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JP4312115B2 - Motor drive device - Google Patents

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JP4312115B2 JP2004209412A JP2004209412A JP4312115B2 JP 4312115 B2 JP4312115 B2 JP 4312115B2 JP 2004209412 A JP2004209412 A JP 2004209412A JP 2004209412 A JP2004209412 A JP 2004209412A JP 4312115 B2 JP4312115 B2 JP 4312115B2
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Description

本発明は、高回転制御を行ってトルクを発生させるモータを制御するモータ制御装置に関する。   The present invention relates to a motor control device that controls a motor that generates torque by performing high rotation control.

従来より、ブラシレスDCモータ等の同期モータを駆動する技術としては、下記の特許文献1や特許文献2に記載された技術が知られている。   Conventionally, as a technique for driving a synchronous motor such as a brushless DC motor, techniques described in Patent Document 1 and Patent Document 2 below are known.

この特許文献1には、ブラシレスDCモータの高速運転領域を拡大するために、低負荷或いは中負荷のトルク範囲である時に、高負荷時よりもモータ巻線への通電モードの切替の位相角を進めることにより出力トルク及び回転数を向上させる技術が開示されている。   In Patent Document 1, in order to expand the high-speed operation range of a brushless DC motor, the phase angle for switching the energization mode to the motor winding is higher than that at high load when the torque range is low or medium. A technique for improving the output torque and the rotational speed by advancing is disclosed.

また、特許文献2には、ブラシレスDCモータの高速回転を達成するために、インバータ制御によって電機子電流の位相を誘起電圧よりも進ませるように制御し、ブラシレスDCモータの誘起電圧を低減する技術が開示されている。   Patent Document 2 discloses a technique for reducing the induced voltage of a brushless DC motor by controlling the phase of the armature current to be more advanced than the induced voltage by inverter control in order to achieve high-speed rotation of the brushless DC motor. Is disclosed.

特開平11−299278号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-299278

特開平5−211796号公報JP-A-5-211796

ところで、上述の従来の技術を含めて、電圧低下率を低下させずに高効率に可変速駆動を行うこと、モータの高速運転可能範囲を拡大することなどは、種々の用途を考えると、多相モータにとってはさらなる向上が望まれている。   By the way, considering various applications, including the above-described conventional technology, performing variable speed driving with high efficiency without reducing the voltage drop rate, and expanding the high-speed operable range of the motor are many. Further improvements are desired for phase motors.

そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、電圧低下率を低下させずに高速回転を行うと共に、広範囲の速度制御を実現することができるモータ駆動装置を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been proposed in view of the above-described circumstances, and provides a motor drive device that can perform high-speed rotation without lowering the voltage drop rate and realize a wide range of speed control. With the goal.

本発明は、回転駆動する回転軸を中心として複数に分割された複数の磁石が配列されてなる回転子と、当該回転子の周囲に前記回転軸を中心として配列され各相に対応した電流がコイルに供給される電機子とを備えた3相ブラシレスモータを駆動するモータ駆動装置であって、前記回転子の回転位置を検出する回転位置検出手段と、電源の正端子に接続され前記各相に対応した電機子と接続された複数のスイッチング素子からなる上側スイッチング素子群と、前記電源の負端子に接続され前記各相に対応した電機子と接続された複数のスイッチング素子からなる下側スイッチング素子群とを駆動して、前記ブラシレスモータに電流を供給するインバータと、前記回転位置検出手段で検出された回転位置に基づいて、前記上側スイッチング素子群と前記下側スイッチング素子群のそれぞれから通電すべき2相の電機子巻線に電流を供給する一対の第1、第2のスイッチング素子を選択し、選択された第1、第2のスイッチング素子をオン状態に制御して前記通電すべき第1、第2の2相の電機子巻線に電流を供給する制御手段とを備えたモータ駆動装置である。   The present invention provides a rotor in which a plurality of magnets divided into a plurality about a rotation shaft to be driven for rotation are arranged, and currents corresponding to each phase arranged around the rotation shaft around the rotor. A motor driving device for driving a three-phase brushless motor provided with an armature supplied to a coil, the rotational position detecting means for detecting the rotational position of the rotor, and each phase connected to a positive terminal of a power source An upper switching element group composed of a plurality of switching elements connected to an armature corresponding to the above and a lower switching composed of a plurality of switching elements connected to the armature corresponding to each phase connected to the negative terminal of the power source An inverter that drives an element group to supply current to the brushless motor, and the upper switching element based on the rotational position detected by the rotational position detecting means. And a pair of first and second switching elements that supply current to the two-phase armature windings to be energized from each of the lower switching element groups and the selected first and second switching elements And a control means for supplying current to the first and second two-phase armature windings to be energized.

このモータ駆動装置は、前記回転位置検出手段で検出された回転位置に基づいて、前記選択された第1、第2のスイッチング素子に引き続いてオン状態に制御される第3のスイッチング素子を選択し、前記第1、第2のスイッチング素子がオン状態に制御されている間において、第3のスイッチング素子をオンオフ制御して第3の相の電機子巻線に電流を供給することにより、上述の課題を解決する。   The motor driving device selects a third switching element that is controlled to be in an ON state following the selected first and second switching elements based on the rotational position detected by the rotational position detecting means. While the first and second switching elements are controlled to be in the on state, the third switching element is controlled to be turned on and off to supply current to the armature winding of the third phase. Solve the problem.

本発明に係るモータ駆動装置によれば、3相ブラシレスモータの回転数を制御するに際して、回転位置に基づいて、通電すべき2相の電機子巻線に電流を供給するスイッチング素子を選択し、選択されたスイッチング素子をオン状態、オフ状態に制御する。そして、当該2相の電機子によって発生した磁束を電機子から回転子に与えて回転数を制御すると共に、他の1相の電機子を選定して、当該他の1相と接続されたスイッチング素子をPWM制御して、当該PWM制御のオンオフタイミングに応じて生じる電流が発生する磁束を電機子から回転子に与えることにより、当該他の1相の電機子に流れる電流をPWM制御することによって発生する起磁力が回転子の磁石(永久磁石)を減磁するように作用する。その結果、磁束に依存する誘起電圧は、減磁作用によって低減され、したがって、回転子の回転速度は上昇する。なお、この時、電機子電流の位相は誘起電圧に対し進み位相になる。したがって、このモータ駆動装置によれば、電圧低下率を低下させずに高速回転を行うと共に、高速領域を含む広範囲の速度制御を実現することができる。   According to the motor drive device of the present invention, when controlling the rotational speed of the three-phase brushless motor, the switching element that supplies current to the two-phase armature winding to be energized is selected based on the rotational position, The selected switching element is controlled to be in an on state or an off state. Then, the magnetic flux generated by the two-phase armature is applied from the armature to the rotor to control the rotation speed, and another one-phase armature is selected and connected to the other one-phase switching. By applying PWM control to the element and applying a magnetic flux generated by current generated according to the on / off timing of the PWM control from the armature to the rotor, and by PWM controlling the current flowing through the other one-phase armature The generated magnetomotive force acts to demagnetize the rotor magnet (permanent magnet). As a result, the induced voltage depending on the magnetic flux is reduced by the demagnetizing action, and thus the rotational speed of the rotor is increased. At this time, the phase of the armature current is advanced with respect to the induced voltage. Therefore, according to this motor drive device, it is possible to perform high-speed rotation without reducing the voltage drop rate and to realize wide-range speed control including a high-speed region.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明は、例えば図1に示すように構成されたモータ駆動装置に適用される。   The present invention is applied to, for example, a motor driving device configured as shown in FIG.

このモータ駆動装置は、制御対象であるブラシレスDCモータ(BLDCM)1を、当該ブラシレスDCモータ1の回転速度に応じて制御駆動するものである。このブラシレスDCモータ1は、電源2からPWMインバータ3を介してU相、V相及びW相に供給される各電流値が制御されることで、内部コイルに流れる各電流が制御されてトルクが制御される。本例において、ブラシレスDCモータ1は、永久磁石同期モータであって、内部埋め込み磁石構造となっている回転子であるロータと、集中巻構造となっている固定子であるステータとを備えたSPM(Surface Permanent Magnet)モータである。   This motor drive device controls and drives a brushless DC motor (BLDCM) 1 to be controlled according to the rotational speed of the brushless DC motor 1. The brushless DC motor 1 controls the current values supplied from the power source 2 to the U-phase, V-phase, and W-phase via the PWM inverter 3, thereby controlling the currents flowing in the internal coils and generating torque. Be controlled. In this example, the brushless DC motor 1 is a permanent magnet synchronous motor, and includes a rotor that is a rotor having an internal embedded magnet structure and a stator that is a stator having a concentrated winding structure. (Surface Permanent Magnet) motor.

このモータ駆動装置は、外部からブラシレスDCモータ1の回転数(速度)を制御する速度指令値がマイコンから供給されて、この速度指令値のトルクを発生させるための各種演算を行って、ブラシレスDCモータ1に供給する電流を制御する。   This motor drive device is supplied with a speed command value for controlling the rotation speed (speed) of the brushless DC motor 1 from the outside, and performs various calculations for generating torque of the speed command value, thereby performing brushless DC The current supplied to the motor 1 is controlled.

速度指令値に従ってブラシレスDCモータ1を駆動制御する場合には、モータ駆動装置は、ブラシレスDCモータ1の各相におけるロータ位置を位置検出器4により検出する。この位置検出器4は、ホール素子からなり、ロータの回転によって変化する磁束を電流値として検出することにより、ブラシレスDCモータ1の回転角を位置検出部5及び速度検出部6に出力する。   When driving and controlling the brushless DC motor 1 according to the speed command value, the motor driving device detects the rotor position in each phase of the brushless DC motor 1 by the position detector 4. The position detector 4 is composed of a Hall element, and detects the magnetic flux that changes as the rotor rotates as a current value, thereby outputting the rotation angle of the brushless DC motor 1 to the position detection unit 5 and the speed detection unit 6.

速度検出部6は、回転角に基づいてブラシレスDCモータ1の回転速度を計算して速度計算値を生成して加算器7に供給する。加算器7は、速度検出部6からの速度計算値とマイコンからの速度指令値とが供給され、速度指令値から速度計算値を減算した偏差を速度制御部8に供給する。速度制御部8は、速度指令値と速度計算値との偏差が供給されると、当該偏差を小さくするためのPWMインバータ3のデューティ比、すなわち、PWMインバータ3からブラシレスDCモータ1に与えるパルスの変調率を求める。位置検出部5は、回転角に基づいてブラシレスDCモータ1の現在のロータとステータとの位置関係を示す位置信号を生成する。   The speed detector 6 calculates the rotation speed of the brushless DC motor 1 based on the rotation angle, generates a speed calculation value, and supplies it to the adder 7. The adder 7 is supplied with the speed calculation value from the speed detection unit 6 and the speed command value from the microcomputer, and supplies a deviation obtained by subtracting the speed calculation value from the speed command value to the speed control unit 8. When the deviation between the speed command value and the speed calculation value is supplied, the speed control unit 8 is configured to reduce the deviation, that is, the duty ratio of the PWM inverter 3, that is, the pulse given from the PWM inverter 3 to the brushless DC motor 1. Obtain the modulation rate. The position detection unit 5 generates a position signal indicating the current positional relationship between the current rotor and the stator of the brushless DC motor 1 based on the rotation angle.

出力制御部9は、速度制御部8からの変調率及び位置検出部5からの位置信号に基づいて、PWMインバータ3を構成するスイッチング素子(FET(Field Effect Transistor))をオンオフ制御、又はPWM制御する制御信号をPWMインバータ3に送る。なお、図1において、位置検出部5、速度検出部6、加算器7、速度制御部8及び出力制御部9がマイコン(図示せず)内に含まれる場合もある。   Based on the modulation factor from the speed control unit 8 and the position signal from the position detection unit 5, the output control unit 9 performs on / off control or PWM control of a switching element (FET (Field Effect Transistor)) constituting the PWM inverter 3. The control signal to be sent is sent to the PWM inverter 3. In FIG. 1, the position detector 5, speed detector 6, adder 7, speed controller 8 and output controller 9 may be included in the microcomputer (not shown).

PWMインバータ3は、図2に示すように、電源2の正端子に接続されブラシレスDCモータ1のU相、V相及びW相に対応した上側スイッチング素子群UP,VP,WPと、電源2の負端子に接続されブラシレスDCモータ1のU相、V相及びW相に対応した下側スイッチング素子群UB,VB,WBを備える。このPWMインバータ3は、上述の各部5〜9で構成される制御回路11及びドライブ回路12と接続されている。   As shown in FIG. 2, the PWM inverter 3 is connected to the positive terminal of the power source 2 and is connected to the upper switching element groups UP, VP, WP corresponding to the U-phase, V-phase, and W-phase of the brushless DC motor 1. A lower switching element group UB, VB, WB corresponding to the U phase, V phase, and W phase of the brushless DC motor 1 connected to the negative terminal is provided. The PWM inverter 3 is connected to the control circuit 11 and the drive circuit 12 configured by the above-described units 5 to 9.

ドライブ回路12は、PWMインバータ3の各スイッチング素子UP,VP,WP及びUB,VB,WBと接続されている。そして、ドライブ回路12は、制御回路11の出力制御部9からの制御信号によって各スイッチング素子UP,VP,WP及びUB,VB,WBをオンオフさせて、ブラシレスDCモータ1のコイル21U,21V,21Wに供給する電流を制御する。   The drive circuit 12 is connected to the switching elements UP, VP, WP and UB, VB, WB of the PWM inverter 3. Then, the drive circuit 12 turns on and off the switching elements UP, VP, WP and UB, VB, WB according to a control signal from the output control unit 9 of the control circuit 11, and the coils 21U, 21V, 21W of the brushless DC motor 1. To control the current supplied to the.

このような構成によって駆動されるブラシレスDCモータ1は、その構成を図3に示すように、回転駆動する回転軸を中心として複数に分割された複数の磁石が配列されてなる回転子であるロータ31と、当該ロータ31の周囲に回転軸を中心として配列され各相に対応した電流がコイルに供給される電機子及び固定子であるステータ32とを備えている。このブラシレスDCモータ1は、UP,VP,WPに接続されたステータ32のコイルと、UB,VB,WBに接続されたステータ32のコイルが設けられ、各コイルにPWMインバータ3からの電流が供給されることで、ステータ32で発生した磁束がロータ31に供給され、ロータ31に回転力を与える。   As shown in FIG. 3, the brushless DC motor 1 driven by such a configuration is a rotor that is a rotor in which a plurality of magnets divided into a plurality about a rotating shaft that is rotationally driven are arranged. 31, and a stator 32 that is an armature and a stator that are arranged around the rotor 31 around the rotation axis and that supply current corresponding to each phase to the coil. This brushless DC motor 1 is provided with a coil of a stator 32 connected to UP, VP and WP and a coil of a stator 32 connected to UB, VB and WB, and current from the PWM inverter 3 is supplied to each coil. As a result, the magnetic flux generated in the stator 32 is supplied to the rotor 31 and gives a rotational force to the rotor 31.

また、このようなブラシレスDCモータ1においては、位置検出器4を構成するホールICを図4(a)に示すように60°間隔の角度で設けても良く、図4(b)に示すように120°間隔の角度で設けても良い。更に、このブラシレスDCモータ1においては、ロータ31の構成を図5(a)に示すように4極の永久磁石(IPM)で構成しても良く、図5(b)に示すように円周上に複数の永久磁石を連続して設けた8極型のもの(SPM)を使用しても良い。更にまた、このブラシレスDCモータ1としては、図6に示すように、3相で構成した場合に、ステータ32の数(スロット数)を6,9,12という相数の整数倍とし、当該ロータ31の数をスロット数に応じた偶数としても良い。すなわち、図4〜図6に示した何れのブラシレスDCモータ1であっても、後述したブラシレスDCモータ1の駆動動作を行うことによって、後述の効果を発揮できる。   Further, in such a brushless DC motor 1, the Hall ICs constituting the position detector 4 may be provided at an angle of 60 ° as shown in FIG. 4A, as shown in FIG. 4B. May be provided at intervals of 120 °. Further, in the brushless DC motor 1, the rotor 31 may be configured by a 4-pole permanent magnet (IPM) as shown in FIG. 5 (a), and as shown in FIG. An 8-pole type (SPM) in which a plurality of permanent magnets are continuously provided may be used. Furthermore, as shown in FIG. 6, when the brushless DC motor 1 is composed of three phases, the number of stators 32 (the number of slots) is an integer multiple of the number of phases of 6, 9, and 12, and the rotor The number of 31 may be an even number corresponding to the number of slots. That is, any of the brushless DC motors 1 shown in FIGS. 4 to 6 can exhibit the effects described later by performing the driving operation of the brushless DC motor 1 described later.

このようなブラシレスDCモータ1に対するモータ駆動装置の駆動動作は、電源2からブラシレスDCモータ1へ電力供給するに際して、図7に示すように、PWMインバータ3の3相のうち2相をブラシレスDCモータ1に接続した2相通電と、図8に示すように、PWMインバータ3の3相をブラシレスDCモータ1に接続した3相通電とが知られている。   The driving operation of the motor driving apparatus for the brushless DC motor 1 is performed by supplying two of the three phases of the PWM inverter 3 to the brushless DC motor as shown in FIG. 7 when power is supplied from the power source 2 to the brushless DC motor 1. There are known two-phase energization connected to 1 and three-phase energization in which the three phases of the PWM inverter 3 are connected to the brushless DC motor 1 as shown in FIG.

すなわち、このモータ駆動装置は、3相通電を行う場合には、上述の特許文献1の図11に開示されているように位置検出器4の検出信号に応じて3相共にオンオフ制御を行う。これに対して、本発明を適用したモータ駆動装置では、120°通電のブラシレスDCモータ1において、図9に示すように、電気角が60°〜120°である場合には、スイッチング素子WP及びスイッチング素子UBをオン状態にすることによってW相からU相への通電を行っているときに、スイッチング素子VBをPWM制御し、次の電気角が120°〜180°である場合には、スイッチング素子WP及びスイッチング素子VBをオン状態にすることによってW相からV相への通電を行いスイッチング素子UPをPWM制御し、次の電気角が180°〜240°である場合には、スイッチング素子UP及びスイッチング素子VBをオン状態にすることによってU相からV相への通電を行いスイッチング素子WBをPWM制御する。   That is, when performing three-phase energization, this motor drive device performs on / off control for all three phases in accordance with the detection signal of the position detector 4 as disclosed in FIG. On the other hand, in the motor drive device to which the present invention is applied, in the brushless DC motor 1 energized with 120 °, as shown in FIG. 9, when the electrical angle is 60 ° to 120 °, the switching element WP and When the switching element VB is energized from the W phase to the U phase by turning on the switching element UB, the switching element VB is PWM-controlled, and the switching is performed when the next electrical angle is 120 ° to 180 °. When the element WP and the switching element VB are turned on to energize the W phase to the V phase and perform PWM control of the switching element UP. When the next electrical angle is 180 ° to 240 °, the switching element UP In addition, the switching element VB is turned on to energize the U-phase to the V-phase, and the switching element WB is PWM-controlled.

このようにPWMインバータ3を駆動してブラシレスDCモータ1に電流供給するのは、次の2相通電の切換時に、オフ状態からオン状態となる相の60°前に、当該相のスイッチング素子をPWM制御で駆動する。これによって、例えば電気角が60°〜120°の範囲でW相からU相に電流を流しているときに、W相、U相の電機子に発生する起電力が減少し、W相の電機子からU相の電機子に流れる電流が増大し、W相からU相に流れる電流によって発生したトルクが増加して、ロータ31の回転数を向上させることができる。また、他の電気角においても、図9に示すように、オフ状態からオン状態に移行する60°前でPWM制御を開始することによって、当該期間での回転数を上昇させることができる。   Thus, the PWM inverter 3 is driven and the current is supplied to the brushless DC motor 1 when the next two-phase energization is switched, the switching element of the phase is turned 60 ° before the phase from the off state to the on state. Drive by PWM control. As a result, for example, when current flows from the W phase to the U phase in the range of electrical angles of 60 ° to 120 °, the electromotive force generated in the W-phase and U-phase armatures decreases, and the W-phase electric machine The current flowing from the child to the U-phase armature increases, the torque generated by the current flowing from the W-phase to the U-phase increases, and the rotational speed of the rotor 31 can be improved. Also, at other electrical angles, as shown in FIG. 9, by starting PWM control 60 degrees before the transition from the off state to the on state, the number of revolutions in the period can be increased.

このとき、モータ駆動装置は、位置検出器4で検出された回転位置に基づいてPWMインバータ3のスイッチング素子のオンオフ状態を切換制御する2相のステータ32を選定し、当該2相のステータ32によって発生した磁束をステータ32からロータ31に与えて回転数を制御すると共に、他の1相のステータ32を選定して、当該他の1相と接続されたスイッチング素子をPWM制御して、当該PWM制御のオンオフタイミングに応じた磁束をステータ32からロータ31に与えるようなスイッチング素子の制御を出力制御部9によって行う。   At this time, the motor drive device selects a two-phase stator 32 for switching and controlling the on / off state of the switching element of the PWM inverter 3 based on the rotational position detected by the position detector 4. The generated magnetic flux is applied from the stator 32 to the rotor 31 to control the rotation speed, and another one-phase stator 32 is selected, and the switching element connected to the other one phase is PWM controlled, and the PWM The output control unit 9 controls the switching element so that a magnetic flux corresponding to the control on / off timing is applied from the stator 32 to the rotor 31.

このように、2相で通電を行っているときに、他の1相をPWM制御することによって、図10に示すような線間電圧及び線電流を実現することができ、これに対し、本発明を適用しないモータ駆動装置では、図11に示すような線間電圧及び線電流となる。したがって、このモータ駆動装置によれば、図12に示すように、図11に示す線間電圧及び線電流となる120°通電のブラシレスDCモータと比較して、回転数を上昇させることができる。特に、低トルク領域及び高トルク領域にて回転数を上昇させることができる。   In this way, when conducting power in two phases, the line voltage and line current as shown in FIG. 10 can be realized by PWM control of the other one phase. In the motor drive device to which the invention is not applied, the line voltage and line current are as shown in FIG. Therefore, according to this motor drive device, as shown in FIG. 12, the rotational speed can be increased as compared with the 120 ° energized brushless DC motor having the line voltage and line current shown in FIG. In particular, the rotational speed can be increased in the low torque region and the high torque region.

また、このモータ駆動装置では、PWM制御を行うスイッチング素子のデューティ比を変更することによって、起電力のキャンセル度合いを変更して、ブラシレスDCモータ1の回転数を上昇させる制御を行うことができる。   Further, in this motor drive device, it is possible to change the duty ratio of the switching element that performs the PWM control, thereby changing the degree of cancellation of the electromotive force and increasing the rotation speed of the brushless DC motor 1.

更に、このモータ駆動装置によれば、従来で必要であったタイマに応じたスイッチング素子の切換制御を行わなくてもよい。タイマが必要なくコスト低減を実現することができる。   Furthermore, according to this motor drive device, it is not necessary to perform switching control of the switching element in accordance with a timer that has been conventionally required. Cost reduction can be realized without the need for a timer.

なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。   The above-described embodiment is an example of the present invention. For this reason, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made depending on the design and the like as long as the technical idea according to the present invention is not deviated from this embodiment. Of course, it is possible to change.

本発明を適用したモータ駆動装置の機能的な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the functional structure of the motor drive device to which this invention is applied. 本発明を適用したモータ駆動装置のPWMインバータとブラシレスDCモータとの接続関係を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining the connection relation of the PWM inverter of the motor drive device to which this invention is applied, and a brushless DC motor. ブラシレスDCモータの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a brushless DC motor. ブラシレスDCモータに設けるホールICの設置例を示す図であって、(a)は60°間隔、(b)は120°間隔である。It is a figure which shows the example of installation of Hall IC provided in a brushless DC motor, Comprising: (a) is a 60 degree space | interval, (b) is a 120 degree space | interval. ブラシレスDCモータのロータの構成例であって、(a)はIPMモータ、(b)はSPMモータである。It is a structural example of the rotor of a brushless DC motor, Comprising: (a) is an IPM motor and (b) is a SPM motor. ブラシレスDCモータのスロット数と極数との組み合わせを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the combination of the number of slots and the number of poles of a brushless DC motor. 本発明を適用したモータ駆動装置による2相通電を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating two-phase electricity supply by the motor drive device to which this invention is applied. 本発明を適用したモータ駆動装置による3相通電を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating three-phase electricity supply by the motor drive device to which this invention is applied. 本発明を適用したモータ駆動装置によるスイッチング素子のスイッチングシーケンスを示す図である。It is a figure which shows the switching sequence of the switching element by the motor drive device to which this invention is applied. 本発明を適用したモータ駆動装置による線間電圧及び線電流の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the line voltage and line current by the motor drive device to which this invention is applied. 本発明を適用したモータ駆動装置に対する比較例の線間電圧及び線電流の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the line voltage and line current of the comparative example with respect to the motor drive device to which this invention is applied. 本発明を適用したモータ駆動装置と比較例とのトルクに対するシステム効率、回転数及び消費電流を示す図である。It is a figure which shows the system efficiency with respect to the torque of a motor drive device and the comparative example to which this invention is applied, rotation speed, and current consumption.

符号の説明Explanation of symbols

1 ブラシレスDCモータ
2 電源
3 PWMインバータ
4 位置検出器
5 位置検出部
6 速度検出部
7 加算器
8 速度制御部
9 出力制御部
11 制御回路
12 ドライブ回路
21 コイル
31 ロータ
32 ステータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Brushless DC motor 2 Power supply 3 PWM inverter 4 Position detector 5 Position detection part 6 Speed detection part 7 Adder 8 Speed control part 9 Output control part 11 Control circuit 12 Drive circuit 21 Coil 31 Rotor 32 Stator

Claims (3)

回転駆動する回転軸を中心として複数に分割された複数の磁石が配列されてなる回転子と、当該回転子の周囲に前記回転軸を中心として配列され各相に対応した電流がコイルに供給される電機子とを備えた3相ブラシレスモータを駆動するモータ駆動装置であって、
前記回転子の回転位置を検出する回転位置検出手段と、
電源の正端子に接続され前記各相に対応した電機子と接続された複数のスイッチング素子からなる上側スイッチング素子群と、前記電源の負端子に接続され前記各相に対応した電機子と接続された複数のスイッチング素子からなる下側スイッチング素子群とを駆動して、前記ブラシレスモータに電流を供給するインバータと、
前記回転位置検出手段で検出された回転位置に基づいて、前記上側スイッチング素子群と前記下側スイッチング素子群のそれぞれから通電すべき2相の電機子巻線に電流を供給する一対の第1、第2のスイッチング素子を選択し、選択された第1、第2のスイッチング素子をオン状態に制御して前記通電すべき第1、第2の2相の電機子巻線に電流を供給する制御手段とを備えたモータ駆動装置において、
前記回転位置検出手段で検出された回転位置に基づいて、前記選択された第1、第2のスイッチング素子に引き続いてオン状態に制御される第3のスイッチング素子を選択し、前記第1、第2のスイッチング素子がオン状態に制御されている間において、第3のスイッチング素子をオンオフ制御して第3の相の電機子巻線に電流を供給することを特徴とするモータ駆動装置。
A rotor in which a plurality of magnets divided into a plurality of parts are arranged around a rotating shaft to be rotated, and a current corresponding to each phase arranged around the rotor axis around the rotor is supplied to the coil. A motor driving device for driving a three-phase brushless motor provided with an armature,
Rotational position detecting means for detecting the rotational position of the rotor;
An upper switching element group consisting of a plurality of switching elements connected to the positive terminal of the power supply and connected to the armature corresponding to each phase, and connected to the armature corresponding to the respective phase connected to the negative terminal of the power supply. An inverter that drives a lower switching element group composed of a plurality of switching elements and supplies current to the brushless motor;
Based on the rotational position detected by the rotational position detecting means, a pair of first and second currents for supplying current to the two-phase armature windings to be energized from each of the upper switching element group and the lower switching element group, Control for selecting a second switching element, controlling the selected first and second switching elements to be in an ON state, and supplying current to the first and second two-phase armature windings to be energized A motor drive device comprising:
Based on the rotational position detected by the rotational position detecting means, a third switching element that is controlled to be in an ON state is selected following the selected first and second switching elements, and the first and second switching elements are selected. A motor driving device that supplies current to the armature winding of the third phase by controlling on / off of the third switching element while the two switching elements are controlled to be on.
前記制御手段は、前記第3の相の電機子巻線に電流を供給する第3のスイッチング素子をデューティ比を変化させてPWM制御することを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。   2. The motor driving apparatus according to claim 1, wherein the control unit performs PWM control by changing a duty ratio of a third switching element that supplies current to the armature winding of the third phase. 前記インバータの上側スイッチング素子群の複数のスイッチング素子は前記制御手段によって、互いに120度の電気角だけ異なってオン状態に制御され、前記インバータの下側スイッチング素子群の複数のスイッチング素子は前記制御手段によって、互いに120度の電気角だけ異なってオン状態に制御され、かつ、上側スイッチング素子群の複数のスイッチング素子と下側スイッチング素子群の複数のスイッチング素子とが互いに60度の電気角だけ異なってオン状態に制御され、前記第3のスイッチング素子は60度の電気角だけオンオフ制御されることを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれかに記載のモータ駆動装置。   The plurality of switching elements of the upper switching element group of the inverter are controlled to be turned on by the control means, differing from each other by an electrical angle of 120 degrees, and the switching elements of the lower switching element group of the inverter are controlled by the control means Are controlled to be turned on by different electrical angles of 120 degrees from each other, and the switching elements of the upper switching element group and the switching elements of the lower switching element group are different from each other by an electrical angle of 60 degrees. 3. The motor driving device according to claim 1, wherein the motor driving device is controlled to be in an on state, and the third switching element is on / off controlled by an electrical angle of 60 degrees.
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