JPH0318438B2 - - Google Patents
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- JPH0318438B2 JPH0318438B2 JP56000025A JP2581A JPH0318438B2 JP H0318438 B2 JPH0318438 B2 JP H0318438B2 JP 56000025 A JP56000025 A JP 56000025A JP 2581 A JP2581 A JP 2581A JP H0318438 B2 JPH0318438 B2 JP H0318438B2
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- pulse width
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
- H02P6/085—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor in a bridge configuration
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明はブラシレスモータの回転数制御に係
り、特にパルス幅変調方式のインバータを用いて
ブラシレスモータの回転数制御を行なう場合のイ
ンバータ出力電圧制御方法に関する。
〔従来の技術〕
この種のモータ制御は、周知のように電機子巻
線に回転磁界を発生させるために、所定の電気角
π/m(mは相数)ラジアン単位で電機子巻線に
流れる電流方向の切り換えを行なう必要がある。
この電流制御は、例えば、特開昭53−54729号公
報等に開示されるように、位置センサを用いて界
磁極と電機子巻線との相対位置を検出し、その出
力に基づくいて制御回路が、モータ回転制御用イ
ンバータ(コミユテータ)の複数のスイツチング
素子をチヨツパ制御することで行なわれる。
以上のような電流制御を行なうために、所定の
電気角π/m毎にモータドライブ信号(パルス幅
変調信号)を存在させる。そして回転制御を行う
場合には、ドライブ信号のパルス幅を変調し通流
率を変えている。すなわち、各ドライブ信号につ
いて、電気角π/mに対応の時間Tn(ここで、
Tnは式で表わせばTn=1/2Imとなる。Iはイ
ンバータ周波数)によりパルス幅変調を受けるも
のとしている。
この場合、電気角π/m対応の時間Tnに存在
するパルス幅変調信号が単数パルスである場合に
は、これを複数パルスに分けた場合に較べて、モ
ータに流れる電流の歪が大きくなり、モータ効率
が劣る傾向がある。
そのため、所定の電気角π/m対応の時間内に
複数のパルス幅変調信号を存在することが提案さ
れる。
ここで、所定の電気角π/mに複数のパルス幅
変調信号を存在させる場合の従来例を第1図から
第3図に基づき説明する。
第1図は周知のブラシレスモータの基本構成
図、第2図はその従来方式のインバータ動作を説
明するためのタイムチヤート、第3図は見掛けの
通流率と回転数との関係特性図である。
なお、この従来例は、3相のブラシレスモータ
を使用し、所定の電気角π/mを60度とし、これ
に対応の時間TnをT60゜なる記号で表わしている。
第1図において、交流電源1を整流回路2およ
び平滑コンデンサCdによつてて直流化し、かつ
平滑化してインバータ3に供給する。
このインバータ3の三相交流出力は、同期モー
タ4の電機子巻線4−1に印加されて同期モータ
4を駆動するものである。
前記インバータ3を構成するトランジスタA+
〜C−に与えるドライブ信号A+b〜C−bは、
同期モータ4の回転子4−2の位置を検出するた
めの、たとえばホール素子などの位置検出素子5
−1〜5−3の出力信号に基づき制御回路6で形
成される。
以上のように構成されたブラシレスモータにお
いて、インバータ3をパルス幅変調方式によりイ
ンバータ3の出力電圧を変えることより、同期モ
ータ4の回転数を制御することができる。
ここで、インバータ3をパルス幅変調方式とす
るための、従来のドライブ信号A+b〜C−bの
形成法について、第2図により説明する。
第2図の1は、第1図に示した位置検出素子5
−1〜5−3より得られる位置検出信号a〜cで
あり、この位置検出信号a〜cの各立ち上がり、
および立ち下がり時点より、第2図の2の電気角
60度毎の同期化パルスsが得られる。
そして、この同期化パルスsにより、第2図の
3で示したように三角波VTをリセツトし、この
三角波VTを制御電圧VRと比較して、同期化パル
スの周期TI内に複数個のパルスとなる4に示す
パルス幅変調信号gを形成する。
次に、この変調信号gと上記の位置検出信号a
〜cとを適当に組合わせて、第2図の5に示すご
とき、所望のドライブ信号A+b〜C−bを得て
いる。ここでは、各ドライブ信号について、電気
角60度に対応の時間T60゜単位で変調信号gによ
り変調を受けるものとしている。
このように各ドライブ信号の電気角60度毎に変
調信号を取り込む場合、第2図の5に示すように
複数のパルス幅変調信号として存在させれば、既
述したようにモータに流れる電流の歪が減少する
ので、効率の良いモータ制御を行なうことができ
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、変調周波数の通流率Daは、一般に
一周期TM当りのパルス通電時間をTONとすると、
Da=TON/TM×100% …(イ)
で表わされるが、前述した如き電気角60度(π/
m)対応の時間T60゜(Tm)内に複数のパルス幅
変調信号を存在させた場合には、次の理由により
必ずしも(イ)の式が成立するとは限らない。すなわ
ち、時間T60゜に複数のパルス幅変調信号を取り
込む場合、何らの配慮がないと、時間T60゜とこ
の中に存在する変調信号の周期の総和とが必ずし
も一致せず、その結果、第2図の5に示すように
時間T60゜に存在するパルス幅変調信号のうち最
後の変調信号の周期TM′が周期TMを満たさない
こともある。この場合は、(イ)の式を適用できず、
真の通流率DT(%)は、ある回転数N(rpm)に
おける時間T60゜に対する該時間T60゜内の変調信
号gのオンパルスの総和ΣTONから求められ、こ
の場合の時間T60゜の真の通流率DTは、次式で表
わされる。
DT=(PNΣTON/10)×100% …(ロ)
なお、Pは同期モータの極付数、Nは同期モー
タの回転数である。すなわち、回転数を決定すべ
き真の通流率DTが、また回転数Nの関数となる。
モータ回転数Nは、変調信号gの真の通流率
DTに比例する。ここで、(ロ)式の通流率DTを真の
通流率と称するに対し、(イ)式の通流率Daを便宜
上見掛けの通流率と称する。
ところで、前述した従来のパルス幅変調方式
は、変調信号gの周波数(以下、変調周波数とい
う)M(1/TM)は同期モータの回転数Nにかか
わらず、常に一定であつた。そして、外部から操
作できるのは、既に述べた変調信号gの一周期
TMに対するオンパルスの比、いわゆる見掛けの
通流率Daであり、この見掛けの通流率Daと真の
通流率DTとが一致しないため、第3図に示すよ
うに、見掛けの通流率Daと、回転数Nとは直線
関係とはならず、さらに、ある回転数の領域で
は、回転数が不安定になることもあつた。
ここで付言すと、一般の誘導電動機用パルス幅
変調方式インバータにあつては、前述のブラシレ
スモータ用のものとは易なり、位置検出信号に対
応するものがなく、変調信号が基準となつてイン
バータの出力周波数と出力電圧は、それぞれ独立
に決定できるものである。
しかしながら、これにたいし、ブラシレスモー
タは直流機と同特性を示し、インバータ出力電圧
を決定すると、同期モータにたいする負荷との関
連において、回転数、すなわちインバータ出力周
波数が決まる。換言すると、インバータ出力周波
数は2次的に決定されるものである。
そして、従来のブラシレスモータ用のパルス幅
変調方式では、第2図の1および4で示した位置
検出信号と変調信号の周波数とに関連性がなく、
そのために上述の問題が現われたものである。
なお、このような問題は、電気角60度に限ら
ず、3相以外でも電気角π/mの関係にあれば同
様に生じる。
本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、インバータのドライブ信
号を電気角π/m対応の時間内に複数のパルス幅
変調して存在させた場合でも、同期モータの回転
数と変調周波数とを関連づけることにより、前述
の真の通流率と見掛けの通流率とを一致させて不
安定な運転領域を無くし、いかなる回転領域にお
いも安定してモータを回転させると共に、このパ
ルス幅変調信号の変調周波数及びその通流率を、
回転磁界の方向性切り換え単位となる電気角π/
mラジアンの短時間毎に決定,更新できるように
し、速度変動に対し迅速に即応させ、制御精度を
高めることにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は上記目的を達成するために次のように
してブラシレスモータ用インバータの出力電圧を
制御する。
すなわち、本発明は、2P(Pは極付数)極の永
久磁石からなる回転子4−2と、この回転子に磁
気的に回転力を付与するm相の電機子巻線4−1
と、前記回転子4−2の磁極位置から得られる位
置検出信号a〜cの立上りおよび立下り信号に基
づいて所定の電気角π/m(ラジアン,mは相
数)毎に同期化パルスsを生成し、この同期化パ
ルスの間隔である電気角π/m対応の時間Tn内
に複数のパルス幅変調信号gを存在させ、このパ
ルス幅変調信号gの通流率Daを変えてブラシレ
スモータのインバータ出力電圧を制御する方法に
おいて、
回転数に比例したパルス列に基づいてモータの
回転数に関するデータを検出する回転数データ検
出手段と、この回転数データ検出手段の出力信号
に関連させて前記パルス幅変調信号gの変調周波
数Mを決定する変調周波数決定手段と、同じく回
転数データ検出手段の出力信号に関連させて前記
パルス幅変調信号gの通流率Daを変える通流率
決定手段とを備え、前記回転数データ検出手段の
動作を前記同期化パルスsに同期させて電気角
π/m対応の時間Tn単位で行なわせて、Tn毎に
モータ回転数に関するデータを検出し、且つこの
検出データから求まるインバータ出力周波数Iに
対して前記変調周波数MをM=2×m×n×I
(nは2以上の任意の整数)の関係を満たすよう
に決定すると共に、前記通流率Daも時間Tn毎に
前記回転数検出データに基づき決定し、且つこの
時間Tnに存在する複数のパルス幅変調信号gの
うち、最初の変調信号を前記同期化パルスsに同
期して発生させる。
〔作用〕
このような制御方法によれば、前提条件とし
て、従来技術の項でも述べたようにモータの回転
時に回転子4−2の磁極位置から得られる位置検
出信号a〜cの立上りおよび立下り信号に基づい
て電気角π/m毎に同期化パルスsが生成され
る。そして、本発明では、回転数データ検出手段
が同期化パルスsに同期して、電気角π/m対応
の時間Tn単位でモータ回転数に比例したパルス
列に基づき、Tn毎にモータ回転数に関するデー
タ(例えば、Tnに要する時間測定値,回転速度
等)を検出する。ここで、モータ回転数に比例し
たパルス列は、例えば後述の実施例でも述べるよ
うに所定の周期で発生するようにした基準クロツ
ク信号やエンコーダ等の出力信号を用いれば良
い。実施例ではこれらのパルス列をTnの単位で
カウントしている。
そして、Tn単位で検出された回転数データ検
出値に基づき、通流率決定手段がパルス幅変調信
号gの通流率Daを、変調周波数決定手段が次の
関係式を満たす変調周波数Mを、それぞれTn毎
に決定し更新する。変調周波数Mは、モータ回転
数検出値から求まるインバータ周波数Iより、M
=2×m×n×Iの関係式を満たすように決定さ
れる。ここで、任意の整数nは電気角π/mに対
応の時間Tnに存在させるべきパルス幅変調信号
の数に対応する。この関係式を満たすことから、
変調周波数Mは常にインバータ出力周波数すなわ
ちモータ回転数に対して一定の整数比(整数倍)
の関係を保ち得る。従つて、モータ回転数が変動
して電気角π/m対応の時間幅Tnに変化があつ
ても、Tnと、この時間幅に取り込まれる複数の
パルス幅変調信号の各周期とを比も一定の整数比
の関係に保つことができる。
従つて、このようにして周波数変調されたパル
ス幅変調信号を時間Tn内に複数取り込む(存在
させる)場合に、その中の最初の変調信号を同期
化パルスsに同期して発生されば、Tnの時間幅
とパルス幅変調信号の周期TMとの間に従来の
TM′のようなずれが生じないので、見掛けの通流
率Daと真の通流率DTとが不一致となる現像は生
じない。そのため、(イ)式の一般にいわれる通流率
Daをインバータ出力制御に用いても、通流率と
モータ回転数とは比例関係となり、回転数が不安
定な運転領域の存在を無くすことができる。
また、このようなパルス幅変調信号の通流率及
び変調周波数の双方を、回転磁界の方向を切り換
えるための最小単位となる短い時間Tn毎のモー
タ回転数検出値により決定(更新)するので、こ
られの更新通流率及び変調周波数を次の時間Tn
に適用して、速度変動に迅速に応答できる。特に
時間Tnがm相巻線の回転磁界の方向を切り換え
る単位となるので、この時間単位毎の通流率及び
変調周波数の更新は、タイミング良く回転磁界の
強さを制御でき、モータの制御精度を向上させ
る。しかも、この電気角π/mの時間内に複数の
パルス幅変調信号を存在させるので、モータに流
れる電流の歪を減少させ、ブラシレスモータの高
効率化を図る。
〔実施例〕
次に、本発明の一実施例を第4図ないし第9図
に基づいて説明する。
ここで、第4図は本発明の一実施例に係るブラ
シレスモータの回転数制御(インバータ出力電圧
制御)に供されるブラシレスモータの基本構成
図、第5図はその変調信号発生部に関連する要部
構成図、第6図はその動作説明タイムチヤート
図、第7図は回転数検出部に関連する要部構成
図、第8図はその各部波形を示すタイムチヤー
ト、第9図は演算処理のフローチヤートである。
まず、第4図において、先の第1図と同一符号
のものは同等物を示し、7は波形整形回路で、8
は演算機能を有するマイクロコンピユータ、9は
セントラルプロセツサ(CPUという)、10はラ
ンダムアクセスメモリ(RAMという)、11は
リードオンリメモリ(ROMという)であり、1
2は入出力回路、13はパルス出力回路、14は
インターフエイス回路、15はパルス入力回路で
ある。
また、16はデータバス、17はアドレスバ
ス、18はコントロールバスで、19はドライバ
回路である。
マイクロコンピユータ8は、CPU9,RAM1
0およびROM11で構成されており、入出力回
路12は、CPU9とのインターフエイス回路1
4とパルス出力回路13,パルス入力回路15と
を有している。
CPU9,RAM10,ROM11および入出力
回路12は、データバス16,アドレスバス1
7,コントロールバス18によつて接続される。
マイクロコンピユータ8と入出力回路12と
は、CPU9からイネーブル信号Eが図示のごと
く印加されて同期をとつている。
また、位置検出素子5−1〜5−3からの、同
期モータ4の回転子4−2の回転位置に応じた信
号は、波形整形回路7に入力され、さきの第2図
の1に示す位置検出信号a〜cとなつて入出力回
路12中のパルス入力回路15に入力される。
そして、この位置検出信号a〜cは、パルス出
力回路13により加工されてドライブ信号A+b
〜C−bが形成され、これによりドライバ回路1
9を介してインバータ3が駆動されるものであ
る。
上述のパルス出力回路13は、本発明の目的を
達成するために設けられた回路であり、後述の3
種のレジスタ(P1レジスタ、D1レジスタ、回転
数レジスタNR)と、変調信号発生部200(第
5図に示す)と、回転数検出部30(第7図に示
す)とからなる。
このうち、回転数検出部30が本発明の構成要
素となる回転数データ検出手段(モータの回転数
に関するデータを検出する手段)となる。実施例
では回転数検出部30は、上記位置検出信号a〜
cに基づいて同期モータ4の回転数に関するデー
タを検出する機能を有する。
変調信号発生部200は、CPU9と相まつて
変調周波数決定手段(回転数データ検出信号に関
連させてパルス幅変調信号gの変調周波数Mを決
定する手段)と通流率決定手段(回転数データ検
出信号に関連させてパルス幅変調信号gの通流率
Da換言すればドライブ信号A+b〜C−bの通
流率を変える手段)とを兼ねるように構成され
る。
すなわち、CPU9は、回転数検出部30から
の回転数データ検出信号に基づき既述のM=2×
m×n×Iの関係式を満たす変調周波数Mのデー
タを演算し、この演算データを変調信号発生部2
00のP1レジスタに送る。そして、変調信号発
生部200は、このP1レジスタの変調周波数デ
ータP1Dに対応した変調周波数Mとなるようにパ
ルス幅変調信号gを制御する。
また、CPU9は、回転数検出部30からの回
転数データ検出信号に基づきパルス幅変調信号g
の通流率Daを演算し、この演算データを変調信
号発生部200のD1レジスタに送る。そして、
変調信号発生部200は、このD1レジスタの通
流率データD1Dに対応した通流率となるように
パルス幅変調信号gを制御する。なお、変調信号
発生部200及び回転数検出部30の具体的な動
作については後述してある。
上記の構成からなる第4図に示した実施例に係
るものの基本動作は次のとおりである。
すなわち、ブラシレスモータとして運転するの
に必要な動作内容は、すべてROM11にプログ
ラムとして記憶されており、そのプログラムに従
つて、CPU9を介して、RAM10およびインタ
ーフエイス回路14を通してパルス出力回路13
内の各種レジスタにデータの伝送が、イネーブル
信号Eのもとに同期がとられて行われる。
そして入出力回路12に入力データとしての位
置検出信号a〜cが入力されると、この位置検出
信号a〜cに基づき、CPU9からアドレスバス
17,データバス16およびコントロールバス1
8を通じて、パルス出力回路13内の後述の各種
レジスタに与えられたデータに応じてドライブ信
号A+b〜C−bが形成されるものである。
次に、上述のように本発明の基本をなすパルス
出力回路13について詳述する。
まず、第1表はパルス出力回路13内の各種レ
ジスタの、それぞれのレジスタについて、その機
能を纏めたものである。
[Industrial Field of Application] The present invention relates to the control of the rotation speed of a brushless motor, and particularly to a method for controlling an inverter output voltage when controlling the rotation speed of a brushless motor using a pulse width modulation type inverter. [Prior Art] As is well known, in this type of motor control, in order to generate a rotating magnetic field in the armature winding, a predetermined electrical angle π/m (m is the number of phases) is applied to the armature winding in units of radians. It is necessary to switch the direction of current flowing.
This current control, for example, as disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 53-54729, detects the relative position between the field pole and the armature winding using a position sensor, and then controls the control circuit based on the output. This is performed by performing chopper control on a plurality of switching elements of a motor rotation control inverter (commutator). In order to perform the above-described current control, a motor drive signal (pulse width modulation signal) is provided at every predetermined electrical angle π/m. When controlling the rotation, the pulse width of the drive signal is modulated to change the conduction rate. That is, for each drive signal, the time T n corresponding to the electrical angle π/m (where,
T n can be expressed as T n =1/2 I m. I is assumed to undergo pulse width modulation depending on the inverter frequency). In this case, if the pulse width modulation signal that exists at time T n corresponding to the electrical angle π/m is a single pulse, the distortion of the current flowing through the motor will be greater than when it is divided into multiple pulses. , motor efficiency tends to be poor. Therefore, it is proposed that a plurality of pulse width modulation signals exist within a time corresponding to a predetermined electrical angle π/m. Here, a conventional example in which a plurality of pulse width modulation signals are present at a predetermined electrical angle π/m will be described with reference to FIGS. 1 to 3. Fig. 1 is a basic configuration diagram of a well-known brushless motor, Fig. 2 is a time chart for explaining the conventional inverter operation, and Fig. 3 is a characteristic diagram of the relationship between apparent conduction rate and rotation speed. . In this conventional example, a three-phase brushless motor is used, the predetermined electrical angle π/m is 60 degrees, and the corresponding time T n is expressed by the symbol T60 degrees. In FIG. 1, an AC power supply 1 is converted to DC by a rectifier circuit 2 and a smoothing capacitor Cd , smoothed, and supplied to an inverter 3. The three-phase AC output of the inverter 3 is applied to the armature winding 4 - 1 of the synchronous motor 4 to drive the synchronous motor 4 . Transistor A+ constituting the inverter 3
The drive signals A+b to C-b given to ~C- are
A position detection element 5, such as a Hall element, for detecting the position of the rotor 4-2 of the synchronous motor 4.
It is formed by the control circuit 6 based on the output signals of -1 to 5-3. In the brushless motor configured as described above, the rotation speed of the synchronous motor 4 can be controlled by changing the output voltage of the inverter 3 using a pulse width modulation method. Here, a conventional method of forming drive signals A+b to C-b for making the inverter 3 of the pulse width modulation type will be explained with reference to FIG. 1 in FIG. 2 is the position detection element 5 shown in FIG.
These are the position detection signals a to c obtained from -1 to 5-3, and each rise of the position detection signals a to c,
And from the falling point, the electrical angle of 2 in Fig. 2
A synchronization pulse s every 60 degrees is obtained. Then, by this synchronization pulse s, the triangular wave VT is reset as shown in 3 in FIG . A pulse width modulated signal g shown in 4 is formed to have 4 pulses. Next, this modulation signal g and the above position detection signal a
-c are appropriately combined to obtain desired drive signals A+b to C-b as shown in 5 in FIG. Here, it is assumed that each drive signal is modulated by the modulation signal g in units of time T60° corresponding to 60 electrical degrees. In this way, when a modulation signal is taken in every 60 electrical degrees of each drive signal, if it exists as multiple pulse width modulation signals as shown in 5 in Figure 2, the current flowing through the motor can be reduced as described above. Since distortion is reduced, efficient motor control can be performed. [Problem to be Solved by the Invention] By the way, the conduction rate Da of the modulation frequency is generally calculated as follows, where T ON is the pulse conduction time per period T M , Da=T ON /T M ×100%...(a) It is expressed as 60 electrical degrees (π/
m) When a plurality of pulse width modulation signals are present within the corresponding time T60° (Tm), equation (a) does not necessarily hold true for the following reason. In other words, when capturing multiple pulse width modulated signals at time T60°, unless some consideration is taken, time T60° and the sum of the periods of the modulated signals existing within this time will not necessarily match, and as a result, the second As shown in FIG. 5, the period T M ' of the last modulated signal among the pulse width modulated signals existing at time T60° may not satisfy the period T M . In this case, formula (a) cannot be applied,
The true conduction rate D T (%) is obtained from the sum ΣT ON of the on-pulses of the modulation signal g within the time T60° at a certain rotational speed N (rpm), and in this case the time T60°. The true conductivity DT is expressed by the following formula. D T = (PNΣT ON /10) x 100%...(b) In addition, P is the number of poles of the synchronous motor, and N is the number of rotations of the synchronous motor. That is, the true conductivity DT , which determines the rotation speed, is also a function of the rotation speed N. The motor rotation speed N is the true conduction rate of the modulation signal g
D Proportional to T. Here, the conductivity D T in equation (b) is referred to as the true conductivity, while the conductivity Da in equation (b) is referred to as the apparent conductivity for convenience. By the way, in the conventional pulse width modulation method described above, the frequency of the modulation signal g (hereinafter referred to as modulation frequency) M (1/T M ) is always constant regardless of the rotation speed N of the synchronous motor. What can be controlled externally is one cycle of the modulation signal g, which was already mentioned.
The ratio of on-pulse to T M is the so-called apparent conduction rate Da, and since this apparent conduction rate Da and the true conduction rate D T do not match, the apparent conduction rate is The ratio Da and the rotational speed N do not have a linear relationship, and furthermore, the rotational speed sometimes becomes unstable in a certain rotational speed range. I would like to add here that pulse width modulation type inverters for general induction motors are different from those for brushless motors mentioned above, and do not have anything that corresponds to the position detection signal, so the modulation signal is used as the reference. The output frequency and output voltage of the inverter can be determined independently. However, on the other hand, a brushless motor exhibits the same characteristics as a DC motor, and when the inverter output voltage is determined, the rotation speed, that is, the inverter output frequency is determined in relation to the load on the synchronous motor. In other words, the inverter output frequency is determined secondarily. In the conventional pulse width modulation method for brushless motors, there is no correlation between the frequency of the position detection signal and the modulation signal shown in 1 and 4 in FIG.
This is why the above-mentioned problem arose. Incidentally, such a problem is not limited to the electrical angle of 60 degrees, but also occurs in cases other than three phases if the electrical angle is in the relationship of π/m. The present invention has been made in view of the above points, and its purpose is to provide synchronization even when the inverter drive signal is modulated with a plurality of pulse widths within the time corresponding to the electrical angle π/m. By associating the motor rotation speed with the modulation frequency, the true conduction rate and apparent conduction rate described above can be made to match, eliminating unstable operating regions and allowing the motor to rotate stably in any rotational range. At the same time, the modulation frequency of this pulse width modulation signal and its conduction rate are
The electrical angle π/ which is the unit for switching the direction of the rotating magnetic field
The purpose is to be able to determine and update in short intervals of m radians, to quickly respond to speed fluctuations, and to improve control accuracy. [Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention controls the output voltage of an inverter for a brushless motor as follows. That is, the present invention includes a rotor 4-2 made of a permanent magnet with 2P (P is the number of poles) poles, and an m-phase armature winding 4-1 that magnetically applies rotational force to the rotor.
and a synchronization pulse s every predetermined electrical angle π/m (radian, m is the number of phases) based on the rising and falling signals of the position detection signals a to c obtained from the magnetic pole position of the rotor 4-2. is generated, a plurality of pulse width modulation signals g are made to exist within a time T n corresponding to the electrical angle π/m, which is the interval between these synchronization pulses, and the conductivity Da of this pulse width modulation signal g is changed to produce a brushless A method for controlling an inverter output voltage of a motor, comprising: rotation speed data detection means for detecting data regarding the rotation speed of the motor based on a pulse train proportional to the rotation speed; A modulation frequency determining means for determining a modulation frequency M of the pulse width modulation signal g; and a conduction rate determination means for changing the conductivity Da of the pulse width modulation signal g in relation to the output signal of the rotation speed data detection means. , the operation of the rotation speed data detection means is synchronized with the synchronization pulse s in units of time T n corresponding to the electrical angle π/m, and data regarding the motor rotation speed is detected every T n ; In addition, the modulation frequency M is set as M = 2 x m x n x I for the inverter output frequency I determined from this detection data.
(n is an arbitrary integer of 2 or more), and the conductivity Da is also determined based on the rotational speed detection data for each time T n , and The first modulated signal among the pulse width modulated signals g is generated in synchronization with the synchronization pulse s. [Operation] According to such a control method, as a precondition, as mentioned in the section of the prior art, the rise and rise of the position detection signals a to c obtained from the magnetic pole position of the rotor 4-2 during rotation of the motor are A synchronization pulse s is generated every electrical angle π/m based on the downlink signal. In the present invention, the rotation speed data detection means synchronizes with the synchronization pulse s and detects the motor rotation speed every T n based on a pulse train proportional to the motor rotation speed in units of time T n corresponding to the electrical angle π/m. Detect data related to T n (e.g., measured time required for T n , rotation speed, etc.). Here, as the pulse train proportional to the motor rotation speed, a reference clock signal generated at a predetermined period or an output signal from an encoder or the like may be used, for example, as will be described in the embodiment described later. In the embodiment, these pulse trains are counted in units of T n . Based on the rotational speed data detection value detected in units of T n , the conduction rate determining means determines the conductivity Da of the pulse width modulation signal g, and the modulation frequency determining means determines the modulation frequency M that satisfies the following relational expression. , are determined and updated every T n . The modulation frequency M is determined from the inverter frequency I determined from the motor rotation speed detection value.
It is determined to satisfy the relational expression =2×m×n× I . Here, the arbitrary integer n corresponds to the number of pulse width modulation signals that should be present during the time T n corresponding to the electrical angle π/m. Since this relational expression is satisfied,
The modulation frequency M is always a constant integer ratio (integer multiple) to the inverter output frequency, that is, the motor rotation speed.
relationship can be maintained. Therefore, even if the motor rotational speed fluctuates and the time width T n corresponding to the electrical angle π/m changes, it is difficult to compare T n with each period of the plurality of pulse width modulation signals taken into this time width. can also be maintained in a constant integer ratio relationship. Therefore, when a plurality of frequency-modulated pulse width modulated signals are taken in (existed) in the time T n in this way, if the first modulated signal among them is generated in synchronization with the synchronization pulse s, The conventional difference between the time width of T n and the period T M of the pulse width modulation signal is
Since a deviation such as T M ′ does not occur, development in which the apparent throughput Da and the true throughput D T do not match does not occur. Therefore, the generally known conduction rate of equation (A) is
Even when Da is used for inverter output control, the conduction rate and motor rotational speed are in a proportional relationship, and the existence of an operating region where the rotational speed is unstable can be eliminated. In addition, both the conductivity and modulation frequency of such a pulse width modulation signal are determined (updated) by the motor rotation speed detection value every short time T n , which is the minimum unit for switching the direction of the rotating magnetic field. , these update duty factor and modulation frequency for the next time T n
can be applied to quickly respond to speed fluctuations. In particular, since the time T n is the unit for switching the direction of the rotating magnetic field of the m-phase winding, updating the conduction rate and modulation frequency for each time unit allows the strength of the rotating magnetic field to be controlled in a timely manner, and the motor control Improve accuracy. Furthermore, since a plurality of pulse width modulation signals are present within the time period of this electrical angle π/m, distortion of the current flowing through the motor is reduced, thereby increasing the efficiency of the brushless motor. [Embodiment] Next, an embodiment of the present invention will be described based on FIGS. 4 to 9. Here, FIG. 4 is a basic configuration diagram of a brushless motor used for rotation speed control (inverter output voltage control) according to an embodiment of the present invention, and FIG. Figure 6 is a diagram showing the configuration of the main parts, Figure 6 is a time chart explaining its operation, Figure 7 is a diagram showing the configuration of the main parts related to the rotation speed detection section, Figure 8 is a time chart showing the waveforms of each part, and Figure 9 is the calculation process. This is a flowchart. First, in Fig. 4, the same symbols as in Fig. 1 above indicate equivalent parts, 7 is a waveform shaping circuit, and 8 is a waveform shaping circuit.
1 is a microcomputer with arithmetic functions, 9 is a central processor (referred to as CPU), 10 is random access memory (referred to as RAM), 11 is read-only memory (referred to as ROM), and 1
2 is an input/output circuit, 13 is a pulse output circuit, 14 is an interface circuit, and 15 is a pulse input circuit. Further, 16 is a data bus, 17 is an address bus, 18 is a control bus, and 19 is a driver circuit. Microcomputer 8 has CPU9, RAM1
0 and ROM 11, and the input/output circuit 12 is an interface circuit 1 with the CPU 9.
4, a pulse output circuit 13, and a pulse input circuit 15. The CPU 9, RAM 10, ROM 11 and input/output circuit 12 are connected to the data bus 16, address bus 1
7, connected by control bus 18. The microcomputer 8 and the input/output circuit 12 are synchronized by applying an enable signal E from the CPU 9 as shown in the figure. Further, signals corresponding to the rotational position of the rotor 4-2 of the synchronous motor 4 from the position detection elements 5-1 to 5-3 are input to the waveform shaping circuit 7, and are shown in 1 in FIG. The position detection signals a to c are input to the pulse input circuit 15 in the input/output circuit 12. Then, these position detection signals a to c are processed by the pulse output circuit 13 to generate a drive signal A+b.
~C-b is formed, thereby driver circuit 1
The inverter 3 is driven through the inverter 9. The above-mentioned pulse output circuit 13 is a circuit provided to achieve the object of the present invention, and is a circuit provided in order to achieve the object of the present invention.
It consists of seed registers (P1 register, D1 register, rotation speed register NR), a modulation signal generation section 200 (shown in FIG. 5), and a rotation speed detection section 30 (shown in FIG. 7). Of these, the rotation speed detection section 30 serves as rotation speed data detection means (means for detecting data regarding the rotation speed of the motor) which is a component of the present invention. In the embodiment, the rotation speed detection section 30 receives the position detection signals a~
It has a function of detecting data regarding the rotation speed of the synchronous motor 4 based on the rotation speed of the synchronous motor 4. The modulation signal generation section 200 works together with the CPU 9 to determine the modulation frequency determining means (means for determining the modulation frequency M of the pulse width modulation signal g in relation to the rotational speed data detection signal) and the conduction rate determining means (means for determining the modulation frequency M of the pulse width modulation signal g in relation to the rotational speed data detection signal). The conduction rate of the pulse width modulated signal g in relation to the signal
In other words, it is configured to also serve as means for changing the conductivity of the drive signals A+b to C-b. That is, the CPU 9 calculates the above-mentioned M = 2× based on the rotation speed data detection signal from the rotation speed detection unit 30.
The data of the modulation frequency M that satisfies the relational expression m×n× I is calculated, and this calculated data is sent to the modulation signal generator 2.
Send to P1 register of 00. Then, the modulation signal generating section 200 controls the pulse width modulation signal g so that it becomes the modulation frequency M corresponding to the modulation frequency data P1D of the P1 register. Further, the CPU 9 generates a pulse width modulation signal g based on the rotation speed data detection signal from the rotation speed detection section 30.
The conduction rate Da is calculated and the calculated data is sent to the D1 register of the modulation signal generation section 200. and,
The modulation signal generating section 200 controls the pulse width modulation signal g so that the conduction rate corresponds to the conduction rate data D1D of the D1 register. Note that specific operations of the modulation signal generating section 200 and the rotation speed detecting section 30 will be described later. The basic operation of the embodiment shown in FIG. 4 having the above configuration is as follows. That is, all the operation contents necessary to operate as a brushless motor are stored as a program in the ROM 11, and according to the program, the pulse output circuit 13 is transmitted via the CPU 9, the RAM 10, and the interface circuit 14.
Transmission of data to various registers within is performed in synchronization based on enable signal E. Then, when the position detection signals a to c as input data are input to the input/output circuit 12, based on the position detection signals a to c, the CPU 9 sends the address bus 17, data bus 16, and control bus 1 to the input/output circuit 12.
8, drive signals A+b to C-b are formed according to data given to various registers in the pulse output circuit 13, which will be described later. Next, the pulse output circuit 13, which forms the basis of the present invention as described above, will be described in detail. First, Table 1 summarizes the functions of each of the various registers in the pulse output circuit 13.
以上のように、本発明によれば、インバータの
ドライブ信号を電気角π/m対応の時間内に複数
のパルス幅変調信号して存在させた場合でも、同
期モータの回転数と変調周波数とを関連づけるこ
とにより、前述の真の通流率と見掛けの通流率と
を一致させて不安定な運転領域を無くし、いかな
る運転領域においても安定してモータを回転させ
ることができる。また、このパルス幅変調信号の
変調周波数及びその通流率を、回転磁界の方向性
切り換え単位となる電気角π/mラジアンの短時
間毎に決定,更新できるので、速度変動に対し迅
速に即応させ、モータ回転の制御精度を高めるこ
とができる。しかも、この単位電気角π/mの時
間内に複数のパルス幅変調信号を存在させること
を前提としているので、モータに流れる電流の歪
を減少させ、ブラシレスモータの高効率化を維持
することができる。
As described above, according to the present invention, even when the inverter drive signal is present as a plurality of pulse width modulated signals within the time corresponding to the electrical angle π/m, the rotation speed and modulation frequency of the synchronous motor can be adjusted. By associating them, the true conductivity and the apparent conductivity described above can be made to match, thereby eliminating unstable operating regions and allowing the motor to rotate stably in any operating region. In addition, the modulation frequency of this pulse width modulation signal and its conductivity can be determined and updated in short intervals of electrical angle π/m radian, which is the unit of switching the directionality of the rotating magnetic field, so it can quickly respond to speed fluctuations. It is possible to increase the control accuracy of motor rotation. Moreover, since it is assumed that multiple pulse width modulation signals exist within the time of this unit electrical angle π/m, it is possible to reduce distortion of the current flowing through the motor and maintain high efficiency of the brushless motor. can.
第1図は、従来のブラシレスモータに係る基本
構成図、第2図は、その従来方式に係るものの説
明のためのタイムチヤート図、第3図は、見掛け
の通流率と回転数との関係特性図、第4図は、本
発明の一実施例に係るブラシレスモータの回転数
制御方法に供されるブラシレスモータの基本構成
図、第5図は、その変調信号発生部に関連する要
部構成図、第6図は、その動作説明タイムチヤー
ト図、第7図は、回転数検出部に関連する要部構
成図、第8図は、その各部波形を示すタイムチヤ
ート図、第9図は、演算処理のフローチヤート図
である。
3……インバータ、4……同期モータ、7……
波形整形回路、8……マイクロコンピユータ、1
2……入出力回路、13……パルス出力回路、1
5……パルス入力回路、19……ドライバ回路、
30……回転数データ検出手段(回転数検出部)、
9,200……変調周波数決定手段・通流率決定
手段(CPU,変調信号発生部)、a〜c……位置
検出信号、g……変調信号。
Figure 1 is a basic configuration diagram of a conventional brushless motor, Figure 2 is a time chart for explaining the conventional method, and Figure 3 is the relationship between apparent conduction rate and rotation speed. A characteristic diagram, FIG. 4 is a basic configuration diagram of a brushless motor used in the brushless motor rotation speed control method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a configuration of main parts related to the modulation signal generation section. 6 is a time chart explaining its operation, FIG. 7 is a configuration diagram of main parts related to the rotation speed detection section, FIG. 8 is a time chart showing waveforms of each part, and FIG. FIG. 3 is a flowchart of calculation processing. 3...Inverter, 4...Synchronous motor, 7...
Waveform shaping circuit, 8...Microcomputer, 1
2...Input/output circuit, 13...Pulse output circuit, 1
5... Pulse input circuit, 19... Driver circuit,
30...Rotation speed data detection means (rotation speed detection section),
9,200...Modulation frequency determining means/conduction rate determining means (CPU, modulation signal generation unit), a to c...Position detection signal, g...Modulation signal.
Claims (1)
子4−2と、この回転子に磁気的に回転力を付与
するm相の電機子巻線4−1と、前記回転子4−
2の磁極位置から得られる位置検出信号a〜cの
立上りおよび立下り信号に基づいて所定の電気角
π/m(ラジアン,mは相数)毎に同期化パルス
sを生成し、この同期化パルスの間隔である電気
角π/m対応の時間Tn内に複数のパルス幅変調
信号gを存在させ、このパルス幅変調信号gの通
流率Daを変えてブラシレスモータのインバータ
出力電圧を制御する方法において、 回転数に比例したパルス列に基づいてモータの
回転数に関するデータを検出する回転数データ検
出手段と、この回転数データ検出手段の出力信号
に関連させて前記パルス幅変調信号gの変調周波
数Mを決定する変調周波数決定手段と、同じく回
転数データ検出手段の出力信号に関連させて前記
パルス幅変調信号gの通流率Daを変える通流率
決定手段とを備え、前記回転数データ検出手段の
動作を前記同期化パルスsに同期させて電気角
π/m対応の時間Tn単位で行なわせて、Tn毎に
モータ回転数に関するデータを検出し、且つこの
検出データから求まるインバータ出力周波数Iに
対して前記変調周波数MをM=2×m×n×I
(nは2以上の任意の整数)の関係を満たすよう
に決定すると共に、前記通流率Daも時間Tn毎に
前記回転数検出データに基づき決定し、且つこの
時間Tnに存在する複数のパルス幅変調信号gの
うち、最初の変調信号を前記同期化パルスsに同
期して発生させることを特徴とするブラシレスモ
ータ用インバータの出力電圧制御方法。 2 特許請求の範囲第1項において、前記回転数
データ検出手段には、回転数と比例した周波数の
位置検出信号a〜cが入力され、且つこれらの位
置検出信号の立上りおよび立下り信号に基づいて
電気角でπ/mに対応する時間Tnを測定して、
その時間データを格納する第1のレジスタを備
え、一方、前記変調周波数決定手段には、変調周
波数の一周期の時間を決定すべき任意書き込み可
能な第2のレジスタを備えるようにし、前記第2
のレジスタのデータを、第1のレジスタのデータ
に基づいて、変調周波数M=2×m×n×Iの関
係を満たすように決定することを特徴とするブラ
シレスモータ用インバータの出力電圧制御方法。[Claims] A rotor 4-2 made of a permanent magnet with 12P (P is the number of poles) and an m-phase armature winding 4-1 that magnetically applies rotational force to the rotor. , the rotor 4-
A synchronization pulse s is generated every predetermined electrical angle π/m (radian, m is the number of phases) based on the rising and falling signals of the position detection signals a to c obtained from the magnetic pole positions of No. 2, and this synchronization A plurality of pulse width modulation signals g are made to exist within a time T n corresponding to the electrical angle π/m, which is the interval between pulses, and the inverter output voltage of the brushless motor is controlled by changing the conduction rate Da of the pulse width modulation signals g. A method comprising: rotation speed data detection means for detecting data regarding the rotation speed of the motor based on a pulse train proportional to the rotation speed; and modulation of the pulse width modulation signal g in relation to an output signal of the rotation speed data detection means. A modulation frequency determining means for determining the frequency M , and a conduction rate determining means for changing the conduction rate Da of the pulse width modulation signal g in relation to the output signal of the rotation speed data detection means, The operation of the detection means is synchronized with the synchronization pulse s in units of time T n corresponding to the electrical angle π/m, and data regarding the motor rotation speed is detected every T n , and the inverter is determined from the detected data. The modulation frequency M for the output frequency I is M = 2 x m x n x I
(n is an arbitrary integer of 2 or more), and the conductivity Da is also determined based on the rotational speed detection data for each time T n , and A method for controlling an output voltage of an inverter for a brushless motor, characterized in that a first modulation signal among the pulse width modulation signals g is generated in synchronization with the synchronization pulse s. 2. In claim 1, position detection signals a to c having a frequency proportional to the rotation speed are inputted to the rotation speed data detection means, and the position detection signal is detected based on the rising and falling signals of these position detection signals. Measure the time T n corresponding to π/m in electrical angle,
The modulation frequency determining means includes a first register that stores the time data, and the modulation frequency determining means includes a second register that can be written arbitrarily to determine the time of one cycle of the modulation frequency, and the second
A method for controlling an output voltage of an inverter for a brushless motor, characterized in that data in a register is determined based on data in a first register so as to satisfy the following relationship: modulation frequency M = 2 x m x n x I.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56000025A JPS57113786A (en) | 1981-01-05 | 1981-01-05 | Control of number of turns of brushless motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56000025A JPS57113786A (en) | 1981-01-05 | 1981-01-05 | Control of number of turns of brushless motor |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57113786A JPS57113786A (en) | 1982-07-15 |
| JPH0318438B2 true JPH0318438B2 (en) | 1991-03-12 |
Family
ID=11462843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56000025A Granted JPS57113786A (en) | 1981-01-05 | 1981-01-05 | Control of number of turns of brushless motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57113786A (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5354729A (en) * | 1976-10-29 | 1978-05-18 | Hitachi Ltd | Control circuit of commutator-less motor |
| JPS5367938A (en) * | 1976-11-29 | 1978-06-16 | Hitachi Ltd | Air conditioner with rotating speed control |
-
1981
- 1981-01-05 JP JP56000025A patent/JPS57113786A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57113786A (en) | 1982-07-15 |
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