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JPH053695A - Rotor position detector for brushless motor - Google Patents

Rotor position detector for brushless motor

Info

Publication number
JPH053695A
JPH053695A JP3178877A JP17887791A JPH053695A JP H053695 A JPH053695 A JP H053695A JP 3178877 A JP3178877 A JP 3178877A JP 17887791 A JP17887791 A JP 17887791A JP H053695 A JPH053695 A JP H053695A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
motor
phase
command
time
excitation
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.)
Granted
Application number
JP3178877A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3114817B2 (en
Inventor
Yasubumi Akagi
泰文 赤木
Satoshi Ogasawara
悟司 小笠原
Koetsu Fujita
光悦 藤田
Tomoharu Nakayama
智晴 中山
Takao Yanase
孝雄 柳瀬
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.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric 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 Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP03178877A priority Critical patent/JP3114817B2/en
Publication of JPH053695A publication Critical patent/JPH053695A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3114817B2 publication Critical patent/JP3114817B2/en
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  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a brushless motor driver having no practical pole sensor by detecting the rotor position of motor from the phase difference between an exciting signal and a rotational angle signal or a rotational. angular speed signal produced according to generated torque or microvibration. CONSTITUTION:When a controller 4 detects pole position, a commanding section 46 commands a rotary angular speed omega corresponding with a torque current command value i'rand exciting frequency under a state where switches 48, 49 are turned as shown on the drawing, and an integrator 41B determines a rotational angle phi' from the rotary angular speed omega'. When the rotational angle phi' and the torque current command value i'r are fed to a vector rotator 44 in order to drive a motor 1 through a power amplifier 3, microvibration occurs. Pulses generated from an encoder 2 are processed through a pulse processor 5 and fed to a speed detecting section 40 and a rotational angle operating section 41 thence to a detecting section 47 where a pole position signal phio, representing the phase difference between a rotational angle theta or a detected value (n) of rotational speed and the rotational angle command phi' is produced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、永久磁石を回転子に
有する3相ブラシレスモータを、磁極センサなしで駆動
する場合などに用いて好適な回転子位置検出装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotor position detecting device suitable for use in a case where a three-phase brushless motor having a permanent magnet as a rotor is driven without a magnetic pole sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】ブラシレスモータは、直流電動機が機械
的に転流を行なうのに対し、電気的なスイッチを用いて
転流を行なうことにより駆動される。その転流は最も力
率良く運転できるように行なう必要があるが、永久磁石
形のブラシレスモータではそのタイミングが、回転子に
組み込まれている永久磁石による磁極の位置で一義的に
決まる。そのため、ブラシレスモータを駆動するには磁
極位置を検出するセンサが不可欠となる。このため、ブ
ラシレスモータはセンサが必要になるばかりでなく、セ
ンサからの信号を制御装置に伝達するための信号線を必
要とすることからコスト,小型軽量,信頼性などの点で
問題がある。そこで、このようなセンサを用いないブラ
シレスモータが、例えば特開昭63−59783号公
報,特開平2−241388号公報などで提案されてい
る(以下、従来方式ともいう)。これらに記載のもの
は、ブラシレスモータを通常の制御を行なう前に任意の
角度で直流励磁し、そのときの発生トルクの方向と大き
さを検出することにより、磁極位置(回転子位置)を検
出するものである。
2. Description of the Related Art A brushless motor is driven by a DC motor that performs commutation mechanically, while an electric switch is used to perform commutation. The commutation needs to be performed so that it can be operated with the highest power factor, but in the permanent magnet type brushless motor, the timing is uniquely determined by the position of the magnetic pole by the permanent magnet incorporated in the rotor. Therefore, a sensor for detecting the magnetic pole position is indispensable for driving the brushless motor. Therefore, the brushless motor requires not only a sensor but also a signal line for transmitting a signal from the sensor to the control device, which causes problems in cost, size and weight, and reliability. Therefore, brushless motors that do not use such a sensor have been proposed, for example, in Japanese Patent Laid-Open Nos. 63-57983 and 2-241388 (hereinafter, also referred to as a conventional system). The ones described above detect the magnetic pole position (rotor position) by exciting the brushless motor with direct current at an arbitrary angle before performing normal control and detecting the direction and magnitude of the torque generated at that time. To do.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記従来方式では予め
設定された角度で直流電流を通流し、その期間の回転子
の回転角度の変化から発生トルクの大きさを検出するよ
うにしているので、以下の如き問題がある。回転角度
の変化を正確に検出するには、通流を開始する時の速度
と加速度を正確に零にしておく必要があるので、次に設
定角度を切り換えるためには充分な時間をおかなければ
ならず、検出時間が長くなる。負荷のイナーシャや摩
擦トルクが未知の場合には、最適な直流電流の振幅を決
定することが困難である。したがって、この発明の課題
は回転子位置検出によって回転する角度を最小にすると
ともに、励磁開始時の過渡現象によってモータが大きく
回転しないようにし、回転子位置検出を安定かつ短時間
に行ない、実用的な磁極センサなしのブラシレスモータ
駆動装置を提供し得るようにすることにある。
In the above conventional method, the direct current is passed through at a preset angle, and the magnitude of the generated torque is detected from the change in the rotation angle of the rotor during that period. There are the following problems. In order to accurately detect the change in the rotation angle, it is necessary to set the speed and acceleration at the start of flow to exactly zero, so you must take sufficient time to switch the set angle next time. However, the detection time becomes long. When the load inertia and friction torque are unknown, it is difficult to determine the optimum DC current amplitude. Therefore, an object of the present invention is to minimize the angle of rotation by rotor position detection, prevent the motor from rotating significantly due to a transient phenomenon at the start of excitation, and perform rotor position detection stably and in a short time. Another object of the present invention is to provide a brushless motor drive device without a magnetic pole sensor.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、第1の発明では、固定子巻線と永久磁石を持つ
回転子とからなる3相ブラシレスモータと、その回転子
軸にとりつけられたエンコーダと、このエンコーダから
発せられるパルスを計数する計数手段と、前記モータに
対して電圧指令または電流指令と周波数指令とを与える
制御装置と、これらの指令を増幅して前記3相ブラシレ
スモータを駆動する電力増幅器とを少なくとも備え、前
記制御装置および電力増幅器を介して、モータの固定子
巻線に所定の回転角度の回転磁界が生じるように所定の
周波数指令を与えて3相交流励磁し、その結果発生する
同じ周波数の微小振動を前記エンコーダおよび計数手段
を介して検出し、励磁信号と発生トルクまたは微小振動
によって生じる回転角度信号または回転角速度信号との
位相差から前記モータの回転子位置を検出することを特
徴としている。第2の発明では、第1の発明における位
相差の検出を前記回転角速度信号が正または負の最大値
となる時点で行なうことを特徴としている。
In order to solve such a problem, in the first invention, a three-phase brushless motor comprising a stator winding and a rotor having a permanent magnet, and a rotor shaft mounted on the same Encoder, counting means for counting the pulses emitted from the encoder, a controller for giving a voltage command or a current command and a frequency command to the motor, and the three-phase brushless motor for amplifying these commands. At least a power amplifier for driving a three-phase AC excitation is given through the control device and the power amplifier to give a predetermined frequency command so that a rotating magnetic field having a predetermined rotation angle is generated in a stator winding of the motor. , The resulting microvibration of the same frequency is detected through the encoder and the counting means, and the excitation signal and the generated torque or microvibration From the phase difference between the angle signals or rotational angular velocity signal is characterized by detecting the rotor position of the motor. A second aspect of the invention is characterized in that the phase difference in the first aspect of the invention is detected at the time when the rotational angular velocity signal has a positive or negative maximum value.

【0005】第3の発明では、第1または第2の発明に
おいて3相交流励磁するための周波数指令を、最初は充
分高い周波数から時間の経過とともに徐々に低減して行
き、予め定めた所定の周波数、または励磁による微小振
動にもとづく回転角度の変動もしくは回転角度が所定の
振幅となった時点で周波数指令の低減を中止し、この時
点から回転子位置の検出を開始することを特徴としてい
る。また、第4の発明では、第1または第2の発明にお
いて3相交流励磁するための電圧指令または電流指令
を、最初は零またはこれに等しい充分小さな値から時間
の経過とともに徐々に増大して行き、励磁による微小振
動にもとづく回転角度の変動または回転角度が所定の振
幅となった時点で電圧指令または電流指令の増大を中止
し、この時点から回転子位置の検出を開始することを特
徴としている。
According to a third aspect of the invention, the frequency command for exciting the three-phase AC in the first or second aspect of the invention is gradually reduced from a sufficiently high frequency with the lapse of time at first, and the frequency command is set to a predetermined value. It is characterized in that the reduction of the frequency command is stopped when the fluctuation of the rotation angle based on the frequency or the minute vibration due to the excitation or the rotation angle reaches a predetermined amplitude, and the detection of the rotor position is started from this time. Further, in the fourth invention, the voltage command or the current command for exciting the three-phase AC in the first or second invention is gradually increased from zero or a sufficiently small value equal thereto at first with the passage of time. It is characterized by stopping the increase of the voltage command or the current command when the fluctuation of the rotation angle based on the minute vibration due to the excitation or when the rotation angle reaches a predetermined amplitude, and starting the detection of the rotor position from this time. There is.

【0006】[0006]

【作用】ブラシレスモータにおいて発生するトルクは、
回転子の磁極が作る磁束と固定子巻線に流れる電流を空
間ベクトルでとらえた場合、その外積となる。したがっ
て、回転子が回転しない状態で3相交流励磁すると電流
ベクトルのみが回転し、発生トルクの振幅は励磁周波数
で振動する。この発生トルクが振動する位相は、回転子
が停止している空間角度で一義的に定まる。したがっ
て、モータの或る相電流に対して振動トルクの位相差を
測定することにより、回転子位置を検出することが可能
である。このことを、式と図を用いて以下に説明する。
[Operation] The torque generated in the brushless motor is
When the magnetic flux created by the magnetic poles of the rotor and the current flowing through the stator windings are captured as space vectors, the outer product is obtained. Therefore, when the three-phase AC excitation is performed with the rotor not rotating, only the current vector rotates and the amplitude of the generated torque oscillates at the excitation frequency. The phase in which the generated torque oscillates is uniquely determined by the spatial angle at which the rotor is stopped. Therefore, the rotor position can be detected by measuring the phase difference of the vibration torque with respect to a certain phase current of the motor. This will be described below using equations and figures.

【0007】まず、回転角度θとトルクTとの関係を示
す機械系の運動方程式を(1)式のように仮定する。 T=J×(d2 θ/dt2 ) J:慣性モーメント〔Kg・m2 〕 …(1) いま、固定子巻線をある角周波数で3相交流励磁すると
電流ベクトルは同じ角周波数で回転し、回転子は停止し
たままとすると、発生トルクは(2)式で与えられる。 T=K|i|sin(ωt−α) …(2) ここに、Kはトルク定数〔Kg・m/A〕、|i|は電
流ベクトルの振幅、ωは励磁角周波数で、αはωt=0
における電流ベクトル(i)と磁束ベクトルとのなす角
度を示す。(1)式を(2)式に代入すると、交流励磁
による回転角加速度d2 θ/dt2 ,回転角速度dθ/
dtおよび回転角度θを(3),(4)および(5)式
のように求めることができる。なお、(4)式,(5)
式の回転角速度,回転角度はαに依存する初期値を持つ
が、式が煩雑となるので、ここでは省略して考えること
とする。 d2 θ/dt2 =(K|i|/J)×sin(ωt−α) …(3) dθ/dt =−(K|i|/Jω)×cos(ωt−α) …(4) θ =−(K|i|/Jω2 )×sin(ωt−α) …(5)
First, the equation of motion of the mechanical system showing the relationship between the rotation angle θ and the torque T is assumed as in equation (1). T = J × (d 2 θ / dt 2 ) J: Moment of inertia [Kg · m 2 ] (1) Now, when the stator winding is excited by three-phase AC at a certain angular frequency, the current vector rotates at the same angular frequency. However, if the rotor is kept stopped, the generated torque is given by equation (2). T = K | i | sin (ωt−α) (2) where K is the torque constant [Kg · m / A], | i | is the amplitude of the current vector, ω is the excitation angular frequency, and α is ωt. = 0
The angle between the current vector (i) and the magnetic flux vector at is shown. By substituting equation (1) into equation (2), the rotational angular acceleration d 2 θ / dt 2 and the rotational angular velocity dθ /
The dt and the rotation angle θ can be obtained by the equations (3), (4) and (5). Note that equation (4), (5)
Although the rotation angular velocity and the rotation angle of the equation have initial values depending on α, the equation becomes complicated, so the description is omitted here. d 2 θ / dt 2 = (K | i | / J) × sin (ωt−α) (3) dθ / dt = − (K | i | / Jω) × cos (ωt−α) (4) θ = − (K | i | / Jω 2 ) × sin (ωt−α) (5)

【0008】ここで、図6に示す如く回転子の永久磁石
10が3相固定子巻線11〜13に対して図示のような
位置にあるものとしたときに(α=π/2)、U相巻線
11に図7(イ)のような電流(励磁電流)を流すと、
モータの発生トルク,回転角速度および回転角度は図7
(ロ),(ハ)および(ニ)のようになる。つまり、励
磁周波数で正弦波状に変化するトルクと、励磁電流との
位相差は停止している磁極位置によって変化することが
わかる。したがって、この発生トルクまたはこれによっ
て生じる微小振動の回転角速度または回転角度を検出
し、これと励磁電流との位相差から磁極位置を検出でき
ることになる。なお、以上の説明では微小振動によって
回転子の位置が変化し、これによって発生トルクが変化
することを無視しているが、回転角度の変化は充分に小
さいので、このようにしても実用上は何ら問題は生じな
い。
Here, assuming that the permanent magnet 10 of the rotor is in the position as shown with respect to the three-phase stator windings 11 to 13 as shown in FIG. 6 (α = π / 2), When a current (excitation current) as shown in FIG. 7A is applied to the U-phase winding 11,
The torque generated by the motor, the rotational angular velocity and the rotational angle are shown in Figure
It becomes like (b), (c) and (d). That is, it can be seen that the phase difference between the torque that changes sinusoidally at the excitation frequency and the excitation current changes depending on the magnetic pole position that is stopped. Therefore, it is possible to detect the generated torque or the rotational angular velocity or the rotational angle of the minute vibration generated thereby, and to detect the magnetic pole position from the phase difference between this and the exciting current. In the above description, it is neglected that the position of the rotor is changed by the minute vibration and the generated torque is changed by this, but the change of the rotation angle is sufficiently small. No problems arise.

【0009】[0009]

【実施例】図1にこの発明の実施例を示す。同図に示す
ように、回転子が永久磁石からなるブラシレスモータ
1、その回転子に結合されたエンコーダ(PE)2、指
令された電流をモータ1に供給する電力変換器を含む電
力増幅器3、この電力増幅器3に電流指令値を与える制
御装置4およびエンコーダ2により検出されたパルス
(2相パルスA,B)を与えられて、サンプリング周期
内の回転角度信号を出力するパルス処理回路5などから
構成される。制御装置4はモータ1の通常の制御を行な
う部分と、磁極位置検出を行なう部分とを内蔵してい
る。すなわち、通常の制御を行なう部分は、サンプリン
グ周期内のエンコーダパルス数Δθより速度nを検出す
る速度検出部40、そのΔθを積分して回転角度θを演
算する回転角度演算部(積分器)41A、加算器42に
より速度指令値と速度検出値(実際値)との誤差を演算
し、これを入力としてトルク指令電流値iT * を演算す
る速度調節器(ASR)43、トルク電流指令値iT *
をモータ1の各相電流指令値に変換するベクトル回転器
44、検出した磁極位置信号φ0 と回転角度θとを加算
し、ベクトル回転器44に与える角度φを演算する加算
器45などから構成される。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. As shown in the drawing, a brushless motor 1 whose rotor is a permanent magnet, an encoder (PE) 2 coupled to the rotor, a power amplifier 3 including a power converter that supplies a commanded current to the motor 1, From the pulse processing circuit 5 or the like which receives the pulse (two-phase pulse A, B) detected by the controller 4 and the encoder 2 which gives the current command value to the power amplifier 3 and outputs the rotation angle signal within the sampling period. Composed. The control device 4 has a built-in portion for performing normal control of the motor 1 and a portion for detecting magnetic pole position. That is, the part that performs normal control is the speed detection unit 40 that detects the speed n from the encoder pulse number Δθ within the sampling cycle, and the rotation angle calculation unit (integrator) 41A that integrates Δθ and calculates the rotation angle θ. , An adder 42 calculates an error between a speed command value and a speed detection value (actual value), and inputs the error to calculate a torque command current value i T * , a speed controller (ASR) 43, a torque current command value i T *
To a phase current command value for each phase of the motor 1 and an adder 45 for adding the detected magnetic pole position signal φ 0 and the rotation angle θ to calculate an angle φ given to the vector rotator 44. To be done.

【0010】これに対し、磁極位置検出のための制御部
分は、磁極検出時にトルク電流指令値iT ’と励磁周波
数に対応した回転角速度指令ω’を出力する指令部4
6、この回転角速度指令ω’を積分して励磁の角度φ’
を得る積分器41B、磁極位置検出中の回転角度θまた
は回転速度検出値nと回転角度指令φ’との位相差を検
出し磁極位置信号φ0 を出力する検出部47、磁極位置
検出モードと通常の運転モードとで切り換えられるスイ
ッチ48,49などより構成される。これらのスイッチ
を切り換えることにより 磁極位置検出モードと通常の
制御モードのいずれかが選択されることになるが、磁極
位置検出をせずに通常の制御はできないので、一般には
制御装置4に電源が投入された直後に磁極位置検出モー
ドを実行し、磁極位置を検出した後、通常の制御を行な
うような始動時のシーケンスを予め用意しておくことと
する。また、ここでは3相交流励磁するに当たり、電流
指令値を電力増幅器3に与え、電流を制御することで行
なっているが、電圧指令を与えて電圧制御を行なう電力
増幅器を用いるようにしても良い。また、励磁電流の位
相を検出するに当たり、電流指令値または実際値のいず
れを用いても本質的な差異はないものである。
On the other hand, the control unit for detecting the magnetic pole position outputs a torque current command value i T 'and a rotational angular velocity command ω' corresponding to the excitation frequency when the magnetic pole is detected.
6. Excitation angle φ'by integrating this rotational angular velocity command ω '
The obtained integrator 41B, detecting unit 47 for outputting a magnetic pole position signal phi 0 detects a phase difference between the rotation angle θ or the rotation speed detection value n in the magnetic pole position detection and the rotation angle command phi ', and the magnetic pole position detection mode It is composed of switches 48, 49, etc. that can be switched in the normal operation mode. By switching these switches, either the magnetic pole position detection mode or the normal control mode is selected. However, since the normal control cannot be performed without detecting the magnetic pole position, the control device 4 is generally not powered. Immediately after being turned on, the magnetic pole position detection mode is executed, and after the magnetic pole position is detected, a starting sequence for performing normal control is prepared in advance. Further, here, when the three-phase AC excitation is performed, the current command value is given to the power amplifier 3 and the current is controlled. However, a power amplifier which gives a voltage command to control the voltage may be used. . In detecting the phase of the exciting current, there is no essential difference whether the current command value or the actual value is used.

【0011】図1における磁極位置検出方法について説
明する。すなわち、スイッチ48,49を図示の位置に
した状態で、指令部46からトルク電流指令値iT ’と
励磁周波数に対応した回転角速度度ω’を指令し、この
回転角速度指令ω’から積分器41Bによって回転角度
φ’を求め、これとトルク電流指令値iT ’とをベクト
ル回転器44に与え、電力増幅器3を介してモータ1を
駆動すると上述の如き微小振動が生じるので、これに伴
って発生するエンコーダ2からの発生パルスをパルス処
理回路5により処理して速度検出部40および回転角度
演算部41Aに与え、さらにこれらの出力を検出部47
へ入力することにより、図7について説明した如き原理
にもとづき、回転角度θまたは回転速度検出値nと回転
角度指令φ’との位相差、つまり磁極位置信号φ0を得
ることができる。
The magnetic pole position detecting method in FIG. 1 will be described. That is, with the switches 48 and 49 in the positions shown in the figure, the commanding unit 46 commands the torque current command value i T ′ and the rotational angular velocity ω ′ corresponding to the excitation frequency, and the rotational angular velocity command ω ′ is used to instruct the integrator. 41B is used to obtain the rotation angle φ ′, and the torque current command value i T ′ is given to the vector rotator 44 to drive the motor 1 via the power amplifier 3, which causes the above-described minute vibration. The generated pulse from the encoder 2 is processed by the pulse processing circuit 5 and given to the speed detecting section 40 and the rotation angle calculating section 41A, and these outputs are further detected by the detecting section 47.
By inputting into the input, the phase difference between the rotation angle θ or the rotation speed detection value n and the rotation angle command φ ′, that is, the magnetic pole position signal φ 0 can be obtained based on the principle described with reference to FIG. 7.

【0012】ところで、図7に示す各波形は理想的な状
態を示したものであり、実際には種々の原因により歪を
生じる。特に、図1のような場合には、回転角度や回転
角速度の零点を検出し、これと電流指令との角度を位相
差とするのが一般的である。しかし、例えばモータのコ
ギングトルク(モータの形状によって生じるトルクリプ
ル)の影響や回転方向で摩擦係数が変化したりすると、
回転角度の変化が完全な正弦波にならない場合がある。
また、回転角速度は単位時間当たりの回転角度の変化か
ら求めているが、回転角度は回転角度の離散信号である
エンコーダパルスから検出しているので、零速度近傍の
検出は困難で、速度零付近で歪を生じることになる。そ
こで、励磁の1周期内で回転角速度(dθ/dt)が正
または負の最大値となる点(図7(ハ)のP1またはP
2参照)を検出し、この点の励磁電流に対する角度から
磁極位置を検出するようにすれば、上述のごとき不都合
を解消することができる。したがって、図1の検出部4
7でこのような手法を採用することにより、より現実に
即した検出が可能となる。
By the way, each waveform shown in FIG. 7 shows an ideal state, and in reality distortion occurs due to various causes. In particular, in the case of FIG. 1, it is common to detect the zero point of the rotation angle and the rotation angular velocity and use the angle between this and the current command as the phase difference. However, for example, if the cogging torque of the motor (torque ripple caused by the shape of the motor) affects or the friction coefficient changes in the rotation direction,
The change of the rotation angle may not be a perfect sine wave.
Also, the rotational angular velocity is obtained from the change in the rotational angle per unit time, but since the rotational angle is detected from the encoder pulse that is a discrete signal of the rotational angle, it is difficult to detect near zero velocity, and near zero velocity. Will cause distortion. Therefore, the rotational angular velocity (dθ / dt) has a positive or negative maximum value within one cycle of excitation (P1 or P in FIG. 7C).
2)) and the magnetic pole position is detected from the angle with respect to the exciting current at this point, the above-mentioned inconvenience can be solved. Therefore, the detection unit 4 of FIG.
By adopting such a method in 7, it is possible to perform detection that is more realistic.

【0013】図2は図1に示す指令部の具体例を示すブ
ロック図、図3はその動作を説明するための説明図であ
る。これは、トルク電流指令値iT ’の設定器461、
励磁周波数の初期値(図3のω0参照)の設定器46
2、励磁周波数を低減するために単位時間当たりの低減
周波数(図3のΔω参照)の設定器463、その出力を
順次積分する積分器464、周波数の低減を一定値に制
限する(低減を停止する)ためのリミッタ465、周波
数の初期値から低減周波数を差し引いて励磁のための角
速度ω’を出力する加算器466等からなり、3相交流
励磁する周波数を図3の実線のように、最初は充分高い
周波数から時間の経過とともに徐々に低減して行き、予
め定めた所定の周波数、または励磁による微小振動にも
とづく回転角度の変動もしくは回転角速度が所定の振幅
となった時点t0で周波数の低減を中止し、この時点か
ら回転子位置の検出を開始するようにしたものである。
このようにすれば、磁極位置検出モードの開始時の励磁
周波数は高いことから、先の(4),(5)式からも明
らかなように、微小振動によって生じる回転角速度,回
転角度ともに小さいため、開始時の過渡現象の影響も少
なく、安定かつ円滑な検出が可能となる。
FIG. 2 is a block diagram showing a concrete example of the command unit shown in FIG. 1, and FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining its operation. This is a setter 461 for the torque current command value i T ′,
Setter 46 for the initial value of the excitation frequency (see ω0 in FIG. 3)
2. A setter 463 of a reduction frequency per unit time (see Δω in FIG. 3) to reduce the excitation frequency, an integrator 464 that sequentially integrates its output, and limits the frequency reduction to a certain value (stops the reduction). 3), and an adder 466 for outputting the angular velocity ω ′ for excitation by subtracting the reduced frequency from the initial value of the frequency, and the frequency for three-phase AC excitation is first shown by the solid line in FIG. Is gradually decreased from a sufficiently high frequency over time, and the frequency is reduced at a time t0 when a predetermined predetermined frequency or a change in the rotation angle based on a minute vibration due to excitation or a rotation angular velocity reaches a predetermined amplitude. Is stopped and the detection of the rotor position is started from this point.
By doing so, since the excitation frequency at the start of the magnetic pole position detection mode is high, both the rotation angular velocity and the rotation angle caused by the minute vibration are small, as is apparent from the equations (4) and (5). Also, the influence of transient phenomena at the start is small, and stable and smooth detection can be performed.

【0014】図4は図1に示す指令部の別の具体例を示
すブロック図、図5はその動作を説明するための説明図
である。すなわち、励磁周波数ω’の設定器461’、
トルク電流指令値iT ’を徐々に大きくするための単位
時間当たりの変化量(図5のΔiT ’参照)の設定器4
62’、その出力を積分する積分器463’、およびト
ルク電流指令値を一定値に制限する(大きくなることを
停止する)ためのリミッタ464’等から構成され、3
相交流励磁する電圧または電流を図5のように、最初は
零またはこれに等しい充分に小さい値から時間の経過と
ともに徐々に増大して行き、微小振動による回転角度の
変動または回転角速度が所定の振幅となった時点t0で
電圧または電流の増大を中止し、この時点から回転子位
置の検出を開始するようにしたものである。このように
すれば、磁極位置検出モードの開始時の励磁電流は小さ
いことから、この場合も先の(4),(5)式からも明
らかなように、微小振動によって生じる回転角速度,回
転角度ともに小さいため、開始時の過渡現象の影響も少
なく、安定かつ円滑な検出が可能となる。なお、第2
図,第4図の実施例では励磁周波数の減少量ω、および
徐々に増加させる励磁電流iT ’をそれぞれ演算するた
めに積分器を用い、時間に比例してこれらを変化させる
ようにしているが、励磁開始時点から周波数を減少させ
たりあるいは電流を増加させたりすることによって、上
述のような効果が得られるものである。したがって、変
化させる周波数や電流を時間の関数とすれば良く、その
場合の関数としては、例えば平方根,自乗,指数関数等
がある。
FIG. 4 is a block diagram showing another specific example of the command unit shown in FIG. 1, and FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining its operation. That is, the exciting frequency ω'setting device 461 ',
Setter 4 for the amount of change per unit time (see Δi T 'in FIG. 5) for gradually increasing the torque current command value i T '
62 ', an integrator 463' for integrating its output, and a limiter 464 'for limiting the torque current command value to a constant value (stopping the increase), and the like.
As shown in FIG. 5, the voltage or current to be excited by the phase alternating current is initially zero or a sufficiently small value equal to this value and gradually increases with the lapse of time, and the fluctuation of the rotation angle due to the minute vibration or the rotation angular velocity becomes a predetermined value. The increase of the voltage or current is stopped at the time t0 when the amplitude is reached, and the detection of the rotor position is started from this time. In this case, since the exciting current at the start of the magnetic pole position detection mode is small, the rotational angular velocity and the rotational angle generated by the microvibration are also clear in this case as well as the expressions (4) and (5). Since both are small, the influence of the transient phenomenon at the start is small, and stable and smooth detection can be performed. The second
In the embodiment of FIGS. 4 and 4, an integrator is used to calculate the decrease amount ω of the excitation frequency and the excitation current i T ′ that is gradually increased, and these are changed in proportion to time. However, the effect as described above can be obtained by decreasing the frequency or increasing the current from the start of excitation. Therefore, the frequency or current to be changed may be a function of time, and in that case, there are, for example, a square root, a square, and an exponential function.

【0015】[0015]

【発明の効果】この発明によれば、3相ブラシレスモー
タ内に回転磁界は発生するが回転子は回転しないような
周波数で3相交流励磁し、その結果発生する振動トルク
またはその発生トルクによって生じる微小振動の回転角
度または回転角速度の位相と、交流励磁している電圧ま
たは電流との位相差を検出することで磁極位置を検出す
るようにしたので、一回の励磁で磁極位置を検出するこ
とができて検出所要時間が小さくなり、しかも検出時の
回転子の回転角度を極めて小さくすることが可能となる
利点が得られる。また、位相差を検出するに当たり、微
小振動による回転角速度の正または負の最大値の励磁電
流または電圧の位相から位相差を検出するようにすれ
ば、磁極位置の検出精度を向上させることができる。さ
らに、3相交流励磁の開始時には励磁周波数を高くして
おき、これを時間の経過とともに徐々に下げるようにす
れば、交流励磁開始時の過渡現象による回転角度の大き
な変動をなくすことができる。また、3相交流励磁の開
始時に励磁電流または電圧を小さくしておき、時間の経
過とともに徐々に上げるようにすることで、交流励磁開
始時の過渡現象による回転角度の大きな変動をなくすこ
とが可能となる。
According to the present invention, a three-phase brushless motor is excited by three-phase alternating current at a frequency such that a rotating magnetic field is generated but the rotor does not rotate, and the vibration torque generated as a result or generated torque is generated. Since the magnetic pole position is detected by detecting the phase difference between the rotation angle or rotation angular velocity phase of the minute vibration and the voltage or current being AC-excited, it is possible to detect the magnetic pole position with one excitation. As a result, the time required for detection can be reduced, and the rotation angle of the rotor at the time of detection can be made extremely small. Further, when detecting the phase difference, if the phase difference is detected from the phase of the exciting current or voltage having the positive or negative maximum value of the rotational angular velocity due to the minute vibration, the detection accuracy of the magnetic pole position can be improved. . Further, by increasing the excitation frequency at the start of the three-phase AC excitation and gradually lowering it with the passage of time, it is possible to eliminate a large fluctuation in the rotation angle due to a transient phenomenon at the start of the AC excitation. In addition, by reducing the exciting current or voltage at the start of three-phase AC excitation and gradually increasing it over time, it is possible to eliminate large fluctuations in the rotation angle due to transient phenomena at the start of AC excitation. Becomes

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

【図1】この発明の一実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す指令部の具体例を示すブロック図で
ある。
FIG. 2 is a block diagram showing a specific example of a command unit shown in FIG.

【図3】図2の動作を説明するための説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the operation of FIG.

【図4】図1に示す指令部の別の具体例を示すブロック
図である。
FIG. 4 is a block diagram showing another specific example of the command unit shown in FIG.

【図5】図4の動作を説明するための説明図である。5 is an explanatory diagram for explaining the operation of FIG. 4. FIG.

【図6】永久磁石と固定子巻線との関係を説明するため
の説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a relationship between a permanent magnet and a stator winding.

【図7】この発明の原理を説明するための波形図であ
る。
FIG. 7 is a waveform diagram for explaining the principle of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ブラシレスモータ 2 エンコーダ(PE) 3 電力増幅器 4 制御装置 5 パルス処理回路 10 永久磁石 11 固定子巻線 12 固定子巻線 13 固定子巻線 40 速度検出部 42 加算器 43 速度調節器 44 ベクトル回転器 45 加算器 46 指令部 47 検出部 48 スイッチ 49 スイッチ 41A 積分器(回転角度演算部) 41B 積分器 1 brushless motor 2 encoder (PE) 3 power amplifier 4 control device 5 pulse processing circuit 10 permanent magnet 11 Stator winding 12 Stator winding 13 Stator winding 40 Speed detector 42 adder 43 Speed controller 44 vector rotator 45 adder 46 Command unit 47 Detector 48 switch 49 switch 41A integrator (rotation angle calculator) 41B integrator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中山 智晴 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 柳瀬 孝雄 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Tomoharu Nakayama             1-1 Tanabe Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             Within Fuji Electric Co., Ltd. (72) Inventor Takao Yanase             1-1 Tanabe Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             Within Fuji Electric Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 固定子巻線と永久磁石を持つ回転子とか
らなる3相ブラシレスモータと、その回転子軸にとりつ
けられたエンコーダと、このエンコーダから発せられる
パルスを計数する計数手段と、前記モータに対して電圧
指令または電流指令と周波数指令とを与える制御装置
と、これらの指令を増幅して前記3相ブラシレスモータ
を駆動する電力増幅器とを少なくとも備え、前記制御装
置および電力増幅器を介して、モータの固定子巻線に所
定の回転角度の回転磁界が生じるように所定の周波数指
令を与えて3相交流励磁し、その結果発生する同じ周波
数の微小振動を前記エンコーダおよび計数手段を介して
検出し、励磁信号と発生トルクまたは微小振動によって
生じる回転角度信号または回転角速度信号との位相差か
ら前記モータの回転子位置を検出することを特徴とする
ブラシレスモータの回転子位置検出装置。
1. A three-phase brushless motor comprising a stator winding and a rotor having a permanent magnet, an encoder mounted on the rotor shaft, and counting means for counting pulses emitted from the encoder, At least a control device that gives a voltage command or a current command and a frequency command to the motor, and a power amplifier that amplifies these commands to drive the three-phase brushless motor, are provided via the control device and the power amplifier. , A three-phase AC excitation is performed by giving a predetermined frequency command so that a rotating magnetic field having a predetermined rotation angle is generated in the stator winding of the motor, and the resulting microvibration of the same frequency is generated via the encoder and the counting means. The rotor of the motor is detected from the phase difference between the excitation signal and the rotation angle signal or rotation angular velocity signal generated by the generated torque or minute vibration. A rotor position detecting device for a brushless motor, which detects a position.
【請求項2】 前記モータの回転子位置を励磁信号と回
転角速度信号との位相差から検出する際には、前記位相
差の検出を前記回転角速度信号が正または負の最大値と
なる時点で行なうことを特徴とする請求項1に記載のブ
ラシレスモータの回転子位置検出装置。
2. When detecting the rotor position of the motor from the phase difference between the excitation signal and the rotational angular velocity signal, the phase difference is detected at the time when the rotational angular velocity signal reaches a positive or negative maximum value. The rotor position detecting device of the brushless motor according to claim 1, which is performed.
【請求項3】 前記3相交流励磁するための周波数指令
を、最初は充分高い周波数から時間の経過とともに徐々
に低減して行き、予め定めた所定の周波数、または励磁
による微小振動にもとづく回転角度の変動もしくは回転
角速度が所定の振幅となった時点で周波数指令の低減を
中止し、この時点から回転子位置の検出を開始すること
を特徴とする請求項1または2に記載のブラシレスモー
タの回転子位置検出装置。
3. The frequency command for exciting the three-phase alternating current is gradually reduced from a sufficiently high frequency at first with the passage of time, and a rotation angle based on a predetermined predetermined frequency or a minute vibration due to excitation. 3. The rotation of the brushless motor according to claim 1 or 2, wherein the reduction of the frequency command is stopped at the time when the fluctuation of the rotation speed or the rotation angular velocity reaches a predetermined amplitude, and the detection of the rotor position is started from this time. Child position detection device.
【請求項4】 前記3相交流励磁するための電圧指令ま
たは電流指令を、最初は零またはこれに等しい充分小さ
な値から時間の経過とともに徐々に増大して行き、励磁
による微小振動にもとづく回転角度の変動または回転角
速度が所定の振幅となった時点で電圧指令または電流指
令の増大を中止し、この時点から回転子位置の検出を開
始することを特徴とする請求項1または2に記載のブラ
シレスモータの回転子位置検出装置。
4. A rotation angle based on a minute vibration due to excitation, wherein the voltage command or the current command for exciting the three-phase AC is initially increased from zero or a sufficiently small value equal to this value with time. 3. The brushless according to claim 1 or 2, characterized in that the increase of the voltage command or the current command is stopped at the time when the fluctuation or the rotational angular velocity reaches a predetermined amplitude, and the detection of the rotor position is started from this time. Motor rotor position detector.
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