JPH09149681A - ブラシレス直流モータの駆動装置 - Google Patents

ブラシレス直流モータの駆動装置

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JPH09149681A
JPH09149681A JP7325015A JP32501595A JPH09149681A JP H09149681 A JPH09149681 A JP H09149681A JP 7325015 A JP7325015 A JP 7325015A JP 32501595 A JP32501595 A JP 32501595A JP H09149681 A JPH09149681 A JP H09149681A
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JP
Japan
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motor
current
waveform pattern
current waveform
brushless
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Pending
Application number
JP7325015A
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English (en)
Inventor
Shinsuke Endo
慎介 遠藤
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Ebara Densan Ltd
Original Assignee
Ebara Densan Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ホール効果素子等の磁極位置検出装置を用い
ることなく、又負荷の大小にかかわらず脱調を起こすこ
となく安定にブラシレス直流モータを駆動できる駆動装
置を提供する。 【解決手段】 モータが有する複数相の巻線に順次通電
パルスを印加する複数のスイッチング回路と、該スイッ
チング回路が任意の周波数及び通電パルス電圧を前記巻
線に供給するようにパルス幅変調するパルス幅変調回路
と、前記モータ巻線に流れるモータ電流を検出するモー
タ電流検出回路と、前記検出したモータ電流の波形パタ
ーンを記憶する記憶装置と、あらかじめ各種の負荷に対
応した電流波形パターンを記憶した記憶装置と、前記検
出した電流波形パターンとあらかじめ記憶した前記電流
波形パターンとを比較する手段と、該比較した結果に基
づいて前記モータ巻線に供給する通電パルス電圧を調整
する制御手段とを備えた直流ブラシレスモータを駆動す
る際、転流の度にモータ電流値を検出し、そのパターン
より直流印加電圧を制御しながらモータを駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ブラシレス直流モ
ータの駆動装置に係り、特にホールセンサなどの磁極検
知装置を用いることなく、転流信号を生成し、負荷に応
じた最適な電圧でロータを回転させる駆動装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】ブラシレス直流モータは、複数相の巻線
を備えた固定子と,N・S極の複数の磁極を備えたロー
タとからなり、複数相の巻線にスイッチング電流を供給
することにより固定子に回転磁界を形成して、ロータを
その回転磁界に同期回転させている。そして、ロータの
磁極位置を検出するためにホール素子などの磁極検知装
置を設け、その信号から巻線に通電する通電パルス電圧
の転流信号を得ていた。この巻線に通電する通電パルス
電圧の転流信号の生成は、その駆動装置の出力線に電力
半導体スイッチング素子を備え、該スイッチング素子の
開閉を制御する半導体制御回路により行われていた。
【0003】しかしながら、ポンプなどをブラシレス直
流モータで駆動する際に、モータ内の温度や圧力の上昇
等のある使用環境においては、半導体を用いた磁極検知
装置が誤動作して、円滑な転流動作に支障をきたすとい
う問題が生じていた。そこで、温度上昇の影響等を受け
易いホール効果素子の使用を避け、モータの回転中、固
定子巻線のなかで通電されていない空きコイルに発生す
る逆起電圧から磁極位置検出信号の代替になる信号を検
出する方式が、ブラシレス直流モータの駆動装置に用い
られてきている。
【0004】通常、ブラシレス直流モータの駆動装置で
は、モータ巻線に印加する直流電圧の大きさは、直流電
源電圧の通電パルスを形成し、その通電パルスをパルス
幅変調してデューティを変えることにより、任意の実効
的な通電パルス電圧を変化させている。しかしながら、
モータの空きコイルに発生する逆起電圧を検出して通電
パルスの切り替えタイミング信号を生成する場合、上述
したパルス幅変調のチョッピングによって、検出した逆
起電圧に振動状の電圧が重畳し、タイミング信号を誤検
知し易いという問題があった。
【0005】尚、上述した逆起電圧以外の転流タイミン
グ信号の検出方式としては、モータ電流波形の形状から
転流タイミング信号を生成することが、中村・工藤・花
井の各氏による「永久磁石同期電動機の力率≒1制御法
について」(平成2年電気学会産業応用部門全国大会)
と題する論文に発表されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した事情
に鑑みて為されたもので、ホール素子等の磁極位置検出
装置を用いることなく、モータ固定子巻線に通電パルス
を供給して、磁極を備えたロータを円滑に回転駆動する
ことができるブラシレス直流モータの駆動装置を提供す
ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のブラシレス直流
モータの駆動装置は、モータが有する複数相の巻線に順
次通電パルスを印加する複数のスイッチング回路と、該
スイッチング回路が任意の周波数及び通電パルス電圧を
前記巻線に供給するようにパルス幅変調するパルス幅変
調回路と、前記モータ巻線に流れるモータ電流を検出す
るモータ電流検出回路と、前記検出したモータ電流の波
形パターンを記憶する記憶装置と、あらかじめ各種の負
荷に対応した電流波形パターンを記憶した記憶装置と、
前記検出した電流波形パターンとあらかじめ記憶した前
記電流波形パターンとを比較する手段と、該比較した結
果に基づいて前記モータ巻線に供給する通電パルス電圧
を調整する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【0008】また、前記電流波形パターンの比較は、1
個の電流波形パターンに対して、前半部と後半部の2点
で行うことを特徴とする。
【0009】上述した本発明の構成によれば、あらかじ
め各種の負荷に対応した電流波形パターンを記憶してお
き、検出された電流波形パターンと比較する。そして、
比較結果に基づいて巻線に供給する通電パルスの大きさ
をパルス幅変調回路でデューティを変えることによって
調整する。このような調整を繰り返すことにより、ロー
タが固定子側の回転磁界に完全に同期した最適の通電パ
ルスを得ることができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例について添付図面を
参照しながら説明する。
【0011】図1は、本発明のブラシレス直流モータの
全体結線図の一例である。符号1は三相商用交流電源で
ある。この電源1は、全波整流ダイオードブリッジ回路
2によって整流され、電解コンデンサ3によってその電
圧が平滑化され、直流電圧源となる。ここで生成された
直流電圧は、パワートランジスタ等の半導体電力素子4
a,4b,4c,4d,4e,4fでチョッピングする
ことで、直流モータ5の巻線コイル6に通電パルスとし
て供給される。通電パルスは、電力素子4a,4b,4
c,4d,4e,4fのゲートに図2に示す駆動パルス
の印加で形成される。この通電パルスにより、モータ固
定子には回転磁界が生成される。モータが正常に回転し
ている時には、巻線U,V,Wには、図3に示す電圧波
形が生成される。ロータ7は、本実施例ではN,S、
N,Sの4極の磁極を備えた永久磁石の円板を備えてい
るため、固定子側の回転磁界に同期して回転する。
【0012】ここで図2及び3における通電パルスの1
区間Tが6区間(6T)で1周期を構成している。即
ち、区間Tは、モータの回転数の逆数に比例した関係に
ある。モータの起動時には区間Tは大きく、増速するに
従って、区間Tは小さくなる。又、通電パルスの高さ
(+V0、−V0)は、いずれも直流電源電圧がチョッピ
ングされたものであるが、1区間の通電パルスはパルス
幅変調された多数のパルスから構成されており、パルス
幅変調の度合(デューティ)を変更することにより、実
効的な通電パルスの高さ、即ち電圧値を変更することが
できる。
【0013】図4は、電流検出抵抗11に流れる各種の
電流波形を示す。最初の区間では、U相電圧が+V0
V相電圧が−V0なので、電流はU相からV相に流れ
る。同様に、次の区間では電流はU相からW相に流れ、
更に次の区間では電流はV相からW相に流れる。このよ
うに、電流検出抵抗11には、各区間毎に各相巻線に流
れる電流波形に対応した電圧波形が現れる。
【0014】この電流波形は、通電パルスの実効的に一
定な電圧に対して、負荷の大小により遅れ位相波形又は
進み位相波形となる。即ち、一定の通電パルス電圧に対
して負荷が重い場合には、固定子側の回転移動磁界に対
してロータは、その回転が遅れて同期しており、電流波
形Aに示すパターンとなる。また、一定の通電パルス電
圧に対して負荷が適正である場合には、固定子側の回転
移動磁界に対してロータは、その回転が頂度同期してお
り、電流波形Bに示すパターンとなる。また、一定の通
電パルス電圧に対して負荷が軽い場合には、固定子側の
回転移動磁界に対してロータは、その回転が進んで同期
しており、電流波形Cに示すパターンとなる。
【0015】モータ巻線に流れる負荷電流は電流検出抵
抗11によって検出され、マイクロプロセッサ8に入力
され、記憶装置12に一時的に記憶される。また、マイ
クロプロセッサ8内の記憶装置(ROM)9には図4の
(A)のような遅れ位相の電流波形パターンと、(B)
のような遅れも進みもない電流波形パターンと、(C)
のような進み位相の電流波形パターンを予め各種の通電
パルス電圧に対応して記憶させておく。また、それぞ
れ、通電パルス電圧増加、通電パルス電圧減少の制御を
行うデータも記憶させておく。
【0016】このような構成の装置において、図2のよ
うな所定の駆動パターンでスイッチング回路の通電切り
替えを行うことで、モータには図3に示す各相の相電圧
が形成されて、ロータが回転する。モータの起動時に
は、ある低い一定の周波数の通電パルスで駆動する。こ
の時の1区間の時間Tは、マイクロプロセサ8内のタイ
マを用いて計測する。即ち、起動時の回転数が設定され
ると、1区間の時間Tが演算により求められる。この時
間Tをタイマで計測して、転流を行う。例えば、図2の
実施例では、時間T経過後にスイッチング素子4eをO
FFとして、スイッチング素子4fをONとする。これ
により次の時間Tがスタートする。
【0017】このような転流動作と同時にタイマをセッ
トし、次にタイマの値がTの1/4経過した時(T1
に一区間の前半部の電流値を検出する。この電流値はA
/D変換した後、記憶装置に記憶させる。次に、Tの3
/4経過した時(T2)に同様に一区間の後半部の電流
値を計測し、記憶装置に記憶する。この2点のパターン
と予め記憶させていたパターンとをマイクロプロセサ8
内の比較装置で比較する。即ち、あらかじめ記憶してあ
る頂度同期してある電流波形(B)に対して、遅れ位相
となっているか、進み位相となっているか、又遅れと進
みの程度をあらかじめ記憶した電流波形と比較して判定
する。
【0018】そして、遅れ位相である場合には、通電パ
ルス電圧に対して負荷が重いと考えられるので、通電パ
ルス電圧を上昇させる。又、進み位相である場合には、
通電パルス電圧に対して負荷が軽いと考えられるので、
通電パルス電圧を下降させる。通電パルス電圧の上昇又
は下降は、通電パルス自体が多数のパルス幅変調された
パルスの集合であることから、パルス幅変調の程度(デ
ューティ)を変えることによって容易に行うことができ
る。そして、この巻線に流れる負荷電流波形パターン
の検出、基準となる各電流波形との比較判定、この
判定結果に基づいて通電パルス電圧を負荷の大小に応じ
て調整する、というプロセスを各区間T毎に繰り返す。
こうした制御を行うことで、ロータと転流タイミングが
同期するように、現在の指令回転数に相当する、最適な
通電パルス電圧に調整することができる。
【0019】前述した制御を行うことで、ロータと転流
タイミングの位相が同期し、負荷によって脱調すること
なくモータを回転駆動することができる。モータ回転数
を上昇、下降させるときは、前記制御を行いながら、区
間タイマTを徐々に増減させることで実現できる。ま
た、回転数を一定の割合で上昇させたいときは、前述し
た制御を行いながらある一定の割合でTを減少させるこ
とで実現できる。また回転数を一定の割合で下降させた
いときは、前述した制御を行いながらある一定の割合で
Tを増加させることで実現できる。
【0020】本実施例は、パルス幅変調回路及び電流検
出、比較回路等をマイクロプロセッサを利用して実現し
た1実施例であり、各々の必要な機能を他のハードウエ
アを利用して実現した方式においても同様な効果が得ら
れることは勿論のことである。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、以上のような制御によ
って、負荷の変動によって脱調することなく、又ホール
素子等の温度の影響を受け易い部材を用いることなく、
ブラシレス直流モータを安定に駆動することができる。
また、負荷電流波形を基準となる電流波形と比較するの
に、1区間において2点のみの電流値の測定及び比較で
行える。このため、マイクロプロセッサの負担が減り、
処理速度の遅い安価なプロセッサでも本発明を実施する
ことができる。総じて本発明によれば、ブラシレス直流
モータを安定に運転できる駆動装置を比較的低コストで
提供できる。もちろん2点に限定せずに数点についての
動作も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のブラシレス直流モータの全
体的な回路図。
【図2】スイッチング回路における、電力素子のゲート
駆動パターンの波形図。
【図3】各相巻線に供給される通電パルスの波形図。
【図4】各相巻線に流れる電流の波形図。
【符号の説明】
1 交流電源 2 ダイオードブリッジ 3 平滑用コンデンサ 4a〜4f 電力素子 5 ブラシレス直流モータ 6 固定子巻線 7 ロータ 8 マイクロプロセッサ 9 ROM 10 ゲート駆動回路 11 電流検出用抵抗 12 記憶装置

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 モータが有する複数相の巻線に順次通電
    パルスを印加する複数のスイッチング回路と、該スイッ
    チング回路が任意の周波数及び通電パルス電圧を前記巻
    線に供給するようにパルス幅変調するパルス幅変調回路
    と、前記モータ巻線に流れるモータ電流を検出するモー
    タ電流検出回路と、前記検出したモータ電流の波形パタ
    ーンを記憶する記憶装置と、あらかじめ各種の負荷に対
    応した電流波形パターンを記憶した記憶装置と、前記検
    出した電流波形パターンと前記あらかじめ記憶した電流
    波形パターンとを比較する手段と、該比較した結果に基
    づいて前記モータ巻線に供給する通電パルス電圧を調整
    する制御手段とを備えたことを特徴とするブラシレス直
    流モータの駆動装置。
  2. 【請求項2】 前記電流波形パターンの比較は、1個
    の電流波形パターンに対して、前半部と後半部の2点で
    行うことを特徴とする請求項1記載のブラシレス直流モ
    ータの駆動装置。
JP7325015A 1995-11-20 1995-11-20 ブラシレス直流モータの駆動装置 Pending JPH09149681A (ja)

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JP7325015A Pending JPH09149681A (ja) 1995-11-20 1995-11-20 ブラシレス直流モータの駆動装置

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103684107A (zh) * 2013-12-05 2014-03-26 广西桂林宇川光电科技有限公司 利用步进马达控制信号驱动直流马达的转换电路及其方法

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20040413