Figure 4 (a) shows the path of the winding current and the final moving position of the rotor. b) is a diagram showing the relationship between the rotation angle and the synchronous motor output torque. 2... Rectifier circuit, 4... Inverter, 5... Synchronous motor, 5-1... Armature winding, 5-2... Rotor, 6... Position detection circuit, 7... ...Microcomputer, 8...Electric limiter circuit, 9...Base drive circuit, IO...Amplifier, 11...Comparator, 12
...D/A converter.
Claims (1)
ータの３相交流出力に接続した上記同期モータの３相電
機子巻線の端子電圧より上記回転子の回転位置を検出す
る位置検出回路を備え、上記同期モータを停止状態から
起動するに際し上記インバータを他制式として運転する
形式のブラシレス直流モータにおいて、前記電機子巻線
に流れる電流を、前記インバータを他制式として運転す
る期間に限って、３相電機子巻線への通電開始直後の少
なくとも１つの６０度の通電モードの期間に同期モータ
としての最大出力トルクに対応する電流値まで徐々に高
めることを特徴とするブラシレス直流モータの起動法。1. A synchronous motor with a permanent magnet as a field rotor, and a position detection circuit that detects the rotational position of the rotor from the terminal voltage of the 3-phase armature winding of the synchronous motor connected to the 3-phase AC output of the inverter. In the brushless DC motor, the inverter is operated as a differential mode when the synchronous motor is started from a stopped state, and the current flowing through the armature winding is limited to a period when the inverter is operated as a differential mode. , starting of a brushless DC motor, characterized in that the current is gradually increased to a value corresponding to the maximum output torque as a synchronous motor during at least one 60 degree energization mode period immediately after the start of energization of the three-phase armature windings. Law.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP59119989A JP2533472B2 (en) | 1984-06-13 | 1984-06-13 | Method of starting brushless DC motor |
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ID=14775145
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