JPH07111795A - ブラシレス直流モータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転数や負荷トルクに応じて通電位相のずれ
を補正する。 【構成】 マイクロコンピユータ１２は所定の演算プロ
グラムに従い、タイマ７及び記憶部８からタイマ値や位
相補正値を読み込むとともに、回転子１の回転数を演算
する。回転数及びトルク検出部９の検出した負荷トルク
に応じて、位置検出信号Ｄ１〜Ｄ３を補正する補正位相
値をマップから読み出し、該補正位相値に相当する時間
を演算する。そして、この時間により補正した位置検出
信号Ｄ１〜Ｄ３に基づいて出力する６相の通電切換信号
Ｊ１〜Ｊ６を前記通電切換回路３へ出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転子の位置検出をセ
ンサレスで行うブラシレス直流モータの制御装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】特公平５−３４９１６号公報には、積分
回路を使用してブラシレス直流モータをセンサレス駆動
する方法が開示されている。この方法は図１０に示す位
置検出回路により回転子の位置を検出して、図１１に示
す位置検出信号Ｄ１〜Ｄ３の各エッジで、通電切換信号
Ｊ１〜Ｊ６を切換えると、通電位相角が前記位置検出信
号Ｄ１〜Ｄ３と同一になることを利用したものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法では前記位置検出信号Ｄ１〜Ｄ３の位相が回転数及び
負荷トルクにより変動し、これに伴って前記通電切換信
号Ｊ１〜Ｊ６の位相が変動する。この原因として回転数
が低い場合は、前記図１０に示す回路Ｆ１の出力φａ〜
φｃが図１２で示すφＴの如き特性を有するためであ
る。また、回転数が高い場合は、位置検出回路に組込ま
れたコンデンサＣ１〜Ｃ３の影響で、前記φＴの位相が
更に遅れる。負荷トルクが高い場合は、前記位置検出回
路へ入力される電圧Ｖａ〜Ｖｃに現れるスパイク電圧の
幅ｄφ（図１３参照）が広くなって、位置検出信号Ｄ１
〜Ｄ３の位相が（−）側に移行してしまうためである。
尚、負荷トルクが低い場合は、スパイク電圧の幅ｄφが
狭いため問題にならない。上記したように、従来方法で
は通電位相にずれが生じ、回転数や負荷トルクに応じて
モータ効率が変動して、最悪の場合はモータが駆動でき
なくなるという問題点がある。本発明は上記問題点を解
決するためになされたもので、回転数や負荷トルクに応
じて通電位相のずれを補正するようにしたブラシレス直
流モータの制御装置を提供することを目的とするもので
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明のブラシレス直流モータの制御装置は、図１
（ａ）に示すように永久磁石式の回転子の位置を検出す
る回転子位置検出手段１００と、該回転子位置検出手段
１００の出力に応じて複数の電機子巻線に対する通電を
切換える通電切換手段１０１とを備え、前記回転子の回
転制御を行うブラシレス直流モータの制御装置におい
て、前記回転子の回転数を検出する回転数検出手段１０
２と、該回転数検出手段１０２の出力する回転数に応じ
て、前記回転子位置検出手段１００の出力を補正する補
正手段１０３とを備えたことを特徴とする。また、図１
（ｂ）に示すように永久磁石式の回転子の位置を検出す
る回転子位置検出手段１００と、該回転子位置検出手段
１００の出力する位置に応じて複数の電機子巻線に対す
る通電を切換える通電切換手段１０１とを備え、前記回
転子の回転制御を行うブラシレス直流モータの制御装置
において、前記回転子の回転数を検出する回転数検出手
段１０２と、前記回転子の負荷トルクを検出するトルク
検出手段１０４と、該トルク検出手段１０４の出力する
負荷トルクと前記回転数検出手段１０２の出力する回転
数とに基づいて、前記回転子位置検出手段１００の出力
を補正する補正手段１０５とを備えたことを特徴とす
る。

【０００５】

【作用及び発明の効果】上記構成のブラシレス直流モー
タの制御装置は、回転数に応じて補正手段１０３が補正
した回転子位置検出手段１００の出力する回転子の位置
に基づいて、通電切換手段１０１が複数の電機子巻線に
対する通電を切換え、前記回転子の回転制御を行うもの
で、全ての回転数領域において一定の通電タイミングで
回転制御を行うことができる。また、回転数と負荷トル
クとに応じて補正手段１０５が補正した回転子位置検出
手段１００の出力する回転子の位置に基づいて、通電切
換手段１０１が複数の電機子巻線に対する通電を切替
え、前記回転子の回転制御を行うもので、全ての回転数
領域及び負荷トルクの範囲において一定の通電タイミン
グで回転制御を行うことができる。

【０００６】

【実施例】図２は本発明に係るブラシレス直流モータの
制御装置の概略構成を示したブロック図である。図にお
いて１は１磁極対の永久磁石によって構成された回転子
であり、３相のコイル２ａ，２ｂ，２ｃに界磁磁束を鎖
交させている。３はコイル２ａ，２ｂ，２ｃへの通電を
切換える通電切換回路であって、第１の駆動トランジス
タ３ａ，３ｂ，３ｃ及び第２の駆動トランジスタ３ｄ，
３ｅ，３ｆと、第１のダイオード４ａ，４ｂ，４ｃ及び
第２のダイオード４ｄ，４ｅ，４ｆとから構成され、後
記するマイクロコンピユータ１２が出力する通電切換信
号により、直流電源５からコイル２ａ，２ｂ，２ｃへの
電流路及びコイル２ａ，２ｂ，２ｃから直流電源５への
電流帰路を切換える。

【０００７】６は回転子１の回転位置を検出する位置検
出部である。該位置検出部６は回転子１が所定速度以上
で回転しているとき、３相コイル２ａ，２ｂ，２ｃの各
Ａ端子、Ｂ端子及びＣ端子に現れる逆起電力Ｖａ，Ｖ
ｂ，Ｖｃにより回転子１の回転位置を検出して、該回転
位置に応じた位置検出信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を出力す
る。７はタイマであり、フリーランニングタイマと位置
検出信号Ｄ１〜Ｄ３が変化した瞬間のタイマ値を記憶装
置８に転送する転送部とからなる。記憶装置８は補正位
相値をマップとして記憶するマップ記憶部と、タイマ７
のタイマ値を記憶するタイマ記憶部からなる。９はトル
ク検出部であって、トルクセンサ１０により回転子１の
負荷トルクを検出する。トルク検出は、電源回路１１に
介装した電流計１１ａで読み取った電流値を負荷トルク
に変換するようにしてもよい。前記タイマ７及び記憶部
８は、それぞれバスによりマイクロコンピユータ１２と
接続されている。

【０００８】マイクロコンピユータ１２は所定の演算プ
ログラムに従い、前記タイマ７及び記憶部８からタイマ
値や位相補正値を読み込むとともに回転子１の回転数を
演算する。この回転数及びトルク検出部９の検出した負
荷トルクに応じて前記位置検出信号Ｄ１〜Ｄ３を補正す
る補正位相値をマップから読み出し、該補正位相値に相
当する時間を演算する。そして、この時間により補正し
た位置検出信号Ｄ１〜Ｄ３に基づいて出力する６相の通
電切換信号Ｊ１〜Ｊ６を前記通電切換回路３へ出力す
る。この通電切換信号Ｊ１〜Ｊ６により、第１の駆動ト
ランジスタ３ａ，３ｂ，３ｃ及び第２の駆動トランジス
タ３ｄ，３ｅ，３ｆが切換制御されて、コイル２ａ，２
ｂ，２ｃへの通電を制御する。

【０００９】図３は前記記憶部８のマップ記憶部に記憶
される補正位相値のマップの内容を示したものである。
回転数や負荷トルクに影響される回転子１の位置検出信
号Ｄ１〜Ｄ３の位相のずれ量は、該回転数や負荷トルク
の関係から一義的に決定される。従って、補正位相値の
マップは、回転数と負荷トルクによる２次元マップとな
る。位置検出信号Ｄ１〜Ｄ３に対し「位相進み」若しく
は「位相遅れ」の補正を行って、通電切換信号Ｊ１〜Ｊ
６を出力するタイミングを制御すれば、常に一定の通電
位相角を得ることができる。

【００１０】図４は、回転子１の位置検出信号Ｄ１〜Ｄ
３と「位相遅れ」補正を行った場合の通電切換信号Ｊ１
〜Ｊ６のタイムチャートである。この場合は、位置検出
信号Ｄ１〜Ｄ３の立ち上がり及び立ち下がりの各エッジ
（図中ｔ１〜ｔ１１の箇所）が入力された後、回転子１
の回転数と負荷トルクに応じてマップの補正位相値を読
み込み、その補正位相値に相当する時間経過後に通電切
換信号Ｊ１〜Ｊ６をそれぞれオン・オフすればよい（図
中ｔ１′〜ｔ１１′）。

【００１１】また、図５は回転子１の位置検出信号Ｄ１
〜Ｄ３と「位相進み」補正を行った場合の通電切換信号
Ｊ１〜Ｊ６のタイムチャートである。この場合は、位置
検出信号Ｄ１〜Ｄ３の立ち上がり及び立ち下がりの各エ
ッジ（図中ｔ１〜ｔ１１の箇所）が入力されるタイミン
グより、通電切換信号Ｊ１〜Ｊ６を出力するタイミング
の方が時間的に早くなるため、「予測制御」を行う必要
がある。「予測制御」を行うためには、まず位置検出信
号Ｄ１〜Ｄ３の立ち上がり及び立ち下がりの各エッジが
生じた時間を履歴として記憶する。そして、回転子１の
回転数と負荷トルクに応じてマップの補正位相値を読み
込み、その補正位相値に相当する時間を、記憶された履
歴に加えたタイミングで通電切換信号Ｊ１〜Ｊ６をそれ
ぞれオン・オフすればよい（図中ｔ２′〜ｔ１１′の箇
所）。上記「予測制御」の場合、記憶する履歴は特定す
る必要はない。例えば図４の「ｔ９′」のタイミングで
通電制御を行う場合、以下に示すように無数のパターン
が考えられる。

【００１２】（パターン１）タイミング「ｔ７」から
「ｔ８」間の時間差を「ｔ′」とし、これに補正位相値
に相当する時間（この場合（−）時間となる）を加えて
「ｔ″」とする。「ｔ８」のタイミングに「ｔ″」を加
え、「ｔ９′」のタイミングを演算し、通電切換信号Ｊ
１〜Ｊ６を「ｔ９′」のタイミングでオン・オフする。
そして、以上の処理をタイミング「ｔ１０′」以降につ
いて繰り返す。

【００１３】（パターン２）タイミング「ｔ６」から
「ｔ８」間の時間差を「ｔ′」とし、これに補正位相値
に相当する時間（この場合（−）時間となる）を加えて
「ｔ″」とする。「ｔ７」のタイミングに「ｔ″」を加
え、「ｔ９′」のタイミングを演算し、通電切換信号Ｊ
１〜Ｊ６を「ｔ９′」のタイミングでオン・オフする。
そして、以上の処理をタイミング「ｔ１０′」以降につ
いて繰り返す。

【００１４】（パターン３）タイミング「ｔ２」から
「ｔ３」間の時間差を「ｔ′」とし、これに補正位相値
に相当する時間（この場合（−）時間となる）を加えて
「ｔ″」とする。「ｔ８」のタイミングに「ｔ″」を加
え、「ｔ９′」のタイミングを演算し、通電切換信号Ｊ
１〜Ｊ６を「ｔ９′」のタイミングでオン・オフする。
そして、以上の処理をタイミング「ｔ１０′」以降につ
いて繰り返す。

【００１５】上記「予測制御」は、「位相進み」補正の
みならず「位相遅れ」補正にも適用できる。従って、
「位相進み」及び「位相遅れ」に拘わらず「予測制御」
を行うことにより、制御方法が統一されて有効となる。
この場合、上記したように無数存在するパターンの中の
どれを選択するかが、回転子１の回転むらとの関係で問
題となる。しかし、この回転むらは回転子１の同一回転
角度つまり同一位相においては、ほとんど等しくなる。
例えば前記図４及び図５において、「ｔ１」〜「ｔ７」
で回転子１が１回転する２極モータの場合、１回転前の
「ｔ１」から「ｔ２」までの時間と、次の回転の「ｔ
７」から「ｔ８」の時間とはほとんど等しくなる。従っ
て、「予測制御」で使用する履歴は、回転子１の１回転
前のものを使用すればよい。具体的には、図４，図５の
「ｔ９′」のタイミングを求める場合は、回転位相が同
一となるタイミング「ｔ２」から「ｔ３」間の時間差を
求める前記（パターン３）を選択すればよい。

【００１６】図６は、位置検出信号Ｄ１〜Ｄ３とタイマ
７及び記憶装置８との関係を示したものである。図６
（ａ）は位置検出信号Ｄ１〜Ｄ３の変化とそのときのタ
イミングが自動的に転送されて格納される記憶装置８の
アドレスを示し、同図（ｂ）はタイマ７に関する記憶装
置８の構成を示したもので、「Ｍ１」〜「Ｍ６」及び
「Ｎ１」〜「Ｎ６」はアドレスを示し、「ｍ１」〜「ｍ
６」及び「ｎ１」〜「ｎ６」はそれぞれ格納されている
内容を示す。

【００１７】図７は上記（パターン３）を実施するため
のフローチャートである。該フローチャートはマイクロ
コンピュータ１２の処理により実行される。処理がスタ
ートすると、ステップ１０でタイマ７及び記憶装置８の
内容をクリアし、タイマ７をスタートさせる初期設定を
行う。ステップ１１では、一定時間コイルの特定相に通
電し回転子１の位置を固定する位置決めを行う。続いて
ステップ１２で他制運転のためのタイマ設定を行う他制
運転処理を行う。ステップ１３では通電切換信号Ｊ１〜
Ｊ６を前記図１１に示すタイミングで出力する。「ｔ
１」〜「ｔ１１」の各タイミングは、タイマ７を使用し
て予め設定したシーケンスに従い制御する。ここでは通
電切換信号Ｊ１〜Ｊ６は、位置検出信号Ｄ１〜Ｄ３の入
力とは無関係に出力する。「ｔ１」〜「ｔ１１」の各タ
イミングが判定され、各タイミング毎にステップ１４へ
進み、出力した通電切換信号Ｊ１〜Ｊ６の内容で更新す
る。

【００１８】ステップ１５で、上記通電切換信号Ｊ１〜
Ｊ６の内容に従い記憶装置８のアドレス「Ｎ１」〜「Ｎ
６」の記憶内容を更新する（アドレス「Ｎ１」〜「Ｎ
６」には回転子１の１回転前の位置検出信号Ｄ１〜Ｄ３
の立ち上がり及び立ち下がりの各エッジ（図１１のｔ１
〜ｔ１１のタイミングが入力される）。そして、この記
憶内容の更新は、図８に従って行われる。ステップ１６
では回転子１が２回転以上回転したかを判定する。回転
子１が２回転以上回転しないと、アドレス「Ｎ１」〜
「Ｎ６」の記憶内容が定まらないためである。回転子１
が２回転以上回転したと判定するとステップ１７で、回
転子１が所定回転数に達したことを判定し、他制運転を
終了し自制運転に移行する。

【００１９】ステップ１８では、自制運転のためのタイ
マを設定するとともに、他制運転終了時の通電切換信号
Ｊ１〜Ｊ６の内容から、次に通電切換信号Ｊ１〜Ｊ６の
内容を変更するタイミング（図４及び図５の「ｔ１′」
〜「ｔ１１′」）を設定する自制運転処理を行う。この
タイミングの設定は、補正位相値のマップ（図３）から
回転子１の回転数及び負荷トルクに応じた補正位相値を
読み込んで図９に従って行われる。図８に示した補正項
は、補正項＝補正位相値／（３×回転数×ｐ）で計算さ
れる（但しｐはモータの極数である）。

【００２０】ステップ１９では、設定した各タイミング
「ｔ１′」〜「ｔ１１′」が判定され、ステップ２０で
は各タイミング毎に出力される通電切換信号Ｊ１〜Ｊ６
の内容（図４及び図５に示すパターン）で記憶内容を更
新する。続いてステップ２１では、更新された通電切換
信号Ｊ１〜Ｊ６の内容から、次に通電切換信号Ｊ１〜Ｊ
６の内容を変更するタイミング（図４及び図５の「ｔ
１′」〜「ｔ１１′」）を設定する。このタイミングの
設定は、補正位相値のマップ（図３）から回転子１の回
転数及び負荷トルクに応じた補正位相値を読み込んで図
９に従って行われる。

【００２１】続くステップ２２では、更新された通電切
換信号Ｊ１〜Ｊ６の内容に従い記憶装置８のアドレス
「Ｎ１」〜「Ｎ６」の記憶内容を更新する（アドレス
「Ｎ１」〜「Ｎ６」には回転子１の１回転前の位置検出
信号Ｄ１〜Ｄ３の立ち上がり及び立ち下がりの各エッジ
（図１１のｔ１〜ｔ１１の箇所）のタイミングが入力さ
れる）。この記憶内容の更新は、図８に従って行われ
る。そして、ステップ１９に戻ってステップ２２までの
処理を繰り返す。

【００２３】上記フローチャートに従う実際の動作を、
図４のタイムチャートを参照して以下に具体的に説明す
る。但し、自制運転に移行してから少なくとも回転子１
が１回転しているものとする。ここでステップ２０の処
理で通電切換信号Ｊ１〜Ｊ６の内容を「ｔ８′」の状態
にしたとする。ステップ２１の処理では、図９に従い次
のタイミング「ｔ９′」を次式から求める。 ｔ９′＝ｍ１＋ｎ３−ｎ１＋補正項 ＝ｔ７＋ｔ３−ｔ１＋補正項 そして、ステップ２２では図８に従い「ｔ７」のタイミ
ングをアドレス「Ｎ１」に待避し、回転子１の１回転前
のタイミングを記憶しておく。

【００２４】続いてステップ１９に戻り、「ｔ９′」の
タイミングになったか否かを判定する。ステップ２１で
図９に従い次のタイミング「ｔ１０′」を次式から求め
る。 ｔ１０′＝ｍ２＋ｎ４−ｎ２＋補正項 ＝ｔ８＋ｔ４−ｔ２＋補正項 そしてステップ２２では、図８に従い「ｔ８」のタイミ
ングをアドレス「Ｎ２」に待避し、回転子１の１回転前
のタイミングを記憶しておく。

【００２５】以後上記動作を繰り返せば、回転子１の位
置補正は可能となり、低速回転領域では駆動できなくな
ることもなく、モータの負荷トルクと回転数の影響によ
り通電位相角がずれ、効率が低下する等を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】クレーム対応図である。

【図２】ブラシレス直流モータの制御装置の概略構成を
示したブロック図である。

【図３】補正位相値のマップの内容を示した図である。

【図４】位相遅れ補正の場合のタイムチャートである。

【図５】位相進み補正の場合のタイムチャートである。

【図６】位置検出信号とタイマ及び記憶装置との関係を
示した図である。

【図７】補正処理の概略を示したフローチャートであ
る。

【図８】記憶内容の変更を示した説明図である。

【図９】補正のためのタイミング設定を示した説明図で
ある。

【図１０】位置検出回路図である。

【図１１】従来の補正しない場合のタイムチャートであ
る。

【図１２】回転数及び負荷トルクと出力位相との関係を
示した特性図である。

【図１３】位置検出回路への入力に現れるスパイク電圧
を示した波形図である。

【符号の説明】

１ 回転子 ２ａ，２ｂ，２ｃ コイル ３ 通電切換回路 ６ 位置検出部 ７ タイマ ８ 記憶装置 ９ トルク検出部 １０ トルクセンサ １２ マイクロコンピュータ １００ 回転子位置検出手段 １０１ 通電切換手段 １０２ 回転数検出手段 １０３，１０５ 補正手段 １０４ トルク検出手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石式の回転子の位置を検出する回
   転子位置検出手段と、該回転子位置検出手段の出力に応
   じて複数の電機子巻線に対する通電を切換える通電切換
   手段とを備え、前記回転子の回転制御を行うブラシレス
   直流モータの制御装置において、 前記回転子の回転数を検出する回転数検出手段と、該回
   転数検出手段の出力する回転数に応じて、前記回転子位
   置検出手段の出力を補正する補正手段とを備えたことを
   特徴とするブラシレス直流モータの制御装置。
2. 【請求項２】 永久磁石式の回転子の位置を検出する回
   転子位置検出手段と、該回転子位置検出手段の出力に応
   じて複数の電機子巻線に対する通電を切換える通電切換
   手段とを備え、前記回転子の回転制御を行うブラシレス
   直流モータの制御装置において、 前記回転子の回転数を検出する回転数検出手段と、前記
   回転子の負荷トルクを検出するトルク検出手段と、該ト
   ルク検出手段の出力する負荷トルクと前記回転数検出手
   段の出力する回転数とに基づいて、前記回転子位置検出
   手段の出力を補正する補正手段とを備えたことを特徴と
   するブラシレス直流モータの制御装置。