(57)【要約】【課題】  １センサーによるＰＬＬ位相制御方法を盛り込んだモーター制御ドライバーを提供する。モータセンサが１個以上で、且つセンサの取付精度を不要とし、且つ高速回転対応可能な正弦波駆動を実現すること、及びレスポンスの高速化を課題としいてる。【解決手段】。  モータに取り付けられた１回転１パルス以上のセンサを検出する手段と誘起電圧検出手段とを備えた永久磁石同期モータ制御装置に於いて、起動時に誘起電圧の位相とセンサの位相差をＣＰＵなどに内蔵された記憶素子にて記憶した後、その位相差を元にセンサの信号を基準としてＣＰＵにて適切な駆動タイミングで通電制御を行う装置を用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータに取り付けられた１回転１パルス以上のセンサを検出する手段と誘起電圧検出手段とを備えた永久磁石同期モータ制御装置に於いて、起動時に誘起電圧の位相とセンサの位相差を記憶素子にて記憶した後、その位相差を元にセンサの信号を基準として適切な駆動タイミングで通電制御を行うことを特徴とする永久磁石同期モータの駆動方法。
【請求項２】
請求項１に記載の駆動法に於いて、モータの波形生成をＣＰＵ、モータの回転数制御をアナログサーボ回路により行うことを特徴とした永久磁石同期モータの駆動法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石同期モータの回転制御において、ロータの磁極と回転同期パルスの位相をモータの誘起電圧から検出し、通電タイミングの最適化を行うことで、より高速で安定した回転制御及び、高効率、低コスト化を図るための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の永久磁石同期モータの回転制御は位相を合わせるために３ホールセンサーによる回転制御、エンコーダによる回転制御、センサーレス制御などがある。
【０００３】
３ホールセンサーによる回転制御はセンサーケーブルが最低５本必要となるとともにセンサーの絶対位置精度が要求される。
【０００４】
エンコーダによる回転制御は自動力率検知等の機能をもつ物もあるが、高価なエンコーダが別途必要となる。
【０００５】
センサーレス制御による回転制御は上記２点に比べ、モーターとの配線が最も少ない。センサーレス方式には１２０°通電方式と正弦波駆動方式があり、騒音、効率の点に於いては正弦波駆動方式が優れている。しかしながら正弦波駆動方式は常に角度推定の演算が必要となり、高速化に限界がある。また、確実な脱調検出を行うことが困難である。（非特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００２−１９９７６６公報
【非特許文献１】大熊  繁  他著「拡張誘起電圧モデルに基づく突極型永久磁石同期モータのセンサレス制御」電気学会論文誌D部門Vol.１２２No.１２、２００２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
モータセンサが１個以上で、且つセンサの取付精度を不要とし、且つ高速回転対応可能な正弦波駆動を実現すること、及びレスポンスの高速化を課題としいてる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明はモータに取り付けられた１回転１パルス以上のセンサを検出する手段と誘起電圧検出手段とを備えた永久磁石同期モータ制御装置に於いて、起動時に誘起電圧の位相とセンサの位相差をＣＰＵなどに内蔵された記憶素子にて記憶した後、その位相差を元にセンサの信号を基準としてＣＰＵにて適切な駆動タイミングで通電制御を行う装置を用いる。  
【０００８】
ＣＰＵはモータの周波数を徐々に上昇させることでモータを起動する。起動後回転途中でモーターの位置センサーから読み出した信号の同期信号と回転子磁石の位置関係により生じる誘起電圧によって検出された信号タイミングを計算し記憶させ、以降正弦波出力による回転時に、モーターの位置センサーから読み出した信号によって最適なタイミングで駆動を行う。
【０００９】
更に速度制御回路を独立して構成することで、ＣＰＵは複雑な速度制御の演算を必要とせず、高周波の正弦波を発生させることができる。
【００１０】
独立した速度制御回路として、例えばＦＶ変換を用いた制御、又はＰＬＬ制御などがある。アナログ回路で構成することで、安価でレスポンスの高い制御を実現することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明を実施することにより、センサの取付位置を自動的に読みとることができるので、取付精度が不要となる。
【００１２】
回転時は回転周期に合わせて正弦波信号を出力するだけで周期ごとの演算を必要としないため、キャリア周波数を上げることができ、より高速な回転に対応することが出来る。
【００１３】
実際にモーターに付随する回転体から読み出した信号の同期信号を使って速度制御できるためシステムの安定性の向上と低コストの実現ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
ＣＰＵはセンサーレスベクトル制御のようにモーター特性等の個別パラメータを必要としない。モーターに付随する回転体から読み出す信号は１回転１パルス以上あれば絶対位置精度が不要となる。シンプルな制御回路が実現できた。
【実施例１】
【００１５】
図１は三相交流による永久磁石同期モーター制御ドライバーのブロック図である。
起動指令とともに、４のＣＰＵは５のパワー出力部を通してモータの各相に一定時間所定パターンの電圧を印加するセトリングによってロータの磁極を所定の位置に引き込む。
【００１６】
次に４のＣＰＵは低周波から徐々に周波数を上昇させ、所定の回転数で約１回転分の出力をカットする期間を設ける。この時６のモータはフリーラン状態にて回りづづけ、８の検出部にて各相の誘起電圧が検出可能となる。
【００１７】
この期間に７の磁極検出用センサーからは同期タイミングと周期、７の誘起電圧検出回路及び波形整形回路からはＵ相のゼロクロスタイミングを読み込んで、このタイミングからセンサーと誘起電圧の位相角度を計算により割り出す。
【００１８】
この計算により割り出された位相角度を使って７の磁極検出用センサーのタイミングにあわせて正弦波信号を５のパワー出力部を通して６の永久磁石モータに出力しすることで、センサーフィードバックによる正弦波通電を行う。
【００１９】
４のＣＰＵは２の速度制御回路による指示に従って回転する回転周期を磁極センサーにて常に検出しながら、正弦波パターンを最適な位相タイミングで出力する。
【００２０】
２の速度制御回路（例えばPLL制御など）は指令パルスと６の回転体からの同期信号を比較することで安定した速度制御をおこなうことができる。
【００２１】
次に起動から位相同期までのモード変化とタイミングを図２タイミングチャートを使って説明を行う。
【００２２】
４の波形発生用ＣＰＵは起動後オープン駆動により１２のモードで１１ａ１１ｂのＰＷＭモータ出力信号をアンプ部を通して出力すると、モータは回転しそれに付随して９のモーターの磁極検出用センサ信号が入力される。と同時に１０の誘起電圧検出信号も発生する。しかしこの時点での１０の誘起電圧検出信号は１１a１１ｂのＰＷＭモータ出力信号に影響されて正確な値として検出されない。
【００２３】
オープン駆動により回転数がある値以上にＵＰしたら、１１a１１ｂのＰＷＭモータ出力信号を一旦停止する。モードは１３となる。１０の誘起電圧検出信号は１１a１１ｂのＰＷＭモータ出力信号停止により影響が回避され正確なタイミングを検出できる。
【００２４】
モード１３のＰＷＭモータ出力信号停止時間内で９のモーターの磁極検出用センサ信号と１０の誘起電圧検出信号のエッジタイミング差を測り、９のモーターの磁極検出用センサ信号のエッジ位置が１０の誘起電圧検出信号によって把握できるロータの磁極位置から何度ずれているのかを計算する。つまり、９のモーターの磁極検出用センサ信号のエッジ位置が何度かわかれば、それを記憶し、正弦波出力時に各周期において何度の角度から正弦波を出力したら良いか判明しかつ補正調整が出来る。
【００２５】
正弦波出力角度が決定したら、再び１１ａ１１ｂのＰＷＭモータ出力信号出力を開始する。しかし、出力する信号パターンは１２モードでの１２０°矩形波通電に代わって１４モードでは１８０°の正弦波通電をＰＷＭモードにて出力する。
【００２６】
１４モードでは９のモーターの磁極検出用センサ信号のエッジ位置から次のエッジ位置の間の時間を計りそれによって周期を決定し、次の正弦波周波数を決定する。この繰り返しにより回転の位相補正を行う。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】三相交流による永久磁石同期モーター制御ドライバーのブロック図
【図２】起動から位相同期までの信号タイミングチャートとモード変化図
【符号の説明】
【００２８】
１    速度指令用パルス入力
２    速度制御回路
３    ２の速度制御指令を受けてモータへの印加電圧を制御する電圧制御回路
４    波形発生用ＣＰＵ
５    パワー出力部
６     永久磁石同期モータ
７     モーターの磁極検出用センサ
８     ロータの回転により生じる誘起電圧の検出及び波形整形回路
９    モーターの磁極検出用センサ信号
１０   誘起電圧検出信号
１１a  ＰＷＭモータ上アーム出力信号
１１b  ＰＷＭモータ下アーム出力信号
１２  オープン駆動モード
１３  出力停止モード
１４  位相同期モード
【図１】
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【図２】
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