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JP2001327185A - Method and apparatus for detecting initial position of dc brushless motor - Google Patents

Method and apparatus for detecting initial position of dc brushless motor

Info

Publication number
JP2001327185A
JP2001327185A JP2000139687A JP2000139687A JP2001327185A JP 2001327185 A JP2001327185 A JP 2001327185A JP 2000139687 A JP2000139687 A JP 2000139687A JP 2000139687 A JP2000139687 A JP 2000139687A JP 2001327185 A JP2001327185 A JP 2001327185A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
initial position
voltage
rotor
phase
detecting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000139687A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiyuki Ishihara
好之 石原
Morio Matsumoto
守生 松本
Minoru Okada
実 岡田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Yusoki Co Ltd
Original Assignee
Nippon Yusoki Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Yusoki Co Ltd filed Critical Nippon Yusoki Co Ltd
Priority to JP2000139687A priority Critical patent/JP2001327185A/en
Publication of JP2001327185A publication Critical patent/JP2001327185A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus capable of easily detecting a position of a rotor at a starting time without using a sensor. SOLUTION: An AC voltage is applied to a U phase of a DC brushless motor 1. Thus, an exciting current Iu flowing in this case and induced voltages Vv, Vw generated in the other two phases are measured. Since the Iu, Vv and Vw are changed due to bids magnetization phenomenon of a permanent magnet by the position of the rotor, the initial position of the rotor can be detected based on these three pieces of information.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、DCブラシレスモ
ータにおける回転子の初期位置を検出するための検出方
法および検出装置に関し、特にセンサを用いることなく
回転子位置を検出できる方法および装置に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and a device for detecting an initial position of a rotor in a DC brushless motor, and more particularly to a method and a device capable of detecting a rotor position without using a sensor. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】DCブラシレスモータは、永久磁石型直
流モータにおける整流子およびブラシを、電子的な整流
機構に置き換えたモータであって、機械的な接触部がな
いために騒音やノイズを発生せず、寿命も長いという特
長をもっている。また、誘導電動機に比べて効率が良
く、小型で制御も比較的容易であることから、産業界に
広く普及している。
2. Description of the Related Art A DC brushless motor is a motor in which a commutator and a brush in a permanent magnet type DC motor are replaced by an electronic commutation mechanism, and generates no noise or noise because there is no mechanical contact portion. And has a long service life. In addition, they are widely used in the industry because they are more efficient than induction motors, are small, and are relatively easy to control.

【0003】このDCブラシレスモータは、構造的には
回転子に永久磁石を用いた同期電動機であるから、モー
タを駆動させるためには、磁石の位置に応じた電流をコ
イルに流す必要がある。このため、回転子の初期位置を
検出する手段が必要となる。従来は、この初期位置検出
手段として、磁石に感応するホール素子が多く用いられ
ていた。
[0003] Since this DC brushless motor is structurally a synchronous motor using a permanent magnet for a rotor, in order to drive the motor, it is necessary to supply a current corresponding to the position of the magnet to the coil. For this reason, means for detecting the initial position of the rotor is required. Conventionally, as the initial position detecting means, a Hall element sensitive to a magnet has been often used.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ホール
素子は小型とはいえ、モータの小型化を図る上でその占
有率を無視することはできず、小型化の阻害要因とな
る。また、ホール素子の取り付け精度によって、モータ
の駆動特性が影響を受けるという問題もある。さらに、
回転子位置を高精度に検出しようとすれば多くのホール
素子が必要になり、モータから駆動回路側への信号線の
数が多くなるとともに、プリント基板上に広い配線面積
が必要となる。また、ホール素子以外に光センサを用い
たものもあるが、この場合でも上記と同様の問題が生じ
る。
However, although the size of the Hall element is small, its occupancy cannot be ignored in reducing the size of the motor, which is a hindrance to the miniaturization. There is also a problem that the driving characteristics of the motor are affected by the mounting accuracy of the Hall element. further,
In order to detect the rotor position with high accuracy, many Hall elements are required, the number of signal lines from the motor to the drive circuit is increased, and a large wiring area is required on the printed circuit board. In addition, there is an optical sensor using an optical sensor in addition to the Hall element.

【0005】したがって、位置検出用のセンサを用いず
にブラシレスDCモータを駆動させることができれば、
モータの更なる小型化・低価格化が可能になるばかりで
なく、ホール素子等の劣化や信号線の断線などの問題か
ら開放され、信頼性の向上を実現することができる。
Therefore, if a brushless DC motor can be driven without using a sensor for position detection,
Not only is it possible to further reduce the size and cost of the motor, but it is also free from problems such as deterioration of the Hall element and the like and disconnection of the signal line, thereby realizing improved reliability.

【0006】ところで、モータが回転しているときに
は、回転子の永久磁石界磁により誘起電圧が発生するた
め、これを利用することで比較的簡単に回転子の位置を
検出することができる。たとえば、特公昭59−365
19号公報や特開平3−239186号公報には、固定
子巻線や電機子巻線に発生する誘起電圧により回転子の
位置を検出する技術が開示されている。
By the way, when the motor is rotating, an induced voltage is generated by the permanent magnet field of the rotor, and by using this, the position of the rotor can be detected relatively easily. For example, Japanese Patent Publication No. 59-365
Japanese Patent Application Laid-Open No. 19-1990 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-239186 disclose a technique for detecting the position of a rotor by an induced voltage generated in a stator winding or an armature winding.

【0007】しかしながら、上記公報のものでは、モー
タを起動して回転子を回転させた状態で位置検出を行な
うため、この方法を回転子が静止している始動時の位置
検出にそのまま適用することが困難であり、回転子の位
置を高精度に検出することは容易ではない。
However, in the above-mentioned publication, the position is detected while the motor is started and the rotor is rotated. Therefore, this method is directly applied to the position detection at the time of starting when the rotor is stationary. And it is not easy to detect the position of the rotor with high accuracy.

【0008】そこで、本発明の課題は、始動時における
回転子の位置をセンサを用いることなく容易に検出でき
る方法および装置を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus which can easily detect the position of a rotor at the time of starting without using a sensor.

【0009】[0009]

【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、永久磁石による偏磁現象に着目し、ある1
つの相を励磁したときに、他の相に誘起される誘起電圧
と励磁電流とが偏磁現象のために不均一になることを利
用して、回転子の磁極位置を検出しようとするものであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention focuses on the phenomenon of demagnetization caused by permanent magnets.
By using the fact that when one phase is excited, the induced voltage induced in the other phase and the exciting current become non-uniform due to the magnetic polarization phenomenon, the rotor magnetic pole position is detected. is there.

【0010】本発明の詳細に入る前に、まず本発明の基
本的な原理について述べる。モータが停止している状態
では、回転子の永久磁石による磁界により、鉄心内を通
る直流磁束が発生している。一般に、鉄心内を直流磁束
が通っているとき、ヒステリシスループの動作点は、初
磁化特性曲線の原点からずれる。したがって、この状態
で交流磁界を印加すれば、コイルに流れる励磁電流が非
対称になるため、ヒステリシスループは非対称な形にな
る、いわゆる直流偏磁の現象が起きる。また、この状態
において一定の交流電圧を印加すると、鉄心内を通る磁
束の量が多いときほど、鉄心を励磁するために流れる電
流は大きくなり、同時に磁束の向きによって電流のピー
クの位置が上下にシフトする。したがって、モータのあ
る1つの相に交流電圧を印加した際にも偏磁現象が現れ
る。さらに、回転子の永久磁石が停止している位置によ
って、鉄心内を通る磁束の量および方向が異なるため
に、励磁電流に上述のような変化が見られる。
Before going into the details of the present invention, the basic principle of the present invention will first be described. When the motor is stopped, a DC magnetic flux passing through the iron core is generated by the magnetic field generated by the permanent magnet of the rotor. Generally, when a DC magnetic flux passes through the iron core, the operating point of the hysteresis loop deviates from the origin of the initial magnetization characteristic curve. Therefore, if an AC magnetic field is applied in this state, the exciting current flowing through the coil becomes asymmetric, so that the hysteresis loop becomes asymmetric, that is, a so-called DC bias phenomenon occurs. When a constant AC voltage is applied in this state, the larger the amount of magnetic flux passing through the iron core, the larger the current flowing to excite the iron core, and at the same time the peak position of the current rises and falls depending on the direction of the magnetic flux. shift. Therefore, even when an AC voltage is applied to one phase of the motor, a magnetic demagnetization phenomenon appears. Further, since the amount and direction of the magnetic flux passing through the iron core differs depending on the position where the permanent magnet of the rotor is stopped, the above-described change is seen in the exciting current.

【0011】また、モータのある1つの相に交流電圧を
印加すると、交流磁束が発生し、他の2つの相のコイル
に電圧が誘起される。このとき、他の2つの相の鉄心内
にも回転子の永久磁石の磁界による直流磁束が発生して
いるため、それらの相の鉄心内を通る交流磁束はその影
響を受ける。たとえば、鉄心内に多くの直流磁束が通っ
ているときには、交流磁束によって誘起される電圧は小
さくなり、鉄心内を通る直流磁束が少ないときには、誘
起される電圧は大きくなる。したがって、回転子の永久
磁石が停止している位置によって、他の2つの相の鉄心
内を通る磁束の量および方向が異なるため、それらの相
の誘起電圧に違いが生じる。
When an AC voltage is applied to one phase of the motor, an AC magnetic flux is generated, and a voltage is induced in the coils of the other two phases. At this time, a DC magnetic flux due to the magnetic field of the permanent magnet of the rotor is also generated in the iron cores of the other two phases, so that the AC magnetic flux passing through the cores of those phases is affected. For example, when a large amount of DC magnetic flux passes through the iron core, the voltage induced by the AC magnetic flux decreases, and when the DC magnetic flux passing through the iron core is small, the induced voltage increases. Therefore, depending on the position where the permanent magnet of the rotor is stopped, the amount and direction of the magnetic flux passing through the iron cores of the other two phases differ, so that the induced voltages of those phases differ.

【0012】本発明は、 以上のような、ある1つの相
に交流電圧を印加した際に、回転子の永久磁石が停止し
ている位置によって、励磁電流と他相の誘起電圧がとも
に変化することに基づいて、回転子の初期位置を検出す
るものである。
According to the present invention, when an AC voltage is applied to a certain phase as described above, both the exciting current and the induced voltage of the other phase change depending on the position where the permanent magnet of the rotor is stopped. Based on this, the initial position of the rotor is detected.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につき、
図を参照しながら説明する。図1は、本発明の初期位置
検出方法に用いる基本的な回路を示している。図におい
て、1はDCブラシレスモータ、11,12,13はそ
れぞれU相,V相,W相のコイル、2は交流電源、3は
電流計である。また、IuはU相の励磁電流、VvはV
相のコイル12に誘起される電圧、VwはW相のコイル
13に誘起される電圧を表している。交流電源2によっ
て、DCブラシレスモータ1のU相に交流電圧を印加
し、その際に流れる励磁電流Iuと、他の2つの相に発
生する誘起電圧Vv,Vwとを測定し、これらの3つの
情報をもとに初期位置を検出する。その詳細については
後述する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
This will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a basic circuit used in the initial position detecting method of the present invention. In the figure, 1 is a DC brushless motor, 11, 12, and 13 are U-phase, V-phase, and W-phase coils, respectively, 2 is an AC power supply, and 3 is an ammeter. Iu is the U-phase excitation current, and Vv is V
The voltage induced in the phase coil 12 and Vw represent the voltage induced in the W phase coil 13. An AC voltage is applied to the U phase of the DC brushless motor 1 by the AC power supply 2, and an exciting current Iu flowing at that time and induced voltages Vv and Vw generated in the other two phases are measured. The initial position is detected based on the information. The details will be described later.

【0014】図1では、DCブラシレスモータとして、
以下の仕様のものを用いている。 極数:8極 定格出力:600W 定格電圧:48V 定格回転数:800rpm 定格トルク:7.5Nm 電機子抵抗:22mΩ インダクタンス:73.25μH 永久磁石材質:ネオジウム磁石 また、交流電源2の電圧は2.5V、周波数は60Hz
としている。
In FIG. 1, as a DC brushless motor,
The following specifications are used. Number of poles: 8 poles Rated output: 600 W Rated voltage: 48 V Rated rotation speed: 800 rpm Rated torque: 7.5 Nm Armature resistance: 22 mΩ Inductance: 73.25 μH Permanent magnet material: neodymium magnet The voltage of the AC power supply 2 is 2. 5V, frequency is 60Hz
And

【0015】図2は、DCブラシレスモータ1のコイル
と回転子の配置を示した図である。11,12,13は
上述したU相,V相,W相のコイル、4は固定子鉄心、
5は回転子である。回転子5はN極とS極が交互に配置
された永久磁石から構成されている。以下の説明では、
図2の状態を機械角が0°の基準位置とし、この位置か
ら左回り方向を回転方向とする。
FIG. 2 is a diagram showing the arrangement of the coils and the rotor of the DC brushless motor 1. As shown in FIG. Reference numerals 11, 12, and 13 denote the above-described U-phase, V-phase, and W-phase coils, 4 denotes a stator core,
5 is a rotor. The rotor 5 is composed of a permanent magnet in which N poles and S poles are alternately arranged. In the following description,
The state in FIG. 2 is a reference position where the mechanical angle is 0 °, and a counterclockwise direction from this position is a rotation direction.

【0016】図1の回路において、U相に交流電圧を印
加した場合に、回転子5を一極対(機械角で90°)移
動させる間で、IuおよびVv,Vwがどのように変化
するかを、機械角1°ごとに測定した。回転子5の停止
している位置が、機械角「0°」、「22.5°」、
「45°」、「67.5°」のときの、実測結果および
磁界解析結果をそれぞれ図3〜図6に示す。各図におい
て、(a)は固定子と回転子の位置関係の模式図、
(b)は実測による励磁電流波形と誘起電圧波形、
(c)は有限要素法による磁界解析結果を示している。
磁界解析結果は、使用したDCブラシレスモータ1の構
造と等価とみなすことができる簡単なモデルによって、
U相に交流電圧を印加した状態について、有限要素法に
よる解析を行なったものである。
In the circuit shown in FIG. 1, when an AC voltage is applied to the U-phase, how the Iu and Vv, Vw change while the rotor 5 is moved by one pole pair (90 ° in mechanical angle). Was measured at every mechanical angle of 1 °. When the rotor 5 is stopped, the mechanical angles are “0 °”, “22.5 °”,
The actual measurement results and the magnetic field analysis results at “45 °” and “67.5 °” are shown in FIGS. In each figure, (a) is a schematic diagram of a positional relationship between a stator and a rotor,
(B) is an actual measured excitation current waveform and induced voltage waveform,
(C) shows the result of the magnetic field analysis by the finite element method.
The results of the magnetic field analysis are based on a simple model that can be considered equivalent to the structure of the DC brushless motor 1 used.
In the state where an AC voltage is applied to the U phase, analysis is performed by the finite element method.

【0017】図3〜図6からわかるように、回転子5の
位置によって、励磁電流Iuと誘起電圧Vv,Vwは偏
磁現象のために変化する。ここで、図4(c)と図6
(c)においては、永久磁石の磁界によって発生した磁
束のほとんどが、U相の鉄心内を通っている。このた
め、これらの位置では、永久磁石の磁束の影響を受け
て、ヒステリシスループの動作点が、初磁化特性曲線の
原点から大きくずれる。その結果、交流電圧を印加した
際に、図4(b)、図6(b)のように、大きな励磁電
流Iuが流れる。
As can be seen from FIGS. 3 to 6, the exciting current Iu and the induced voltages Vv and Vw change depending on the position of the rotor 5 due to the magnetic polarization phenomenon. Here, FIG. 4C and FIG.
In (c), most of the magnetic flux generated by the magnetic field of the permanent magnet passes through the U-phase iron core. Therefore, at these positions, the operating point of the hysteresis loop is greatly shifted from the origin of the initial magnetization characteristic curve under the influence of the magnetic flux of the permanent magnet. As a result, when an AC voltage is applied, a large excitation current Iu flows as shown in FIGS. 4B and 6B.

【0018】また、図4(b)より、機械角「22.5
°」の位置では、N極から発生した磁束の影響によっ
て、励磁電流Iuの波形のピーク位置が正方向にシフト
していることがわかる。つまり、一般的にみられる偏磁
現象による励磁電流の不均一さが、モータ内部において
も現れていることがわかる。一方、機械角「67.5
°」の位置では、図6(b)のように、S極に流入する
磁束の影響によって、励磁電流Iuの波形のピーク位置
が負方向にシフトしている。以上のことは、後述するよ
うに、回転子5の位置を正確に検出するうえで重要な意
味を持つ。 また、永久磁石による磁束がほとんど通ら
ない機械角「0°」、「45°」においては、磁束の影
響をほとんど受けないために、励磁電流Iuは図3
(b)、図5(b)のように対称な波形となる。
FIG. 4B shows that the mechanical angle is “22.5
At the position “°”, the peak position of the waveform of the exciting current Iu is shifted in the positive direction due to the influence of the magnetic flux generated from the N pole. That is, it can be seen that the non-uniformity of the exciting current due to the generally-used magnetization phenomenon also appears inside the motor. On the other hand, the mechanical angle “67.5
6B, the peak position of the waveform of the exciting current Iu is shifted in the negative direction due to the influence of the magnetic flux flowing into the S pole as shown in FIG. 6B. The above matters are important in accurately detecting the position of the rotor 5 as described later. Further, at mechanical angles “0 °” and “45 °” through which the magnetic flux by the permanent magnet hardly passes, the excitation current Iu is hardly affected by the magnetic flux.
5 (b) and a symmetrical waveform as shown in FIG. 5 (b).

【0019】以上のようにして、回転子5の各位置にお
ける励磁電流Iuを測定し、回転子5が1対極(90
°)移動する間の、励磁電流Iuの最大値と最小値の変
化をプロットしてみると、図7のような結果が得られ
る。
As described above, the exciting current Iu at each position of the rotor 5 was measured, and the rotor 5
°) Plotting the change of the maximum value and the minimum value of the exciting current Iu during the movement, the result as shown in FIG. 7 is obtained.

【0020】次に、回転子5の停止位置が、機械角「1
5°」、「30°」、「60°」、「75°」のときの
実測結果および磁界解析結果を、それぞれ図8〜図11
に示す。各図において、図3〜図6と同様に、(a)は
固定子と回転子の位置関係の模式図、(b)は実測によ
る励磁電流波形と誘起電圧波形、(c)は有限要素法に
よる磁界解析結果を示している。
Next, the stop position of the rotor 5 is changed to the mechanical angle "1".
The measured results and the magnetic field analysis results at 5 °, 30 °, 60 °, and 75 ° are shown in FIGS.
Shown in In each of the figures, as in FIGS. 3 to 6, (a) is a schematic diagram of the positional relationship between the stator and the rotor, (b) is an exciting current waveform and an induced voltage waveform by actual measurement, and (c) is a finite element method. 3 shows the results of a magnetic field analysis by the method shown in FIG.

【0021】ここで、図8(b)においては、永久磁石
の磁界による磁束があまり通っていないV相の誘起電圧
Vvに比べて、永久磁石の磁界による磁束が多く通って
いるW相の誘起電圧Vwは非常に小さくなっている。ま
た、図9〜図11においても同様の現象が見られ、永久
磁石の磁束が多く通っている相の誘起電圧は、磁束があ
まり通っていない相の誘起電圧に比べて小さくなってい
る。これは、固定子巻線より発生した交流磁束は、それ
を妨げる永久磁石による磁束が多い鉄心には流入しにく
いことに原因があると考えられる。
Here, in FIG. 8 (b), the induction of the W-phase through which the magnetic flux of the permanent magnet passes more than the induction voltage Vv of the V-phase through which the magnetic flux of the permanent magnet does not pass much. The voltage Vw is very small. 9 to 11, a similar phenomenon is observed, and the induced voltage of the phase through which the magnetic flux of the permanent magnet passes is smaller than the induced voltage of the phase through which the magnetic flux does not pass much. This is considered to be due to the fact that the AC magnetic flux generated from the stator winding is unlikely to flow into the iron core, which has a large amount of magnetic flux due to the permanent magnet that prevents the magnetic flux.

【0022】また、固定子巻線より発生した交流磁束
が、永久磁石の磁束と同一方向であるか、または逆方向
であるかによって、電圧の誘起する様子が異なっている
ことがわかる。回転子5が1対極(90°)移動する間
の、誘起電圧Vv,Vwの最大値の変化の様子は、図1
2のようになる。
It can also be seen that the manner in which the voltage is induced differs depending on whether the AC magnetic flux generated from the stator winding is in the same direction as the magnetic flux of the permanent magnet or in the opposite direction. FIG. 1 shows how the maximum values of the induced voltages Vv and Vw change while the rotor 5 moves by one counter electrode (90 °).
It looks like 2.

【0023】以上のことから、回転子5の位置によって
励磁電流および誘起電圧が変化することがわかったの
で、この現象をもとにして回転子5の初期位置の検出を
行なう方法を次に説明する。
From the above, it has been found that the exciting current and the induced voltage change depending on the position of the rotor 5, and a method of detecting the initial position of the rotor 5 based on this phenomenon will be described below. I do.

【0024】まず、誘起電圧の変化に着目をしてみる。
図12より、回転子5が1対極移動する間に、V、W相
に誘起する電圧Vv,Vwの最大値は、2周期の変化を
することがわかる。したがって、たとえば機械角「15
°」と、それとちょうど1極分ずれた機械角「60°」
のときでは、Vv,Vwの最大値は、どちらもほぼ同じ
値になる(Vvの最大値は15°と60°において約
1.6V、Vwの最大値は15°と60°において約
0.5Vとなる)。したがって、誘起電圧Vv,Vwの
ピーク値の情報だけでは、回転子5の磁極の角度は検出
することができるが、極性を判断することができない。
First, attention is paid to a change in the induced voltage.
FIG. 12 shows that the maximum values of the voltages Vv and Vw induced in the V and W phases change by two periods while the rotor 5 moves by one counter electrode. Therefore, for example, the mechanical angle “15”
° ”and a mechanical angle“ 60 ° ”that is just one pole away from it.
, The maximum values of Vv and Vw are almost the same value (the maximum value of Vv is about 1.6 V at 15 ° and 60 °, and the maximum value of Vw is about 0.1 V at 15 ° and 60 °). 5V). Therefore, only the information on the peak values of the induced voltages Vv and Vw can detect the angle of the magnetic pole of the rotor 5, but cannot determine the polarity.

【0025】この問題は、励磁電流Iuの情報を用いる
ことによって克服できる。図8(b)および図10
(b)の誘起電圧Vwの波形に着目すると、Vwの値が
最大となる位置が両者間で異なっていることがわかる。
すなわち、誘起電圧Vwが最大となる位置は、図8
(b)の機械角「15°」の場合では、励磁電流Iuが
負のときであり、図10(b)の機械角「60°」の場
合では、励磁電流Iuが正のときである。これと同様
に、機械角「30°」と、これと1極分ずれた機械角
「75°」の位置についても、図9(b)および 図1
1(b)からわかるように、誘起電圧の値が最大となる
位置が異っている。したがって、このような誘起電圧波
形のピーク位置と励磁電流との関係を用いることによっ
て、磁石の極性を判断することができる。そこで、最大
値の位置について表1に示すような場合分けを考える。
This problem can be overcome by using the information of the exciting current Iu. FIG. 8B and FIG.
Paying attention to the waveform of the induced voltage Vw in (b), it can be seen that the position where the value of Vw is maximum is different between the two.
That is, the position where the induced voltage Vw is maximum is as shown in FIG.
In the case of the mechanical angle “15 °” in (b), the exciting current Iu is negative, and in the case of the mechanical angle “60 °” in FIG. 10B, the exciting current Iu is positive. Similarly, the position of the mechanical angle “30 °” and the position of the mechanical angle “75 °” which is shifted by one pole from the mechanical angle are shown in FIGS.
As can be seen from FIG. 1B, the position where the value of the induced voltage is maximum is different. Therefore, the polarity of the magnet can be determined by using such a relationship between the peak position of the induced voltage waveform and the exciting current. Therefore, the case where the position of the maximum value is as shown in Table 1 is considered.

【表1】 [Table 1]

【0026】回転子5が1対極移動する間に、各位置に
おいて測定した励磁電流Iuおよび誘起電圧Vv,Vw
を、表1に基づいて場合分けした結果を図13に示す。
図13の縦軸は、上記表1の場合分けの番号を表してい
る。図13において、機械角「20°」〜「30°」
と、その位置に対してちょうど1極分ずれた機械角「6
5°」〜「75°」を除く範囲において、ある位置と、
その位置に対して1極分ずれた位置での場合分けの番号
が異なっていることがわかる。したがって、前記のよう
に機械角「15°」と「60°」のときに誘起電圧の最
大値が同じ値になったとしても、表1の場合分けの番号
によって位置を区別することができる(15°の場合分
け番号は1、60°の場合分け番号は−1)。こうし
て、表1のような場合分けを行ない、誘起電圧の変化と
励磁電流の変化の組合せから、回転子の初期位置を検出
することができる。
While the rotor 5 moves one counter electrode, the excitation current Iu and the induced voltages Vv, Vw measured at each position are measured.
Is shown in FIG.
The vertical axis of FIG. 13 represents the case classification numbers in Table 1 above. In FIG. 13, mechanical angles “20 °” to “30 °”
And the mechanical angle "6
5 ° ”to a certain position in a range excluding“ 75 ° ”;
It can be seen that the case number at the position shifted by one pole from the position is different. Therefore, even if the maximum value of the induced voltage becomes the same at the mechanical angles of “15 °” and “60 °” as described above, the position can be distinguished by the case number in Table 1 ( In the case of 15 °, the classification number is 1, and in the case of 60 °, the classification number is -1). In this way, the cases shown in Table 1 are performed, and the initial position of the rotor can be detected from the combination of the change in the induced voltage and the change in the exciting current.

【0027】ところで、図13において、機械角「20
°」〜「30°」と、その位置に対してちょうど1極分
ずれた機械角「65°」〜「75°」とでは、場合分け
の番号が同じになっている。このため、これらの領域に
限っては、表1の基準だけでは正確な位置が検出できな
い。そこで、本発明では、前述した励磁電流Iuのピー
ク位置のシフトを利用することで、この問題を克服して
いる。
In FIG. 13, the mechanical angle "20"
“°” to “30 °” and the mechanical angles “65 °” to “75 °” that are shifted by exactly one pole with respect to the position, have the same case number. Therefore, an accurate position cannot be detected only in these areas by using the reference in Table 1. Therefore, the present invention overcomes this problem by utilizing the above-described shift of the peak position of the exciting current Iu.

【0028】すなわち、機械角「20°」〜「30°」
および「65°」〜「75°」の範囲では、回転子5の
磁石のN極、S極がちょうどU相のコイルの中心付近に
あり、磁石による磁束が最も多くU相の鉄心内を通る
(図4(c)および図6(c)参照)。その結果、これ
らの範囲では、励磁電流Iuのピーク値のシフトが顕著
に現れる。つまり、図4(b)のように、機械角「2
2.5°」の位置では、磁石のN極から発生した磁束の
影響によって、励磁電流Iuのピーク位置が正方向にシ
フトする。一方、図6(b)のように、機械角「67.
5°」の位置では、磁石のS極に流入する磁束の影響に
よって、励磁電流Iuのピーク位置が負方向にシフトす
る。したがって、励磁電流Iuのピーク位置が正負いず
れの方向にシフトしているかを判定することによって、
「22.5°」と「67.5°」の位置を区別し、磁石
の極性を判断することができる。
That is, the mechanical angle “20 °” to “30 °”
In the range from “65 °” to “75 °”, the N and S poles of the magnet of the rotor 5 are located near the center of the U-phase coil, and the magnetic flux generated by the magnet passes through the U-phase core. (See FIG. 4 (c) and FIG. 6 (c)). As a result, in these ranges, the peak value of the exciting current Iu shifts remarkably. That is, as shown in FIG. 4B, the mechanical angle “2”
At the position of “2.5 °”, the peak position of the exciting current Iu shifts in the positive direction due to the influence of the magnetic flux generated from the N pole of the magnet. On the other hand, as shown in FIG.
At the position of “5 °”, the peak position of the exciting current Iu shifts in the negative direction due to the influence of the magnetic flux flowing into the S pole of the magnet. Therefore, by determining in which direction the peak position of the exciting current Iu is shifted in the positive or negative direction,
The position of “22.5 °” and the position of “67.5 °” can be distinguished to determine the polarity of the magnet.

【0029】以上のような方法により、原理的にはすべ
ての回転子位置を検出することが可能となる。ただ、以
上の説明はU相に交流電圧を印加した場合であり、より
正確な初期位置検出のためには、V相やW相についても
交流電圧を印加して同様に測定を行なう必要があるが、
これについては後述する。
With the above method, it is possible in principle to detect all rotor positions. However, the above description is for the case where an AC voltage is applied to the U phase. For more accurate initial position detection, it is necessary to apply the AC voltage to the V phase and the W phase and perform the same measurement. But,
This will be described later.

【0030】ところで、上述した原理に従う初期位置検
出のための一連の手順は、たとえばマイクロコンピュー
タを用いたソフトウエア処理により実現することができ
る。このため、まず、回転子位置(実測角度)と、励磁
電流および誘起電圧との関係をデータベース化する必要
がある。そこで、計算を簡単かつ精度の高いものにする
ために、励磁電流および誘起電圧の情報から、以下に示
す4種類のデータを抽出する。 Data1:Vvの最大値−Vwの最大値 Data2:Vv,Vwの最大値を場合分けした番号 Data3:Iuの最大値+Iuの最小値 Data4:Iuの最大値+Iuの最小値の絶対値
Incidentally, a series of procedures for initial position detection according to the above-described principle can be realized by software processing using a microcomputer, for example. For this reason, it is necessary to first make a database of the relationship between the rotor position (actually measured angle), the excitation current and the induced voltage. Therefore, in order to make the calculation simple and accurate, the following four types of data are extracted from the information on the excitation current and the induced voltage. Data1: Maximum value of Vv−Maximum value of Vw Data2: Number obtained by dividing the maximum value of Vv and Vw Data3: Maximum value of Iu + Minimum value of Iu Data4: Maximum value of Iu + Absolute value of minimum value of Iu

【0031】回転子5の磁石が1対極移動する間の、上
記各データの変化の様子を図14に示す。この図14の
各データを、データベースとしてメモリに蓄積する。こ
こで、Data1、Data3、Data4は周期的な
変化をするので、データベースの構成を簡単にするため
に、これらのデータをフーリエ級数展開を用いて関数化
するとよい。
FIG. 14 shows how each of the above data changes during the one-pole movement of the magnet of the rotor 5. Each data in FIG. 14 is stored in the memory as a database. Here, since Data1, Data3, and Data4 change periodically, in order to simplify the configuration of the database, it is preferable to convert these data into functions using Fourier series expansion.

【0032】上記のようなデータベースを用いて、回転
子5の初期位置を検出する手順を図15に示す。この手
順をmethod1とし、以下これについて説明する。
まず、U相に交流電圧を印加し、このときの励磁電流I
uおよび誘起電圧Vv,Vwの値をコンピュータに読み
込む(ステップS1)。そして、読み込んだIu,V
v,Vwの値から、以下の4種類のデータを抽出する
(ステップS2)。 データ1:Vvの最大値−Vwの最大値 データ2:Vv,Vwの最大値を場合分けした番号 データ3:Iuの最大値+Iuの最小値 データ4:Iuの最大値+Iuの最小値の絶対値
FIG. 15 shows a procedure for detecting the initial position of the rotor 5 using the database as described above. This procedure is referred to as method1, which will be described below.
First, an AC voltage is applied to the U phase, and the exciting current I
The values of u and the induced voltages Vv and Vw are read into a computer (step S1). Then, the read Iu, V
The following four types of data are extracted from the values of v and Vw (step S2). Data 1: Maximum value of Vv−Maximum value of Vw Data 2: Number that classifies the maximum value of Vv and Vw Data 3: Maximum value of Iu + Minimum value of Iu Data 4: Maximum value of Iu + Minimum value of Iu value

【0033】次に、抽出したデータ1の値を、図14の
関数化したデータベースのData1と比較して、候補
となる角度を選出する(ステップS3)。データ1のあ
る値に対して、対応する角度は複数あるので、候補角は
複数個選出される。続いて、候補として選出した角度に
おけるデータ2の値を、データベースのData2の値
と比較して、候補となる角度を絞り込む(ステップS
4)。ここでは、前述した場合分けの番号によって候補
角度を絞り込んでいる。その後、さらに候補として残っ
ている角度につき、実測したデータ3、データ4の値
を、データベースのData3、Data4の値と比較
する(ステップS5)。ここでは、前述した励磁電流I
uのピーク位置シフトの情報によって候補角度を絞り込
んでいる。そして、最終的に、Data3、Data4
を含めて、その誤差が最も小さい角度を初期位置として
選出する(ステップS6)。以上の手順によって、回転
子5の初期位置を検出することができる。
Next, the value of the extracted data 1 is compared with Data1 of the functionalized database of FIG. 14 to select a candidate angle (step S3). Since there are a plurality of angles corresponding to a certain value of data 1, a plurality of candidate angles are selected. Subsequently, the value of the data 2 at the angle selected as a candidate is compared with the value of Data2 in the database to narrow down the candidate angle (step S).
4). Here, the candidate angles are narrowed down by the case classification numbers described above. Thereafter, the values of the actually measured data 3 and data 4 are compared with the values of Data3 and Data4 in the database for the angles remaining as candidates (step S5). Here, the above-described exciting current I
The candidate angles are narrowed down by the information on the peak position shift of u. And finally, Data3, Data4
And the angle with the smallest error is selected as the initial position (step S6). By the above procedure, the initial position of the rotor 5 can be detected.

【0034】図16は、U相に交流電圧を印加して初期
位置の検出を行った場合の、検出角度(縦軸)と実測角
度(横軸)との一致度合いを示すグラフである。図16
より、ほとんどの位置において、非常に高い精度で角度
の検出が行われていることがわかる。しかしながら、機
械角「51°」、「83°」の2箇所で検出ミスが発生
している。これらの位置での検出角度は、実際の角度と
比べて、ほぼ1極分ずれた角度となっている。実験にお
いてさらに繰り返し検出を行ってみると、機械角「7
°」、「38°」、「52°」、「83°」の各付近
で、数回の検出ミスが発生した。これらの位置で誤検出
された角度は、いずれも実際の角度と比べてほぼ1極分
ずれた角度であった。
FIG. 16 is a graph showing the degree of coincidence between the detected angle (vertical axis) and the measured angle (horizontal axis) when the initial position is detected by applying an AC voltage to the U phase. FIG.
From this, it can be seen that the angle is detected with very high accuracy at most positions. However, a detection error has occurred at two points of the mechanical angles “51 °” and “83 °”. The detection angles at these positions are shifted by approximately one pole compared to the actual angles. When the detection is further repeated in the experiment, the mechanical angle “7”
°, 38 °, 52 °, and 83 °, several detection errors occurred. The angles erroneously detected at these positions were all shifted by almost one pole from the actual angles.

【0035】上記のような検出ミスの原因は、励磁電流
の波形および誘起電圧の波形が、特定の角度において酷
似しているためである。たとえば、機械角「7°」にお
ける励磁電流および誘起電圧の波形は図17(a)のよ
うになり、機械角「52°」における励磁電流および誘
起電圧の波形は図17(b)のようになる。これから明
らかなように、両者の各波形はほとんど同じとなる。ま
た、機械角「38°」と「83°」のときの励磁電流お
よび誘起電圧の波形を、それぞれ図18(a),(b)
に示す。ここでも、両者の各波形は酷似したものとなっ
ている。
The cause of the above-described detection error is that the waveform of the exciting current and the waveform of the induced voltage are very similar at a specific angle. For example, the waveforms of the exciting current and the induced voltage at the mechanical angle of “7 °” are as shown in FIG. 17A, and the waveforms of the exciting current and the induced voltage at the mechanical angle of “52 °” are as shown in FIG. 17B. Become. As is clear from this, the respective waveforms of both are almost the same. FIGS. 18A and 18B show the waveforms of the excitation current and the induced voltage when the mechanical angles are “38 °” and “83 °”, respectively.
Shown in Again, the waveforms of both are very similar.

【0036】以上のように、Method1の手順に従
えば、ほとんどの角度において、ほぼ正しい検出を行う
ことができるが、上述のように検出ミスが発生する位置
がある以上、この手順だけでモータを駆動することは信
頼性の点で問題が残る。そこで、本発明ではさらに進ん
で、検出された角度が誤検出の発生しやすい位置であっ
た場合には、励磁相を切り換えて再度角度の検出を行な
うようにしている。これについて説明する前に、まず、
W相とV相を励磁した場合の特性について述べる。
As described above, according to the procedure of Method 1, it is possible to perform almost correct detection at almost all angles. However, since there is a position where a detection error occurs as described above, the motor is only used in this procedure. Driving leaves a problem in terms of reliability. Therefore, in the present invention, when the detected angle is a position where erroneous detection is likely to occur, the excitation phase is switched and the angle is detected again. Before explaining this,
The characteristics when the W phase and the V phase are excited will be described.

【0037】図19は、W相において上記と同様の方法
を用いて初期位置の検出を行なうためのデータベースと
なる、4種類のデータと角度との関系を示している。W
相はU相に対して機械角で30°ずれている(図2参
照)。そして、モータの構造上、各相には周期性がある
ため、図19は図15と比べて機械角で30°ずれた状
態にあることがわかる。
FIG. 19 shows a relationship between four types of data and an angle, which is a database for detecting an initial position in the W phase using the same method as described above. W
The phases are shifted by a mechanical angle of 30 ° with respect to the U phase (see FIG. 2). Since each phase has periodicity due to the structure of the motor, FIG. 19 shows a state where the mechanical angle is shifted by 30 ° as compared with FIG.

【0038】W相に交流電圧を印加し、図19のデータ
ベースを用いて初期位置検出を行ったときの、検出角度
と実測角度の一致度合いを図20に示す。図20におい
ても、ほとんどの位置において、非常に高い精度で角度
の検出が行われていることがわかる。しかしながら、機
械角「20°」、「83°」の2箇所で検出ミスが発生
している。 さらに繰り返し検出を行った結果、機械角
「20°」、「38°」、「65°」、「83°」付近
で、数回の検出ミスが発生した。これらの位置で誤検出
された角度は、いずれもU相での検出ミスと同様に、実
際の角度と比べてほぼ1極分ずれていた。これらの検出
ミスの原因は、U相の場合と同じで、励磁電流の波形お
よび誘起電圧の波形が、特定の角度において酷似してい
るためである。
FIG. 20 shows the degree of coincidence between the detected angle and the measured angle when an AC voltage is applied to the W phase and the initial position is detected using the database in FIG. Also in FIG. 20, it can be seen that the angle is detected with very high accuracy at most positions. However, detection errors have occurred at two points of mechanical angle “20 °” and “83 °”. Further, as a result of repeated detection, several detection errors occurred near the mechanical angles “20 °”, “38 °”, “65 °”, and “83 °”. The angles erroneously detected at these positions are almost one pole apart from the actual angles, similarly to the detection errors in the U phase. The cause of these detection errors is the same as in the case of the U phase, because the waveform of the exciting current and the waveform of the induced voltage are very similar at a specific angle.

【0039】図21は、V相において初期位置の検出を
行なうためのデータベースとなる、4種類のデータと角
度との関系を示している。V相はU相に対して機械角で
60°ずれている(図2参照)。そして、モータの構造
上、各相には周期性があるため、図21は図15と比べ
て機械角で60°ずれた状態にあることがわかる。
FIG. 21 shows a relation between four types of data and an angle, which is a database for detecting the initial position in the V phase. The V phase is shifted by 60 ° in mechanical angle from the U phase (see FIG. 2). Since each phase has periodicity due to the structure of the motor, it can be seen that FIG. 21 is shifted by 60 ° in mechanical angle from FIG.

【0040】V相に交流電圧を印加し、図21のデータ
ベースを用いて初期位置検出を行ったときの、検出角度
と実測角度の一致度合いを図22に示す。図22におい
ても、ほとんどの位置において、非常に高い精度で角度
の検出が行われていることがわかる。しかしながら、機
械角「67°」の位置で検出ミスが発生している。さら
に繰り返し検出を行った結果、機械角「7°」、「21
°」、「52°」、「66°」付近で、数回の検出ミス
が発生した。これらの位置で誤検出された角度は、いず
れも実際の角度と比べてほぼ1極分ずれていた。検出ミ
スの原因は、U相の場合と同じである。
FIG. 22 shows the degree of coincidence between the detected angle and the actually measured angle when an AC voltage is applied to the V phase and the initial position is detected using the database shown in FIG. Also in FIG. 22, it can be seen that the angle is detected with very high accuracy at most positions. However, a detection error has occurred at the position of the mechanical angle “67 °”. As a result of repeated detection, the mechanical angles “7 °” and “21” were obtained.
°, 52 ° and 66 °, several detection errors occurred. The angles erroneously detected at these positions were almost one pole apart from the actual angles. The cause of the detection error is the same as in the case of the U phase.

【0041】以上の結果から、各相における検出ミスの
発生しやすい位置に関して、次のような事実が存在する
ことがわかる。すなわち、U相において初期位置検出を
行ったときには、機械角「7°」付近と「52°」付近
で検出ミスが発生しやすいが、W相においてこれらの位
置を検出したときには、検出ミスは発生せず、常に正し
く検出することができる。また、U相において初期位置
検出を行ったときに、機械角「38°」付近と「83
°」付近で検出ミスが起きやすいが、V相においてこれ
らの位置を検出したときには、検出ミスは発生せず、常
に正しく検出することができる。
From the above results, it can be understood that the following facts exist with respect to positions where detection errors easily occur in each phase. That is, when the initial position is detected in the U phase, detection errors are likely to occur near the mechanical angles “7 °” and “52 °”, but when these positions are detected in the W phase, a detection error occurs. Without this, it can always be detected correctly. Further, when the initial position is detected in the U phase, the mechanical angle around “38 °” and “83”
The detection error is likely to occur near "°", but when these positions are detected in the V phase, no detection error occurs and the detection can always be performed correctly.

【0042】上記より、検出ミスが発生しやすい位置に
関して、次の3つのことがいえる。 (1)検出ミスが生じやすい位置は、常に決まった狭い
範囲に限られている。 (2)検出角度が間違っていた場合には、この検出角度
は常に実際の角度とほぼ1極分ずれた角度となる。 (3)検出ミスが生じやすい位置でも、3つの相のいず
れかにおいては、常に正しく検出できる。
From the above, the following three points can be said with respect to a position where a detection error easily occurs. (1) The position where a detection error easily occurs is always limited to a fixed narrow range. (2) If the detection angle is wrong, this detection angle always deviates from the actual angle by almost one pole. (3) Even in a position where a detection error is likely to occur, a correct detection can always be performed in any of the three phases.

【0043】したがって、U相において検出を行ったと
きに、検出された角度がミスの生じやすい範囲に含まれ
る角度であるならば、その範囲の角度を常に正しく検出
することができるV相またはW相において、再度、初期
位置の検出を行なうことにより、常に初期位置を正確に
検出できることになる。
Therefore, if the angle detected in the U-phase is included in a range in which a mistake is likely to occur when the detection is performed in the U-phase, the V-phase or W-phase can always correctly detect the angle in the range. By detecting the initial position again in the phase, the initial position can always be accurately detected.

【0044】図23は、以上のような考察に基づき、初
期位置を常に正確に検出することが可能なプログラムの
フローチャートを示している。この手順をmethod
2とし、以下これについて説明する。まず、U相に交流
電圧を印加して(ステップS11)、前述したmeth
od1(図15)の手順に従って、初期位置の角度θ
(u)を検出する(ステップS12)。次に、この検出
された角度θ(u)が、機械角「15°」〜「30
°」、もしくは「60°」〜「75°」の範囲に含まれ
ているか否かを判定する(ステップS13)。θ(u)
がこれらの範囲に含まれておれば(ステップS13;Y
ES)、この角度について誤検出のおそれはないので、
θ(u)をもって最終的な初期位置の角度とする(ステ
ップS19)。
FIG. 23 shows a flowchart of a program capable of always accurately detecting the initial position based on the above considerations. This procedure is method
2, which will be described below. First, an AC voltage is applied to the U phase (step S11), and the aforementioned meth
od1 (FIG. 15), the angle θ of the initial position
(U) is detected (step S12). Next, the detected angle θ (u) is changed from the mechanical angle “15 °” to “30”.
° ”or“ 60 ° ”to“ 75 ° ”(step S13). θ (u)
Is included in these ranges (step S13; Y
ES), since there is no risk of erroneous detection of this angle,
Let θ (u) be the angle of the final initial position (step S19).

【0045】一方、検出された角度θ(u)が、機械角
「15°」〜「30°」、「60°」〜「75°」のい
ずれの範囲にも含まれていなければ(ステップS13;
NO)、この角度については誤検出のおそれがあるの
で、θ(u)を最終的な角度とはせずに、θ(u)が
「0°」〜「15°」、もしくは「45°」〜「60
°」の範囲に含まれているか否かを判定する(ステップ
S14)。θ(u)がこれらの範囲に含まれておれば
(ステップS14;YES)、当該範囲について誤検出
のおそれのないW相に交流電圧を印加して励磁し(ステ
ップS15)、前述のmethod1の手順に従って、
初期位置の角度θ(w)を検出する(ステップS1
6)。そして、この角度θ(w)をもって最終的な初期
位置の角度とする(ステップS19)。
On the other hand, if the detected angle θ (u) is not included in any of the mechanical angles “15 °” to “30 °” and “60 °” to “75 °” (step S13) ;
NO), since there is a risk of erroneous detection of this angle, θ (u) is not set to the final angle, and θ (u) is set to “0 °” to “15 °” or “45 °”. ~ "60
° ”(step S14). If θ (u) is included in these ranges (step S14; YES), an AC voltage is applied to the W phase in which there is no possibility of erroneous detection in the range to excite (step S15), and the method 1 described above is applied. Follow the steps
The angle θ (w) of the initial position is detected (Step S1)
6). Then, this angle θ (w) is used as the final initial position angle (step S19).

【0046】また、θ(u)が「0°」〜「15°」、
「45°」〜「60°」のいずれの範囲にも含まれてい
なければ、W相で再検出を行なったのでは誤検出のおそ
れがあるので、誤検出のおそれのないV相に交流電圧を
印加して励磁し(ステップS17)、前述のmetho
d1の手順に従って、初期位置の角度θ(v)を検出す
る(ステップS18)。そして、この角度θ(v)をも
って最終的な初期位置の角度とする(ステップS1
9)。
Also, when θ (u) is “0 °” to “15 °”,
If it is not included in any range from “45 °” to “60 °”, re-detection in the W phase may cause erroneous detection. To excite (step S17),
According to the procedure of d1, the angle θ (v) of the initial position is detected (Step S18). Then, this angle θ (v) is used as the final initial position angle (step S1).
9).

【0047】以上のように、検出された角度に応じて、
交流電圧を印加する相を切り換えることで、常に正確に
初期位置の検出を行うことができる。相の切り換えは、
半導体スイッチ等を用いて自動で行うことが可能である
が、手動で結線を変更することにより行なってもよい。
なお、検出ミスが生じやすい範囲は、実際には、先に述
べた4箇所の付近の2〜3°であるが、検出ミスが生じ
やすい範囲にゆとりを持たせる目的と、モータの構造上
から生じる周期性を考慮して、それぞれの範囲の区切り
を機械角で15°としている。
As described above, according to the detected angle,
By switching the phase to which the AC voltage is applied, the initial position can always be accurately detected. Phase switching
Although this can be performed automatically using a semiconductor switch or the like, it may be performed by manually changing the connection.
The range in which a detection error is likely to occur is actually 2 to 3 ° near the above-described four locations. In consideration of the periodicity that occurs, each section is set to a mechanical angle of 15 °.

【0048】図24は、上記方法により初期位置の検出
を行った場合の、検出角度と実測角度の一致度合いを示
しており、また、図25はその誤差分布を示している。
これらの結果から、すべての位置において、誤差範囲が
0.5°以内という非常に高い精度で初期位置の検出が
できていることがわかる。こうして検出された初期位置
の角度を、モータ駆動用のプログラムに引渡すことに
よって、位置検出用のセンサを用いることなく、モータ
を駆動することができる。
FIG. 24 shows the degree of coincidence between the detected angle and the actually measured angle when the initial position is detected by the above method, and FIG. 25 shows the error distribution.
From these results, it can be seen that the initial position can be detected with very high accuracy with an error range within 0.5 ° at all positions. By transferring the detected angle of the initial position to the program for driving the motor, the motor can be driven without using a sensor for detecting the position.

【0049】図26は、本発明に係る初期位置検出装置
の一例を示すブロック図である。図において、1は既述
のDCブラシレスモータ、20はDCブラシレスモータ
1のコイルに交流を供給するための交流電源となる3相
インバータ、21は3相インバータ20によってスイッ
チングされる直流電源、22は3相インバータ20を駆
動するインバータ駆動回路である。23はDCブラシレ
スモータ1のコイルに流れる励磁電流を検出するための
電流センサ、24は電流センサ23によって検出された
電流を電圧値に変換する電流検出回路で、電流センサ2
3と電流検出回路24によって電流測定手段が構成され
る。25はDCブラシレスモータ1のコイルに誘起され
る電圧を検出する電圧検出回路で、電圧測定手段を構成
する。26は電流検出回路24と電圧検出回路25の出
力が入力されるとともに、インバータ駆動回路22に対
する制御を行なうCPUであって、回転子位置検出手段
を構成する。27はCPU26に接続されたメモリであ
って、前述の関数化されたデータベースが格納されてい
る。
FIG. 26 is a block diagram showing an example of the initial position detecting device according to the present invention. In the figure, 1 is the aforementioned DC brushless motor, 20 is a three-phase inverter serving as an AC power supply for supplying an AC to the coil of the DC brushless motor 1, 21 is a DC power supply switched by the three-phase inverter 20, and 22 is This is an inverter drive circuit that drives the three-phase inverter 20. Reference numeral 23 denotes a current sensor for detecting an exciting current flowing through a coil of the DC brushless motor 1, and reference numeral 24 denotes a current detection circuit for converting the current detected by the current sensor 23 into a voltage value.
3 and the current detection circuit 24 constitute a current measuring means. Reference numeral 25 denotes a voltage detection circuit that detects a voltage induced in the coil of the DC brushless motor 1, and constitutes a voltage measurement unit. Reference numeral 26 denotes a CPU to which the outputs of the current detection circuit 24 and the voltage detection circuit 25 are inputted and which controls the inverter drive circuit 22 and constitutes a rotor position detection means. Reference numeral 27 denotes a memory connected to the CPU 26, which stores the aforementioned functionalized database.

【0050】図26において、CPU26は図15およ
び図23に示したフローチャートに従って、静止状態に
ある回転子5の位置を検出する。すなわち、3相インバ
ータ20により、DCブラシレスモータ1の1相に交流
電圧を印加し、このときの励磁電流を電流センサ23お
よび電流検出回路24によって測定する。また、交流電
圧の印加によって他の相に生じる誘起電圧を、電圧検出
回路25によって測定する。これらの測定結果はCPU
26に入力され、CPU26は、これらの測定値とメモ
リ27に格納されているデータベースのデータとを比較
し、回転子5の磁石の位置を判定する。そして、その位
置に応じた電流をDCブラシレスモータ1のコイルに流
すように、インバータ駆動回路22を制御する。
In FIG. 26, the CPU 26 detects the position of the rotor 5 in a stationary state according to the flowcharts shown in FIGS. That is, an AC voltage is applied to one phase of the DC brushless motor 1 by the three-phase inverter 20, and the exciting current at this time is measured by the current sensor 23 and the current detection circuit 24. In addition, an induced voltage generated in another phase due to the application of the AC voltage is measured by the voltage detection circuit 25. These measurement results are stored in the CPU
The CPU 26 compares these measured values with data in a database stored in the memory 27 to determine the position of the magnet of the rotor 5. Then, the inverter driving circuit 22 is controlled so that a current corresponding to the position flows through the coil of the DC brushless motor 1.

【0051】以上述べた本発明の初期位置検出方法およ
び検出装置は、たとえばフォークリフトや無人搬送車な
どのモータに適用される。この場合、位置検出用のセン
サが不要になることからコストダウンが図れ、しかもモ
ータ自体が小型化されるとともに、配線も省略すること
ができるので、モータの搭載スペースに制約の多いフォ
ークリフト等においては、車体のレイアウトの自由度を
確保する上でも実用的効果が大きい。また、位置検出セ
ンサを用いたものでは、センサ自体の劣化があるため、
悪環境下で使用されることも多いフォークリフト等に搭
載するには困難を伴っていたが、本発明ではこのような
問題も一掃できる。
The above-described initial position detecting method and detecting device of the present invention are applied to, for example, a motor of a forklift or an automatic guided vehicle. In this case, since a sensor for position detection is not required, cost can be reduced, and the motor itself can be reduced in size and wiring can be omitted. Also, the practical effect is large in securing the degree of freedom in the layout of the vehicle body. In the case of using a position detection sensor, since the sensor itself is deteriorated,
Although it has been difficult to mount it on a forklift or the like which is often used in a bad environment, the present invention can eliminate such a problem.

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明によれば、偏磁現象による誘起電
圧と励磁電流の変化を利用して、回転子の磁極位置を検
出するようにしたので、始動時の回転子位置をセンサを
用いずに容易に検出することができる。
According to the present invention, the magnetic pole position of the rotor is detected by utilizing the change in the induced voltage and the exciting current due to the magnetic polarization phenomenon. And can easily be detected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の初期位置検出方法に用いる基本回路を
示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a basic circuit used for an initial position detection method of the present invention.

【図2】DCブラシレスモータのコイルと回転子の配置
を示した図である。
FIG. 2 is a diagram showing an arrangement of a coil and a rotor of a DC brushless motor.

【図3】機械角0°における励磁電流と誘起電圧の変化
を説明する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating changes in an excitation current and an induced voltage at a mechanical angle of 0 °.

【図4】機械角22.5°における励磁電流と誘起電圧
の変化を説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating changes in an excitation current and an induced voltage at a mechanical angle of 22.5 °.

【図5】機械角45°における励磁電流と誘起電圧の変
化を説明する図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating changes in an excitation current and an induced voltage at a mechanical angle of 45 °.

【図6】機械角67.5°における励磁電流と誘起電圧
の変化を説明する図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating changes in an excitation current and an induced voltage at a mechanical angle of 67.5 °.

【図7】励磁電流の最大値と最小値の変化を示す図であ
る。
FIG. 7 is a diagram showing changes in the maximum value and the minimum value of the exciting current.

【図8】機械角15°における励磁電流と誘起電圧の変
化を説明する図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating changes in an excitation current and an induced voltage at a mechanical angle of 15 °.

【図9】機械角30°における励磁電流と誘起電圧の変
化を説明する図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating changes in an excitation current and an induced voltage at a mechanical angle of 30 °.

【図10】機械角60°における励磁電流と誘起電圧の
変化を説明する図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating changes in an excitation current and an induced voltage at a mechanical angle of 60 °.

【図11】機械角75°における励磁電流と誘起電圧の
変化を説明する図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating changes in an excitation current and an induced voltage at a mechanical angle of 75 °.

【図12】誘起電圧の最大値の変化を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a change in the maximum value of an induced voltage.

【図13】各位置における励磁電流および誘起電圧を場
合分けした結果を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing the results of classifying the excitation current and induced voltage at each position.

【図14】U相で検出する場合のデータベースを示す図
である。
FIG. 14 is a diagram showing a database when detection is performed in the U phase.

【図15】初期位置の検出手順を示すフローチャートで
ある。
FIG. 15 is a flowchart showing a procedure for detecting an initial position.

【図16】U相での検出角度と実測角度との一致度合い
を示すグラフである。
FIG. 16 is a graph showing the degree of coincidence between the detected angle and the measured angle in the U phase.

【図17】機械角7°と52°における励磁電流および
誘起電圧の波形図である。
FIG. 17 is a waveform diagram of an exciting current and an induced voltage at mechanical angles of 7 ° and 52 °.

【図18】機械角38°と83°における励磁電流およ
び誘起電圧の波形図である。
FIG. 18 is a waveform diagram of an exciting current and an induced voltage at mechanical angles of 38 ° and 83 °.

【図19】W相で検出する場合のデータベースを示す図
である。
FIG. 19 is a diagram showing a database when detection is performed in the W phase.

【図20】W相での検出角度と実測角度との一致度合い
を示すグラフである。
FIG. 20 is a graph showing the degree of coincidence between the detected angle and the actually measured angle in the W phase.

【図21】V相で検出する場合のデータベースを示す図
である。
FIG. 21 is a diagram showing a database when detection is performed in the V phase.

【図22】V相での検出角度と実測角度との一致度合い
を示すグラフである。
FIG. 22 is a graph showing the degree of coincidence between the detected angle and the actually measured angle in the V phase.

【図23】初期位置の正確な検出のためのフローチャー
トである。
FIG. 23 is a flowchart for accurately detecting an initial position.

【図24】検出角度と実測角度の一致度合いを示すグラ
フである。
FIG. 24 is a graph showing the degree of coincidence between the detected angle and the actually measured angle.

【図25】誤差分布を示す図である。FIG. 25 is a diagram showing an error distribution.

【図26】本発明の初期位置検出装置の一例を示すブロ
ック図である。
FIG. 26 is a block diagram illustrating an example of an initial position detection device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 DCブラシレスモータ 2 交流電源 3 電流計 4 固定子鉄心 5 回転子 11〜13 コイル 20 3相インバータ 23 電流センサ 24 電流検出回路 25 電圧検出回路 26 CPU 27 メモリ Iu 励磁電流 Vv,Vw 誘起電圧 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 DC brushless motor 2 AC power supply 3 Ammeter 4 Stator core 5 Rotor 11-13 Coil 20 Three-phase inverter 23 Current sensor 24 Current detection circuit 25 Voltage detection circuit 26 CPU 27 Memory Iu Excitation current Vv, Vw Induction voltage

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】静止状態にあるDCブラシレスモータの1
相のコイルに交流電圧を印加し、この電圧印加によって
当該コイルに流れる励磁電流を測定するとともに、他相
のコイルに誘起される誘起電圧を測定し、回転子の停止
位置による前記励磁電流の変化および前記誘起電圧の変
化の組合せに基づいて、回転子の初期位置を検出するこ
とを特徴とするDCブラシレスモータの初期位置検出方
法。
1. A DC brushless motor 1 in a stationary state.
An AC voltage is applied to the phase coil, the excitation current flowing through the coil is measured by applying the voltage, and the induced voltage induced in the other phase coil is measured. And detecting an initial position of the rotor based on a combination of changes in the induced voltage.
【請求項2】回転子の各位置と前記励磁電流および誘起
電圧との関係をあらかじめデータベース化しておき、実
測した励磁電流および誘起電圧を前記データベースと照
合することにより回転子の初期位置を検出する請求項1
に記載のDCブラシレスモータの初期位置検出方法。
2. The relation between each position of the rotor and the exciting current and the induced voltage is previously stored in a database, and the initial position of the rotor is detected by comparing the actually measured exciting current and the induced voltage with the database. Claim 1
4. The method for detecting an initial position of a DC brushless motor according to item 1.
【請求項3】他相のコイルに誘起される誘起電圧の波形
のピーク位置が、励磁電流の正の区間か負の区間かによ
って場合分けし、その結果を参照して回転子の初期位置
を検出する請求項1または2に記載のDCブラシレスモ
ータの初期位置検出方法。
3. The method according to claim 1, wherein the peak position of the waveform of the induced voltage induced in the coil of the other phase is classified into a positive section and a negative section of the exciting current, and the initial position of the rotor is determined with reference to the result. 3. The method for detecting an initial position of a DC brushless motor according to claim 1, wherein the initial position is detected.
【請求項4】ある位置とこの位置から1極分ずれた位置
における誘起電圧と励磁電流との関係が同一の場合分け
に属する場合に、励磁電流のピーク値の正方向または負
方向へのシフト状態を判定することにより回転子の初期
位置を検出する請求項3に記載のDCブラシレスモータ
の初期位置検出方法。
4. A positive or negative shift of a peak value of an exciting current when a relationship between an induced voltage and an exciting current at a certain position and a position shifted by one pole from this position belongs to the same case. 4. The method for detecting an initial position of a DC brushless motor according to claim 3, wherein the initial position of the rotor is detected by determining a state.
【請求項5】1相の励磁の結果得られた回転子の初期位
置が誤検出の生じやすい特定範囲の値である場合に、当
該範囲では誤検出の生じない他の相を励磁することによ
って、再度回転子の初期位置を検出する請求項1ないし
4のいずれかに記載のDCブラシレスモータの初期位置
検出方法。
5. When the initial position of the rotor obtained as a result of one-phase excitation is a value in a specific range in which erroneous detection is liable to occur, by exciting another phase in which erroneous detection does not occur in the range. 5. The method for detecting an initial position of a DC brushless motor according to claim 1, wherein the initial position of the rotor is detected again.
【請求項6】静止状態にあるDCブラシレスモータの1
相のコイルに交流電圧を印加するための交流電源と、 前記交流電圧の印加によって当該コイルに流れる励磁電
流を測定する電流測定手段と、 前記交流電圧の印加によって他相のコイルに誘起される
誘起電圧を測定する電圧測定手段と、 前記電流測定手段および電圧測定手段の測定結果が入力
され、回転子の停止位置による前記励磁電流の変化およ
び前記誘起電圧の変化の組合せに基づいて、回転子の初
期位置を検出する回転子位置検出手段と、を備えたこと
を特徴とするDCブラシレスモータの初期位置検出装
置。
6. A DC brushless motor in a stationary state.
An AC power supply for applying an AC voltage to the phase coil; a current measuring means for measuring an exciting current flowing through the coil by applying the AC voltage; and an induction induced in the other phase coil by applying the AC voltage. Voltage measurement means for measuring a voltage, measurement results of the current measurement means and the voltage measurement means are input, and based on a combination of a change in the excitation current and a change in the induced voltage due to a stop position of the rotor, An initial position detecting device for a DC brushless motor, comprising: a rotor position detecting means for detecting an initial position.
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