JPH03207250A - ブラシレス直流電動機の位置検出 - Google Patents
ブラシレス直流電動機の位置検出Info
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- JPH03207250A JPH03207250A JP2256784A JP25678490A JPH03207250A JP H03207250 A JPH03207250 A JP H03207250A JP 2256784 A JP2256784 A JP 2256784A JP 25678490 A JP25678490 A JP 25678490A JP H03207250 A JPH03207250 A JP H03207250A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/20—Arrangements for starting
- H02P6/22—Arrangements for starting in a selected direction of rotation
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/14—Electronic commutators
- H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
- H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
- H02P6/185—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using inductance sensing, e.g. pulse excitation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
- Brushless Motors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[PA連出願に対する相互参照]
本発明は、アメリカ合衆国特許出願、第115゜268
号、1987年10月30日出願、に示されているよう
な電動機に於て、有用である。
号、1987年10月30日出願、に示されているよう
な電動機に於て、有用である。
[産業上の利用分野]
本発明はブラシレス電動機に対して使用される方法並び
に装置に関し、電動機停止中に、ボール素子の様な既知
の回転子位置検出要素を使用することなく、回転子の位
置検出を行うことを可能とする。ここに提出されている
方法は、永久磁石または直流電流励磁巻線で生成される
励磁磁束を有する、いかなる形式の電動機にも適用でき
る。
に装置に関し、電動機停止中に、ボール素子の様な既知
の回転子位置検出要素を使用することなく、回転子の位
置検出を行うことを可能とする。ここに提出されている
方法は、永久磁石または直流電流励磁巻線で生成される
励磁磁束を有する、いかなる形式の電動機にも適用でき
る。
[従来の技術]
簡単に述べたように、ブラシレス電動機は回転子の磁極
の位置が、回転子の軸に直接結合されている検出器に依
って検出されるものである。検出された位置に応じて、
トランジスタ、サイリスタ等の様な半導体スイッチ素子
が、電動機内に連続的にトルクを発生するようにオンオ
フされる。界磁巻線または多素子永久磁石が回転子とし
て、使用されている。
の位置が、回転子の軸に直接結合されている検出器に依
って検出されるものである。検出された位置に応じて、
トランジスタ、サイリスタ等の様な半導体スイッチ素子
が、電動機内に連続的にトルクを発生するようにオンオ
フされる。界磁巻線または多素子永久磁石が回転子とし
て、使用されている。
トルクは固定子または界磁巻線に、回転子を動かすよう
なトルク誘導磁束を順番に発生するような電流を供給し
て生成される。直流電流は、界磁巻線に対して交互に切
り替えられ、同期された方向の磁束を発生するような種
々の電流経路を生成する。この様に発生された磁束は、
結果として電動機内のトルクとなり、これは希望する回
転運動を引き起こす。電e*の位相と適合した電流の供
給を確実にするために、回転子の位置に関する情報を提
供するための検出装置が使用される。典型的には、この
情報はホール検出器、光学式検出器またはレゾルバ−の
様な装置を介して得られる。
なトルク誘導磁束を順番に発生するような電流を供給し
て生成される。直流電流は、界磁巻線に対して交互に切
り替えられ、同期された方向の磁束を発生するような種
々の電流経路を生成する。この様に発生された磁束は、
結果として電動機内のトルクとなり、これは希望する回
転運動を引き起こす。電e*の位相と適合した電流の供
給を確実にするために、回転子の位置に関する情報を提
供するための検出装置が使用される。典型的には、この
情報はホール検出器、光学式検出器またはレゾルバ−の
様な装置を介して得られる。
これらの種々の装置は、絶対位置を与えるのではなく、
ひとつの電気的周期の中で回転子の相対位置を知るのに
十分な情報を与える。従ってこれらの装置を使用して、
どの様な場合でも電動機を正しい方向に始動するように
、励起させることが可能である。
ひとつの電気的周期の中で回転子の相対位置を知るのに
十分な情報を与える。従ってこれらの装置を使用して、
どの様な場合でも電動機を正しい方向に始動するように
、励起させることが可能である。
これらの中で、一番良く知られていてまた一番良く一般
的に使用されており、特に経済性及び小型化が非常に重
要な電動機ではホール検出器である。しかしながら、ホ
ール素子の位置は非常に厳密に固定されなければならな
い。さらにホール素子の熱抵抗温度には制限があるため
、もしも電動機の負荷が重くなったときには、電動機の
特性の劣化が発生する。これらの検出装置の別の問題は
、これらの方がそれが使用されている対象装置よりも故
障し易いということである。従って、ホール素子は、検
出器を組み込んだ装置全体の信頼性に重大な影響を与え
る。また、これらの検出装置を電動機のIFI造自体に
組み込むことは、電動機の寸法、価格、複雑さおよび電
力消費量を増大させる。
的に使用されており、特に経済性及び小型化が非常に重
要な電動機ではホール検出器である。しかしながら、ホ
ール素子の位置は非常に厳密に固定されなければならな
い。さらにホール素子の熱抵抗温度には制限があるため
、もしも電動機の負荷が重くなったときには、電動機の
特性の劣化が発生する。これらの検出装置の別の問題は
、これらの方がそれが使用されている対象装置よりも故
障し易いということである。従って、ホール素子は、検
出器を組み込んだ装置全体の信頼性に重大な影響を与え
る。また、これらの検出装置を電動機のIFI造自体に
組み込むことは、電動機の寸法、価格、複雑さおよび電
力消費量を増大させる。
また、多数のリード配線を各々のホール効実装置に接続
し、ホール素子が検出した情報を電動機の殻の外部にあ
るマイクロプロセッサまたは同等の装置に、取り出すよ
うにしなければならない。
し、ホール素子が検出した情報を電動機の殻の外部にあ
るマイクロプロセッサまたは同等の装置に、取り出すよ
うにしなければならない。
検出器を必要としない、多くの具なる間接式位置検出法
が開発されている。例えば、今までのところ開示されて
いる方法で、直接または間接的な逆起電力検出法は、以
下の通りである、V、O,ヘアー[永久磁石ステップ電
動機内逆起電力の直接検出」漸増動作制御システムおよ
び装置、シンポジウム、ウルバナ・キャンベイン(Sy
sposiu+g。
が開発されている。例えば、今までのところ開示されて
いる方法で、直接または間接的な逆起電力検出法は、以
下の通りである、V、O,ヘアー[永久磁石ステップ電
動機内逆起電力の直接検出」漸増動作制御システムおよ
び装置、シンポジウム、ウルバナ・キャンベイン(Sy
sposiu+g。
Urbana−Champaign) 、1983年、
頁219−221およびに、M、キング(Kin(1)
r ステy 7電動機制御」合衆国特許筒4.136
.308号、1979年1月23日付;また電流分析に
関しての開示は、 B、C,クオ(KLIO) 、A
、 カザート(Cassat)による[可変磁気抵抗
ステップ電動機に於1)る電流検出」、漸増動作制御シ
ステムおよび装置、第6回年次シンポジウム、ウルバナ
・キャンペイン、1977年、頁205−220 :ま
たは、第三高調波分析に関しての開示は、P、フエラ’
) )、 (Ferraris)、A、パガティ(Va
aati)、F。
頁219−221およびに、M、キング(Kin(1)
r ステy 7電動機制御」合衆国特許筒4.136
.308号、1979年1月23日付;また電流分析に
関しての開示は、 B、C,クオ(KLIO) 、A
、 カザート(Cassat)による[可変磁気抵抗
ステップ電動機に於1)る電流検出」、漸増動作制御シ
ステムおよび装置、第6回年次シンポジウム、ウルバナ
・キャンペイン、1977年、頁205−220 :ま
たは、第三高調波分析に関しての開示は、P、フエラ’
) )、 (Ferraris)、A、パガティ(Va
aati)、F。
ビラタ(Villata)による、rPMブラシレス電
動機:11気的異方性を有する回転子を備えた自己整流
特性J In5tituto di Elettrch
ePolitecnico di Torino、It
alia、およびR,オセニ(Osseni) r同期
式電動機に於ける自己整流のモデル化JEPFL−第7
67 1989年に示されている。しかしながらこれら
の方法は、停止中の回転子の位置に関する情報は与えな
い。もしも電気的駆動装置のスイッチが切られていて、
回転子が回っていない場合は、固定子の位相に関する実
際の位置を知ることは出来ない。従って、スイッチが投
入された時点で、電動機は正しい方向に始動するか、間
違った方向に始動するか、わからない。これが問題とは
ならない応用例も多いがも知れないが、例えばディスク
駆動装置内のスピンドル電動機を駆動するような応用例
では、この様な間違った方向への始動は、許容できない
。
動機:11気的異方性を有する回転子を備えた自己整流
特性J In5tituto di Elettrch
ePolitecnico di Torino、It
alia、およびR,オセニ(Osseni) r同期
式電動機に於ける自己整流のモデル化JEPFL−第7
67 1989年に示されている。しかしながらこれら
の方法は、停止中の回転子の位置に関する情報は与えな
い。もしも電気的駆動装置のスイッチが切られていて、
回転子が回っていない場合は、固定子の位相に関する実
際の位置を知ることは出来ない。従って、スイッチが投
入された時点で、電動機は正しい方向に始動するか、間
違った方向に始動するか、わからない。これが問題とは
ならない応用例も多いがも知れないが、例えばディスク
駆動装置内のスピンドル電動機を駆動するような応用例
では、この様な間違った方向への始動は、許容できない
。
検出器を使用せずに始動位置を決定するための試みが、
英国特許EPA251,785号に開示されている。こ
の方法に依れば、短い電流パルスが電動機の各々の電力
相に供給され、結果として流れる電動機電流を測定して
、最大強度の応答パルスに基づいて回転子の位置情報が
決定される。
英国特許EPA251,785号に開示されている。こ
の方法に依れば、短い電流パルスが電動機の各々の電力
相に供給され、結果として流れる電動機電流を測定して
、最大強度の応答パルスに基づいて回転子の位置情報が
決定される。
しかしながら、異なる相から返って来るパルス閤の差は
非常に小さく、温度、相インダクタンス、相抵抗間の違
い、または比較的高周波を使用するために生じる渦電流
に影響される。
非常に小さく、温度、相インダクタンス、相抵抗間の違
い、または比較的高周波を使用するために生じる渦電流
に影響される。
[発明の目的と要約]
本方沫並びに装置は、位置検出をひとつの電気的周期の
中で、π/m電気的ラジアン(ここでmは回転子の相の
数)の精度で行い、確実に正しい方向へ始動するために
十分な情報を提供する。
中で、π/m電気的ラジアン(ここでmは回転子の相の
数)の精度で行い、確実に正しい方向へ始動するために
十分な情報を提供する。
またはニステップの間開ループで電動機を始動した後、
回転子を正しい方向に始動し、閉ループモードに切り替
えて、本技術分野で既に良く知られている動的間接位置
検出を使用する。
回転子を正しい方向に始動し、閉ループモードに切り替
えて、本技術分野で既に良く知られている動的間接位置
検出を使用する。
更に詳細には、始動時に於ける位置決定は、短い電流パ
ルスを電動機の興なる相に注入することに依ってなされ
、各々の相または相の対は、まずある極性のパルスで励
磁された後、次に逆極性のパルスで励磁される。同じ相
または相の対に注入されたパルスの電流差の符号が検出
される。これらの試験を停止中の電動機の異なる相また
は相の対に対して順番に実施することにより、結果の表
が作られて、これは電動様相に対する回転子の位置をは
っきりとさせる。次にまた、同一の表は、電動機を適切
な方向に信頼性を持って確実に始動するためには、どの
極性の電流が各々の相に対して供給されるべきであるか
も定める。
ルスを電動機の興なる相に注入することに依ってなされ
、各々の相または相の対は、まずある極性のパルスで励
磁された後、次に逆極性のパルスで励磁される。同じ相
または相の対に注入されたパルスの電流差の符号が検出
される。これらの試験を停止中の電動機の異なる相また
は相の対に対して順番に実施することにより、結果の表
が作られて、これは電動様相に対する回転子の位置をは
っきりとさせる。次にまた、同一の表は、電動機を適切
な方向に信頼性を持って確実に始動するためには、どの
極性の電流が各々の相に対して供給されるべきであるか
も定める。
この方法は、結果としてte機の異なる相の飽和レベル
を間接的に検出する。このやり方を使用することにより
、温度が電気的時定数に与える影響および、巻線パラメ
ータ内の考えられ得る変化の違いが、電動機位置の最終
検出に影響を与えないような形で測定が実施される。こ
の方法は、正しい方向への始動を保証し、逆振動を発生
することなく電動機を正しい方向に始動させる能力を提
供する。
を間接的に検出する。このやり方を使用することにより
、温度が電気的時定数に与える影響および、巻線パラメ
ータ内の考えられ得る変化の違いが、電動機位置の最終
検出に影響を与えないような形で測定が実施される。こ
の方法は、正しい方向への始動を保証し、逆振動を発生
することなく電動機を正しい方向に始動させる能力を提
供する。
本発明のその他の特徴並びに長所は、添付図を参照した
以下の開示内容に依って明かとなろう。
以下の開示内容に依って明かとなろう。
[実施例]
例えばブラシレス電動機の様な、永久磁石または励起巻
線を有する有極電動機はどの様なものでも、固定子およ
び回転子の飽和レベルを有する。
線を有する有極電動機はどの様なものでも、固定子およ
び回転子の飽和レベルを有する。
鉄磁石回路の飽和レベルの結果、相インダクタンスは回
転子位置の関数となる。本発明で取られている方法は、
相磁束対各々の対応する相に対する相電流を、以下に示
すパラメータが測定精度に影響を与えないやり方で測定
するものである:相内の抵抗値への温度の影響; 磁気回路内に生成されるインダクタンス園の比較的小さ
な差: 比較的高い周波数が、インダクタンスの測定に使用され
た場合に生じる、渦電流のような二次的な影響。
転子位置の関数となる。本発明で取られている方法は、
相磁束対各々の対応する相に対する相電流を、以下に示
すパラメータが測定精度に影響を与えないやり方で測定
するものである:相内の抵抗値への温度の影響; 磁気回路内に生成されるインダクタンス園の比較的小さ
な差: 比較的高い周波数が、インダクタンスの測定に使用され
た場合に生じる、渦電流のような二次的な影響。
以下に開示する方法およびこれを実施するために使用さ
れる装胃は、特に小電力電動機に於て、電動機の始動位
置を決定するための、確寅で効果的な方法を提供する。
れる装胃は、特に小電力電動機に於て、電動機の始動位
置を決定するための、確寅で効果的な方法を提供する。
電流が流れている電動機相巻線で構成された磁気回路の
中では、二つの効果が重ね合わされている:1)永久磁
束(または直流励振巻線磁束);および2)電流磁束で
ある。ある相内の合成磁束は、次のように表現できる: Vphase =VPM+L、 i [月こ
こでψ相 =相内の合成磁束 VPM=対応する相内に励振(永久磁石または直流電流
励振)によって生成 される、合成磁束 し =相のインダクタンス;[は電流1と電動機位置
αとの関数である =相内電流 従って、合成磁束、W相は、電流効果によって増減でき
、飽和レベルも修正できる。
中では、二つの効果が重ね合わされている:1)永久磁
束(または直流励振巻線磁束);および2)電流磁束で
ある。ある相内の合成磁束は、次のように表現できる: Vphase =VPM+L、 i [月こ
こでψ相 =相内の合成磁束 VPM=対応する相内に励振(永久磁石または直流電流
励振)によって生成 される、合成磁束 し =相のインダクタンス;[は電流1と電動機位置
αとの関数である =相内電流 従って、合成磁束、W相は、電流効果によって増減でき
、飽和レベルも修正できる。
もしも、ψ相>VPM、の場合は、磁気回路は電流i4
の加算効果によって更に飽和されており、対応するイン
ダクタンスは次のように書ける=L−1−Δし+
[2] ここでL =%f!が零の時の相インダクタンスΔL
”=電流が零から異なった場合(i+)の、インダクタ
ンスの増変化分 i+ −相内電流、正の磁束<tl’PMと同じ方向の
磁束)を生成する電流 一方、重相>WpM、の場合は、磁気回路は電流i−の
減算効果によって少ない方向に飽和しており、インダク
タンスは次のように書ける:し−L。+ΔL ’−[3
] ここでΔL =電流が零から異なった場合(i−の、イ
ンダクタンスの増変化分 i−=相内電流、負の磁束(vPMと反対方向の磁束)
を生成する電流 第1図は、電動機が停止状態にいる場合に考えられ得る
、二つの位置の場合を表わしている。
の加算効果によって更に飽和されており、対応するイン
ダクタンスは次のように書ける=L−1−Δし+
[2] ここでL =%f!が零の時の相インダクタンスΔL
”=電流が零から異なった場合(i+)の、インダクタ
ンスの増変化分 i+ −相内電流、正の磁束<tl’PMと同じ方向の
磁束)を生成する電流 一方、重相>WpM、の場合は、磁気回路は電流i−の
減算効果によって少ない方向に飽和しており、インダク
タンスは次のように書ける:し−L。+ΔL ’−[3
] ここでΔL =電流が零から異なった場合(i−の、イ
ンダクタンスの増変化分 i−=相内電流、負の磁束(vPMと反対方向の磁束)
を生成する電流 第1図は、電動機が停止状態にいる場合に考えられ得る
、二つの位置の場合を表わしている。
電流i+および電流i−は逆向きであり、反対符号を有
し、L=L(i)である。
し、L=L(i)である。
インダクタンスを直接測定する代わりに、考え方は電流
放出を分析するものである。Jに於て、相電流は次のよ
うに書ける: とが可能となる。二つの電流の差は、次に等しい:Δi
=l i− ここでU =相に引加された電圧 R=相の全抵抗値 t =時間 =相電流 式[4]を二つの場合に適用すると、電流は次のように
表現される(第2図参照): 第2図は、二つの異なる%i流を示し、ここで電@+−
は、その絶対値で示されている。
放出を分析するものである。Jに於て、相電流は次のよ
うに書ける: とが可能となる。二つの電流の差は、次に等しい:Δi
=l i− ここでU =相に引加された電圧 R=相の全抵抗値 t =時間 =相電流 式[4]を二つの場合に適用すると、電流は次のように
表現される(第2図参照): 第2図は、二つの異なる%i流を示し、ここで電@+−
は、その絶対値で示されている。
時開Tを、時定数にほぼ等しく定めると、電流強度およ
び主として二つの電流の差を比較するこ電流差Δ1の符
号は、励磁磁束vPM効果に重ね合わされた電流効果の
特性である。三つの場合が考えられる: 第一の場合:Δi>Q もしもΔiが零より大きい場合は、電流i+が永久磁石
(または直流電流励磁巻線磁束)で生成される励磁磁束
と、同一方向の磁束を生成することを意味する。ll流
i は、励磁磁束と反対方向の磁束を生成する。
び主として二つの電流の差を比較するこ電流差Δ1の符
号は、励磁磁束vPM効果に重ね合わされた電流効果の
特性である。三つの場合が考えられる: 第一の場合:Δi>Q もしもΔiが零より大きい場合は、電流i+が永久磁石
(または直流電流励磁巻線磁束)で生成される励磁磁束
と、同一方向の磁束を生成することを意味する。ll流
i は、励磁磁束と反対方向の磁束を生成する。
二の A:Δi<Q
もしもΔiが負の場合は、電流i+動磁磁束と、反対方
向の磁束を生成することを意味する。電流は、励磁磁束
と同一方向の磁束を生成する。
向の磁束を生成することを意味する。電流は、励磁磁束
と同一方向の磁束を生成する。
第三の場合:△i=Q
この場合は、ΔL+−△L =Oの状態に対応し、対
応する相内には、非常に低い飽和レベルしか存在しない
。
応する相内には、非常に低い飽和レベルしか存在しない
。
この結果、電流差Δiの符号を求めることにより、励磁
磁束の方向ひいては、停止中の回転子位置を決定するこ
とが可能である。この位置は、対応する相に対して、π
電気的ラジアンの精度で与えられる。
磁束の方向ひいては、停止中の回転子位置を決定するこ
とが可能である。この位置は、対応する相に対して、π
電気的ラジアンの精度で与えられる。
第3図は、励磁磁束VPMと、電流差△iとの相関と、
回転子位置(停止状態の電動機)との関係を示す。
回転子位置(停止状態の電動機)との関係を示す。
m個の相を有する電動機に於て、この様な電流差Δiの
符号の測定は、各々の相に対して決定できる。従ってこ
れに対応する回転子位置の決定は、π/m電気的ラジア
ンの精度で与えられる。すなわち、回転子位置検出精度
は、停止状態に於て、電動機の異なる相が順に励磁され
るほど向上する。
符号の測定は、各々の相に対して決定できる。従ってこ
れに対応する回転子位置の決定は、π/m電気的ラジア
ンの精度で与えられる。すなわち、回転子位置検出精度
は、停止状態に於て、電動機の異なる相が順に励磁され
るほど向上する。
例えば、三相電動機に於て、永久磁石(または直流電流
励振巻線)によって生成される励磁磁束は、相から相に
2π/m電気的ラジアン(m−3)だけ、シフトされる
。各々の相内の電流差Δiを測定することにより、回転
子位置を電気的ラジアンπ/3−60度の精度で決定で
きる。II4図は、三相電動機に於けるこの様な構成と
、異なる励磁磁束VPMおよび対応する電流差Δiとの
間の相関とを示す。
励振巻線)によって生成される励磁磁束は、相から相に
2π/m電気的ラジアン(m−3)だけ、シフトされる
。各々の相内の電流差Δiを測定することにより、回転
子位置を電気的ラジアンπ/3−60度の精度で決定で
きる。II4図は、三相電動機に於けるこの様な構成と
、異なる励磁磁束VPMおよび対応する電流差Δiとの
間の相関とを示す。
α −電気的角度で表わした電動機回転子位置
VPMl−相1に於ける励磁磁束
VPM2=相2に於Gt61iFIIl磁束vPM3=
相3に於ける励磁磁束 Δi =相1に於ける電流差 Δi =相2に於ける電流差 Δ1 −相3に於ける電流差 従って、具なる電流差の符号分布は唯一存在し、どの様
な電動機に於いても励磁磁束の一周期に於ける電動機位
置は唯一に定まるので、電動機の相を励磁し、電流差の
符号の表を定義することにより、回転子位置は唯一しか
も正確に求められる。
相3に於ける励磁磁束 Δi =相1に於ける電流差 Δi =相2に於ける電流差 Δ1 −相3に於ける電流差 従って、具なる電流差の符号分布は唯一存在し、どの様
な電動機に於いても励磁磁束の一周期に於ける電動機位
置は唯一に定まるので、電動機の相を励磁し、電流差の
符号の表を定義することにより、回転子位置は唯一しか
も正確に求められる。
間接的に飽和を検出するための別の方法は、電流を積分
する方法である。電流差を測定する代わりに、電流積分
値の差を測定する方が電子的にも優れているし興味深い
方法である。
する方法である。電流差を測定する代わりに、電流積分
値の差を測定する方が電子的にも優れているし興味深い
方法である。
電流の積分は、次のように定義される:電流積分の差は
次のように与えられる:度で、同じ結果および同じ回転
子位置決定を与える、ここでmは電動機の相の数に等し
い。
次のように与えられる:度で、同じ結果および同じ回転
子位置決定を与える、ここでmは電動機の相の数に等し
い。
第5図は、対応する電流と電流積分の差Δiiをボす。
この図は、積分が反対方向の電流により誘導される磁束
間の違いを強調し、従ってこの方法による精度を向上さ
せることを示している。従って、積分はもっとも精度の
高い結果を与える、好適な方法であると考えられる。
間の違いを強調し、従ってこの方法による精度を向上さ
せることを示している。従って、積分はもっとも精度の
高い結果を与える、好適な方法であると考えられる。
同じ現象を測定し、同じ結果を与える方法として考えら
れるもうひとつのやり方は、電流を微分してその差の符
号を求める方法である。
れるもうひとつのやり方は、電流を微分してその差の符
号を求める方法である。
電流の微分は次のように定義出来るニ
ーR,を
回転子位置決定は、電流差△iの代わりにむしろ、電流
積分の差Δiiに基づいて実施できる。
積分の差Δiiに基づいて実施できる。
従ってこの方法は、π/m電気的ラジアンの精また、現
在考慮している構成に対してはニーR9[ −R,t dt Lo+Δし 電流微分の差を次のように定義する: Δdlの符号により、’I流流麗1の符号を使用して決
定したときと同じ様に、回転子の位置決定が行える。
在考慮している構成に対してはニーR9[ −R,t dt Lo+Δし 電流微分の差を次のように定義する: Δdlの符号により、’I流流麗1の符号を使用して決
定したときと同じ様に、回転子の位置決定が行える。
第6図は、対応する電流の微分を示す。
停止状態にある電ll1機の位W1測定を、本発明を使
用して実施する工程の例が、三相電動機に関して第7図
に示されている。図に示されている装置および工程は、
単なる例として示しているものであって、これに限定す
る意図を有するものではない。
用して実施する工程の例が、三相電動機に関して第7図
に示されている。図に示されている装置および工程は、
単なる例として示しているものであって、これに限定す
る意図を有するものではない。
この例として示した工程によると、パルス発生器10を
使用し、励磁器12を介して、電動1114の各々の相
には第一番目に正の電流が供給される。結果として生じ
た電流は、電流電圧変換器16を介して電圧に変換され
る。各々の相には、時間Tの開電流が供給される。時間
Tを経過した後、電流の最終値が切換器18を使用して
、ピーク検出器20に記憶される。次に同じ相が、励磁
器12を通して負の電流で励起され、その結果中じる′
R流が電流電圧変換器16で電圧に変換され、切換器1
8を介してピーク検出器22に記憶される。
使用し、励磁器12を介して、電動1114の各々の相
には第一番目に正の電流が供給される。結果として生じ
た電流は、電流電圧変換器16を介して電圧に変換され
る。各々の相には、時間Tの開電流が供給される。時間
Tを経過した後、電流の最終値が切換器18を使用して
、ピーク検出器20に記憶される。次に同じ相が、励磁
器12を通して負の電流で励起され、その結果中じる′
R流が電流電圧変換器16で電圧に変換され、切換器1
8を介してピーク検出器22に記憶される。
二つのピーク電流値は、比較器24で比較され、強度の
差は作られずに、強度の符号のみが比較される。電流差
の符号は、切換器26を通して記憶装M2Bに送られる
。
差は作られずに、強度の符号のみが比較される。電流差
の符号は、切換器26を通して記憶装M2Bに送られる
。
上記の工程が、各々のその他の相または相の組に対して
繰り返される。三相電動機の場合、三つの符号が比較器
24で決定されることを意味し、第二番目の結果は記憶
装置30にまた、第三番目の結果は記憶装置32に記憶
される。上記の方法で得られた電流差の符号に基づき、
以下に示す対応表を使用することにより、電動機を希望
する方向へ始動させるために励振される相または複数の
相の状態選択が、34で決定される。
繰り返される。三相電動機の場合、三つの符号が比較器
24で決定されることを意味し、第二番目の結果は記憶
装置30にまた、第三番目の結果は記憶装置32に記憶
される。上記の方法で得られた電流差の符号に基づき、
以下に示す対応表を使用することにより、電動機を希望
する方向へ始動させるために励振される相または複数の
相の状態選択が、34で決定される。
方法の最後の部分、すなわち電動機を予定された方向に
始動させるために励振される相の選択、は第8図および
第9図を参照して説明される。
始動させるために励振される相の選択、は第8図および
第9図を参照して説明される。
例えば、第8図に示す様な星形結線構造を考えると、′
R電流差測定は直列な相が各々の可能な構成で励振され
たときである。これらの構成は、相1および相2が直列
:相1および相3が直列:そして相2および相3が直列
である。この第8図に於いて、相1と相2の第一の組合
せが、トランジスタG1およびG5を導通させることに
よりそこに電流を流して励振されると、電流はG1から
相1および相2を通り、抵抗器R6を通って接地電位へ
流れ、電流は点へで測定される。
R電流差測定は直列な相が各々の可能な構成で励振され
たときである。これらの構成は、相1および相2が直列
:相1および相3が直列:そして相2および相3が直列
である。この第8図に於いて、相1と相2の第一の組合
せが、トランジスタG1およびG5を導通させることに
よりそこに電流を流して励振されると、電流はG1から
相1および相2を通り、抵抗器R6を通って接地電位へ
流れ、電流は点へで測定される。
これらのトランジスタが閉路されて、逆方向の電流が同
一の相の組合せを通り、トランジスタG2、G4を導通
する事により流れ、電流は同一点で測定される。次に電
流の差がそれぞれの値を引締することにより求めたり、
または最初に積分し次に差を求めたり、または微分しそ
の差を求めたりされるが、これらの方法は先に説明した
通りである。差は正または負を表わす、1またはOとし
て記憶される。この特別な例を説明する上での便宜を考
えて、もしも電流差の符号が正の場合は関数を1に等し
いと考え;もしも電流差の符号が負の場合は関数がOに
等しいと考える。相構成の残りのM流麗はトランジスタ
G1−G6を好適に切り換えて測定さ礼る。
一の相の組合せを通り、トランジスタG2、G4を導通
する事により流れ、電流は同一点で測定される。次に電
流の差がそれぞれの値を引締することにより求めたり、
または最初に積分し次に差を求めたり、または微分しそ
の差を求めたりされるが、これらの方法は先に説明した
通りである。差は正または負を表わす、1またはOとし
て記憶される。この特別な例を説明する上での便宜を考
えて、もしも電流差の符号が正の場合は関数を1に等し
いと考え;もしも電流差の符号が負の場合は関数がOに
等しいと考える。相構成の残りのM流麗はトランジスタ
G1−G6を好適に切り換えて測定さ礼る。
第9図に於いて、これは磁束分布と対応する生成トルク
とを示している。従って最上段の線、纏A ハ、相vP
M1、VPM2、VPM31.:於Gする異なる例振磁
束を電動機回転子の位置に対して表わしている。第二番
目の線、線Bは、異なる相トルク、T1.T2.T3を
表わし、従って生成される静的トルクを示す。三番目の
線、線Cは、磁束差を示し、第−差VPMI−IPM2
、第二差VPM2−1’PM3、第三差VPM3−vP
MIである。第四番目の線、線りは、iIf流差流麗1
を示す。第五番目の線、l1lEは、電流差符号Δ12
を示す。第六番目の線、線Fは、電流差符号Δ13を示
す。
とを示している。従って最上段の線、纏A ハ、相vP
M1、VPM2、VPM31.:於Gする異なる例振磁
束を電動機回転子の位置に対して表わしている。第二番
目の線、線Bは、異なる相トルク、T1.T2.T3を
表わし、従って生成される静的トルクを示す。三番目の
線、線Cは、磁束差を示し、第−差VPMI−IPM2
、第二差VPM2−1’PM3、第三差VPM3−vP
MIである。第四番目の線、線りは、iIf流差流麗1
を示す。第五番目の線、l1lEは、電流差符号Δ12
を示す。第六番目の線、線Fは、電流差符号Δ13を示
す。
トルクは次のように定義される:
電流差の符号測定値に基づく、第−切り換え手順は以下
のようになる: sign orΔil=sign ofV P M 1
1 P M 2)sign of△12=sion o
ftLf P M 2=Ll/ P M 3) 2組直
列sign ofΔ13−sion oflJ/ P
M 3=ψPM1)正のトルクを得るために、以下の状
態関数が定義される: iKが正に例振される=iKの状!!関数−1iKが負
に例振される=iKの状!!関数=OK=1.2.3 従って、下記の表が第−切り換え手順を与える二電気的
角度 −30 0−90 0−150 150−210 210−270 270−330 330−360 状態関数 符 号 状a関数 Δ11 △)2 Δi3 il i2 i3
1 0 1 1 00011 1001 1001 1100 o o i i。
のようになる: sign orΔil=sign ofV P M 1
1 P M 2)sign of△12=sion o
ftLf P M 2=Ll/ P M 3) 2組直
列sign ofΔ13−sion oflJ/ P
M 3=ψPM1)正のトルクを得るために、以下の状
態関数が定義される: iKが正に例振される=iKの状!!関数−1iKが負
に例振される=iKの状!!関数=OK=1.2.3 従って、下記の表が第−切り換え手順を与える二電気的
角度 −30 0−90 0−150 150−210 210−270 270−330 330−360 状態関数 符 号 状a関数 Δ11 △)2 Δi3 il i2 i3
1 0 1 1 00011 1001 1001 1100 o o i i。
1 0 1 10i1−△12
i2−バ13
13−バ11
これは、如何にして電動機を適切な方向に始動するかを
定めている。すなわち、表の最初の三列に示される、電
流差の符号に基づいて、「状態関数」という表題の最後
の三列に示すように電動機の各相に電流が供給され、電
動機を正しい方向に始動させるトルクを生成する。この
表はまた、第9図の線り、E、およびFを反映しており
、これは電流差の符号が回転子の停止位置の違いによっ
て変化するパターンを示している。−度符号の組(1お
よびOで表現される)を定義することによって、表が作
られると、望む方向に始動させるために異なる相に供給
されるべき適切な電流は知れる。
定めている。すなわち、表の最初の三列に示される、電
流差の符号に基づいて、「状態関数」という表題の最後
の三列に示すように電動機の各相に電流が供給され、電
動機を正しい方向に始動させるトルクを生成する。この
表はまた、第9図の線り、E、およびFを反映しており
、これは電流差の符号が回転子の停止位置の違いによっ
て変化するパターンを示している。−度符号の組(1お
よびOで表現される)を定義することによって、表が作
られると、望む方向に始動させるために異なる相に供給
されるべき適切な電流は知れる。
本技術分野に精通した技術者で、本発明の開示を理解し
た者には、これに代わる方法が考えられることも、おの
ずと明かであろう。例えば、第10A図に示すような、
中央タップで星形結締接続された三相ブラシレス直流電
動機を考える。する 4゜と停止位置を検出するための
以下の方法が可能である。第一番目として、第10B図
に示すように、相の対同志の間で測定した、電流差の符
号($)を可能な第二番目の方法は、第10C図に示す
よ決定する。これは先に詳細に記述した方法である。
た者には、これに代わる方法が考えられることも、おの
ずと明かであろう。例えば、第10A図に示すような、
中央タップで星形結締接続された三相ブラシレス直流電
動機を考える。する 4゜と停止位置を検出するための
以下の方法が可能である。第一番目として、第10B図
に示すように、相の対同志の間で測定した、電流差の符
号($)を可能な第二番目の方法は、第10C図に示す
よ決定する。これは先に詳細に記述した方法である。
うに、ひとつの相に一時に逆方向の電流を流す方法であ
る。電流差(傘)は各々の相と中央タップとの間で測定
される。
る。電流差(傘)は各々の相と中央タップとの間で測定
される。
三番目の方法に於いて(第100図)、相結合は二つの
相を並列接続し、残りの相を直列に接続して形成する。
相を並列接続し、残りの相を直列に接続して形成する。
次に電流差(杓は、図に示されるように、相の組合せと
中央タップとの間で測定される。
中央タップとの間で測定される。
さらに別の方法は、第10B図および第10C図の方法
で得られた結果を組み合わせる方法である。これは、位
置をπ/2mの精度、すなわち先に記述した方法の約二
倍、で検出する。従って、本発明の範囲は、特許請求項
のみに依って制限されるものとする。
で得られた結果を組み合わせる方法である。これは、位
置をπ/2mの精度、すなわち先に記述した方法の約二
倍、で検出する。従って、本発明の範囲は、特許請求項
のみに依って制限されるものとする。
第1図は、ブラシレスN動機のひとつの相に於ける、相
磁束対電流を示す図: 第2図は、ブラシレス電動機に於ける、電流立ち上がり
対時間を示す図; 第3図は、励起磁束とある電動機相内の電流差の間の相
関対電動機位置を示す図: 第4図は、三相電動機に於ける、異なる励起磁束と対応
する電動機電流差との簡の相関を示す図:第5図は、結
果として生じる相電流を積分して検出できる適いを示す
図; 第6図は、結果として生じる相電流を微分して作り出せ
る違いを示す図: 第7図は、本発明に基づく位置検出法の理解を助けるた
めの、ブロック図である: 第8図は、本発明による電動機励磁の詳細図である: 第9図は、磁束分布対トルク対本発明による電動機位置
検出を行うために例示される電動機内に結果として生じ
る電流差とを示す図;そして第10A図は、中央タップ
で結合された、星形結線w4造の三相電動機を示す図: 第108図、第10C図および第10D図は、各相の間
のII差を求めるための種々の結線方法を示す図。 [符号の説明] 10・・・パルス発生器 12・・・励磁器 14・・・電動機 16・・・電流/電圧変換器 18・・・切換器 20・・・ピーク検出器1 22・・・ピーク検出器2 24・・・比較器 26・・・切換器 28・・・記憶装@1 30・・・記憶装M2 32・・・配憶装置3 34・・・励磁器状態選択器
磁束対電流を示す図: 第2図は、ブラシレス電動機に於ける、電流立ち上がり
対時間を示す図; 第3図は、励起磁束とある電動機相内の電流差の間の相
関対電動機位置を示す図: 第4図は、三相電動機に於ける、異なる励起磁束と対応
する電動機電流差との簡の相関を示す図:第5図は、結
果として生じる相電流を積分して検出できる適いを示す
図; 第6図は、結果として生じる相電流を微分して作り出せ
る違いを示す図: 第7図は、本発明に基づく位置検出法の理解を助けるた
めの、ブロック図である: 第8図は、本発明による電動機励磁の詳細図である: 第9図は、磁束分布対トルク対本発明による電動機位置
検出を行うために例示される電動機内に結果として生じ
る電流差とを示す図;そして第10A図は、中央タップ
で結合された、星形結線w4造の三相電動機を示す図: 第108図、第10C図および第10D図は、各相の間
のII差を求めるための種々の結線方法を示す図。 [符号の説明] 10・・・パルス発生器 12・・・励磁器 14・・・電動機 16・・・電流/電圧変換器 18・・・切換器 20・・・ピーク検出器1 22・・・ピーク検出器2 24・・・比較器 26・・・切換器 28・・・記憶装@1 30・・・記憶装M2 32・・・配憶装置3 34・・・励磁器状態選択器
Claims (5)
- (1)整流機レス直流電流電動機に於いて、前記電動機
のm個の相を定めるように接続された複数の固定子巻線
と、 前記固定子巻線に相対して配置され、前記固定子巻線に
対して回動的であり、一定の第一固定磁場を形成するた
めの永久磁石または直流電流磁巻線と、 前記複数の固定子巻線に接続され、ひとつの極性の第一
パルスを最初にそして次にこれとは反対極性の短期間電
流第二パルスを、少なくともひとつの制御可能な第二磁
場を含む少なくとも一対の相に供給する、励磁装置と、 前記供給電流パルスで生成された各々の電流を検出し、
各々の前記電流は前記第一の固定磁場と、前記電流パル
スで誘導される前記第二磁場との干渉を表わす、前記電
流を検出するための監視装置と、 前記第一極性パルスと、前記第二の反対極性パルスとの
間の差の符号を、前記励磁相の各々に対して決定するた
めの比較装置と;それに 前記磁石の前記固定子巻線に対する回転位置を、前記励
磁された相の各々に対する前記パルス応答間の差に基づ
いて、識別するための検出装置とで構成されていること
を特徴とする、前記電動機。 - (2)請求項第1項記載の電動機に於て、前記監視装置
が各々の電流パルスの供給に応じて得られるピーク電圧
を、前記励磁相に結合された電流電圧変換器に於て検出
することを特徴とする前記電動機。 - (3)請求項第1項記載の電動機に於て、前記監視装置
が各々の前記供給電流パルスに対する応答電流を積分す
るための装置を有し、回転位置の識別が積分値の差の符
号に基づいてなされることを特徴とする、前記電動機。 - (4)請求項第1項記載の電動機に於て、前記監視装置
が各々の前記供給電流パルスに対する応答電流を微分す
るための装置を有し、回転位置の識別が微分値の差の符
号に基づいてなされることを特徴とする、前記電動機。 - (5)請求項第1項記載の電動機に於て、前記固定子巻
線が三相に配置され、前記相が選択的に対になるように
接続され、電流パルスが交互の極性で前記複数の対の各
々の対に供給されるようになされていることを特徴とす
る、前記電動機。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US413311 | 1989-09-27 | ||
US07/413,311 US5001405A (en) | 1989-09-27 | 1989-09-27 | Position detection for a brushless DC motor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03207250A true JPH03207250A (ja) | 1991-09-10 |
JPH0813196B2 JPH0813196B2 (ja) | 1996-02-07 |
Family
ID=23636754
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2256784A Expired - Fee Related JPH0813196B2 (ja) | 1989-09-27 | 1990-09-26 | ブラシレス直流電動機の位置検出 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5001405A (ja) |
EP (1) | EP0420501B1 (ja) |
JP (1) | JPH0813196B2 (ja) |
DE (1) | DE69016550T2 (ja) |
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WO2007122784A1 (ja) | 2006-03-29 | 2007-11-01 | Rohm Co., Ltd. | モータ駆動回路および方法ならびにそれを用いたディスク装置 |
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JP2008236843A (ja) * | 2007-03-16 | 2008-10-02 | Rohm Co Ltd | モータ駆動回路、駆動方法ならびにそれらを用いたディスク装置 |
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US7863844B2 (en) | 2004-05-24 | 2011-01-04 | Rohm Co., Ltd. | Rotation control apparatus and method, and electronic device wherein the rotation control apparatus can be used |
US8084971B2 (en) | 2005-10-20 | 2011-12-27 | Rohm Co., Ltd. | Motor drive circuit and disc device using the same |
US8188697B2 (en) | 2008-05-22 | 2012-05-29 | Rohm Co., Ltd. | Apparatus and method for driving a motor |
US8432775B2 (en) | 2008-06-13 | 2013-04-30 | Rohm Co., Ltd. | Motor driving circuit |
US9329023B2 (en) | 2012-02-22 | 2016-05-03 | Rohm Co., Ltd. | Rotation control apparatus and method and disk driving apparatus using the same |
JP2019201488A (ja) * | 2018-05-16 | 2019-11-21 | キヤノン株式会社 | モータ制御装置及び画像形成装置 |
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