JP2002034278A - 電動機の磁極位置検出装置 - Google Patents
電動機の磁極位置検出装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 永久磁石モータの磁極位置を正確に検出す
る。 【解決手段】 磁気感応素子２７によって磁石ロータ１
７からの漏れ磁束に感応して電気信号を出力する。そし
て演算手段２が、この磁気感応素子２７の出力変化をロ
ータ磁極の基本基準位置として検出し、磁極基準位置θ
及びロータ回転角度演算時のステータ電流ＩＵ，ＩＶ，
ＩＷの大きさと電流位相とに応じて基本基準位置をΔθ
だけ補正し、回転角度θre，θre′を演算する。これに
より、コストの低い磁気感応素子２７を用いながらも、
その磁気感応素子がステータ電流と位相により受ける影
響を補正し、磁石ロータの回転角度を精度よく検出す
る。
る。 【解決手段】 磁気感応素子２７によって磁石ロータ１
７からの漏れ磁束に感応して電気信号を出力する。そし
て演算手段２が、この磁気感応素子２７の出力変化をロ
ータ磁極の基本基準位置として検出し、磁極基準位置θ
及びロータ回転角度演算時のステータ電流ＩＵ，ＩＶ，
ＩＷの大きさと電流位相とに応じて基本基準位置をΔθ
だけ補正し、回転角度θre，θre′を演算する。これに
より、コストの低い磁気感応素子２７を用いながらも、
その磁気感応素子がステータ電流と位相により受ける影
響を補正し、磁石ロータの回転角度を精度よく検出す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気感応素子を用
いた電動機の磁極位置検出装置に関する。
いた電動機の磁極位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、磁気感応素子を用いたブラシレス
ＤＣ電動機の駆動装置としては、特開平１１−２１５８
８１号公報に記載された図１５に示すブラシレスＤＣ電
動機が知られている。
ＤＣ電動機の駆動装置としては、特開平１１−２１５８
８１号公報に記載された図１５に示すブラシレスＤＣ電
動機が知られている。
【０００３】図１５において、ブラシレス電動機２０１
には、３相のステータ巻線２０３（Ｕ，Ｖ，Ｗ）が巻回
されたステータ（図示せず）と、このステータ（図示せ
ず）に磁気的結合関係を保ち、近接して配置され、回転
自在に支持されたロータ２０５とが設けられている。ま
た、ブラシレス電動機２０１には、ロータ２０５の回転
位置を検知するための回転位置検出部２０７が設けられ
ている。
には、３相のステータ巻線２０３（Ｕ，Ｖ，Ｗ）が巻回
されたステータ（図示せず）と、このステータ（図示せ
ず）に磁気的結合関係を保ち、近接して配置され、回転
自在に支持されたロータ２０５とが設けられている。ま
た、ブラシレス電動機２０１には、ロータ２０５の回転
位置を検知するための回転位置検出部２０７が設けられ
ている。
【０００４】この回転位置検出部２０７は、ロータ２０
５と回転中心が同一でロータ２０５と同一の磁極数に外
周面が磁化された回転位置検出円盤２０９と、この回転
位置検出円盤２０９の外周面に近接してそれぞれ機械角
で６０°（磁極数が４であるため、電気角で１２０°）
ずつ離れて配置された３つの回転位置信号発生器２１１
（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を具備している。回転位置信号発生器２
１１は、ホールＩＣで構成され、回転位置信号ＣＳＵ，
ＣＳＶ，ＣＳＷをそれぞれ出力する。
５と回転中心が同一でロータ２０５と同一の磁極数に外
周面が磁化された回転位置検出円盤２０９と、この回転
位置検出円盤２０９の外周面に近接してそれぞれ機械角
で６０°（磁極数が４であるため、電気角で１２０°）
ずつ離れて配置された３つの回転位置信号発生器２１１
（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を具備している。回転位置信号発生器２
１１は、ホールＩＣで構成され、回転位置信号ＣＳＵ，
ＣＳＶ，ＣＳＷをそれぞれ出力する。
【０００５】また、従来、図１６に示すように、ロータ
２５１内の磁石２５３からの磁束を直接検出する構成も
知られている。この従来例の場合、ロータ２５１の回転
軸方向の端面から所定間隔を開けてホール素子２５５を
設け、さらに、磁石２５３からの漏れ磁束をホール素子
２５５に集磁するためにホール素子２５５の後部に磁性
体片２５７を設け、このホール素子２５５からの出力信
号を測定する。
２５１内の磁石２５３からの磁束を直接検出する構成も
知られている。この従来例の場合、ロータ２５１の回転
軸方向の端面から所定間隔を開けてホール素子２５５を
設け、さらに、磁石２５３からの漏れ磁束をホール素子
２５５に集磁するためにホール素子２５５の後部に磁性
体片２５７を設け、このホール素子２５５からの出力信
号を測定する。
【０００６】さらに特開平９−１２１５８４号公報に記
載された電動機のように、ロータ磁石の漏れ磁束を直接
にホール素子のような磁気感応素子によって検出し、磁
極位置を検出するものも知られている。
載された電動機のように、ロータ磁石の漏れ磁束を直接
にホール素子のような磁気感応素子によって検出し、磁
極位置を検出するものも知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
図１５に示したような構成の電動機の磁極位置検出装置
では、回転位置検出円盤をロータとは別に設ける必要が
あって装置が大型化し、電動機を小型・軽量化する上で
障害となっていた。また着磁プレート分コストが上昇す
るので、電動機そのもののコスト低減を困難にしてい
た。
図１５に示したような構成の電動機の磁極位置検出装置
では、回転位置検出円盤をロータとは別に設ける必要が
あって装置が大型化し、電動機を小型・軽量化する上で
障害となっていた。また着磁プレート分コストが上昇す
るので、電動機そのもののコスト低減を困難にしてい
た。
【０００８】また図１６に示したような構成の装置の場
合、ステータ電流の影響を受けて、漏れ磁束を検出する
ホール素子の出力の位相がずれ、磁極位置の検出精度が
期待できない問題点があった。すなわち、ステータコイ
ルに電流を流していない場合には、ロータの磁石磁束
（磁極位置）に同期してホール素子の出力が変化する
が、ステータに電流を流した際にその電流が作る磁束の
影響で見かけ上の磁束位置が変化する。このため、回転
角度がずれるのでトルク精度が低下したり、トルクの低
下、変動レベルの増大などがあり、精度の良い電動機制
御ができなかった。
合、ステータ電流の影響を受けて、漏れ磁束を検出する
ホール素子の出力の位相がずれ、磁極位置の検出精度が
期待できない問題点があった。すなわち、ステータコイ
ルに電流を流していない場合には、ロータの磁石磁束
（磁極位置）に同期してホール素子の出力が変化する
が、ステータに電流を流した際にその電流が作る磁束の
影響で見かけ上の磁束位置が変化する。このため、回転
角度がずれるのでトルク精度が低下したり、トルクの低
下、変動レベルの増大などがあり、精度の良い電動機制
御ができなかった。
【０００９】この問題点をさらに詳しく説明する。図１
７、図１８はホール素子が検出する磁極位置がステータ
電流によってずれることを概念的に示している。図１７
に示すように、ロータの漏れ磁束はロータ内の磁石位置
に同期して変化する（図１７（ａ））。まず、ｄ軸電流
Ｉｄ＝０（位相角β＝０）の状態でｑ軸電流Ｉｑを流
す。この場合、ロータ磁石が作る磁束に対して、ロータ
に対向するステータに発生する磁束は逆向きで９０°
（電気角）進んでいる（図１７（ｂ））。このとき、ロ
ータ断面に向かい合う形で設置されたホール素子に影響
する磁束は、ロータからの漏れ磁束と９０°進んだステ
ータコイルの電流が作る磁束との和となる（図１８
（ｂ））。ホール素子がこのときに検出する磁極位置
は、電流の大きさに基づく磁束の大きさと位相角との関
数であり、真の磁極位置に対して送れることが分かる。
この状態で、弱め界磁を行う（ｄ軸電流を増加させる）
と、電流の位相角βに応じて、ステータ電流が形成する
磁束の位相も進むことになる（図１７（ｂ）〜
（ｆ））。この結果、磁石磁束と電流とが作る磁束の和
に基づいて、ホール素子が検出する磁束（磁極位置）も
位相が進む（図１８（ｂ）〜（ｆ））。このように、ホ
ール素子のような磁気感応素子によってロータ磁石の漏
れ磁束を検出する際には、ステータ電流の影響で見かけ
上、磁極位置が変化してしまうのである。
７、図１８はホール素子が検出する磁極位置がステータ
電流によってずれることを概念的に示している。図１７
に示すように、ロータの漏れ磁束はロータ内の磁石位置
に同期して変化する（図１７（ａ））。まず、ｄ軸電流
Ｉｄ＝０（位相角β＝０）の状態でｑ軸電流Ｉｑを流
す。この場合、ロータ磁石が作る磁束に対して、ロータ
に対向するステータに発生する磁束は逆向きで９０°
（電気角）進んでいる（図１７（ｂ））。このとき、ロ
ータ断面に向かい合う形で設置されたホール素子に影響
する磁束は、ロータからの漏れ磁束と９０°進んだステ
ータコイルの電流が作る磁束との和となる（図１８
（ｂ））。ホール素子がこのときに検出する磁極位置
は、電流の大きさに基づく磁束の大きさと位相角との関
数であり、真の磁極位置に対して送れることが分かる。
この状態で、弱め界磁を行う（ｄ軸電流を増加させる）
と、電流の位相角βに応じて、ステータ電流が形成する
磁束の位相も進むことになる（図１７（ｂ）〜
（ｆ））。この結果、磁石磁束と電流とが作る磁束の和
に基づいて、ホール素子が検出する磁束（磁極位置）も
位相が進む（図１８（ｂ）〜（ｆ））。このように、ホ
ール素子のような磁気感応素子によってロータ磁石の漏
れ磁束を検出する際には、ステータ電流の影響で見かけ
上、磁極位置が変化してしまうのである。
【００１０】また本願の発明者が先に出願した特願２０
００−０３３５００号の発明では、磁性体の端部にロー
タ漏れ磁束を集中させ、磁極位置検出精度を向上させる
ことができる。しかしながら、この方式では、ステータ
電流の影響を低減することができるが、磁性体の形状と
電流の大きさにより、磁性体間（非磁性体若しくは空
隙）内で、ステータ電流の大きさや位相の影響を受け
て、わずかにホール素子の出力の位相が変化することが
分かった。
００−０３３５００号の発明では、磁性体の端部にロー
タ漏れ磁束を集中させ、磁極位置検出精度を向上させる
ことができる。しかしながら、この方式では、ステータ
電流の影響を低減することができるが、磁性体の形状と
電流の大きさにより、磁性体間（非磁性体若しくは空
隙）内で、ステータ電流の大きさや位相の影響を受け
て、わずかにホール素子の出力の位相が変化することが
分かった。
【００１１】なお、電動機の回転角度位置を厳密に検出
する装置としてレゾルバやエンコーダが知られている
が、これらはホール素子のような磁気感応素子を利用し
た検出装置に比べてコストが高く、特にコスト削減を要
求される用途には採用できない。
する装置としてレゾルバやエンコーダが知られている
が、これらはホール素子のような磁気感応素子を利用し
た検出装置に比べてコストが高く、特にコスト削減を要
求される用途には採用できない。
【００１２】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
磁気感応素子を用いて精度よく磁極位置の回転角度の検
出ができ、コスト的にも低廉に抑えることができる電動
機の磁極位置検出装置を提供することを目的とする。
磁気感応素子を用いて精度よく磁極位置の回転角度の検
出ができ、コスト的にも低廉に抑えることができる電動
機の磁極位置検出装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の電動機
の磁極位置検出装置は、ロータ自身の回転又はロータに
連動する回転部材により形成される、円周方向に磁気的
な凹凸に感応して電気信号を出力する磁気感応素子と、
前記磁気感応素子の出力変化をロータ磁極の基本基準位
置として検出し、磁極基準位置及びロータ回転角度演算
時のステータ電流の大きさと電流位相とに応じて基本基
準位置を補正し、回転角度を演算する演算手段とを備え
たものである。
の磁極位置検出装置は、ロータ自身の回転又はロータに
連動する回転部材により形成される、円周方向に磁気的
な凹凸に感応して電気信号を出力する磁気感応素子と、
前記磁気感応素子の出力変化をロータ磁極の基本基準位
置として検出し、磁極基準位置及びロータ回転角度演算
時のステータ電流の大きさと電流位相とに応じて基本基
準位置を補正し、回転角度を演算する演算手段とを備え
たものである。
【００１４】請求項２の発明の電動機の磁極位置検出装
置は、逆極性の磁石が交互に配置された磁石ロータから
の漏れ磁束に感応する磁気感応素子と、前記磁気感応素
子の出力変化をロータ磁極の基本基準位置として検出
し、磁極基準位置及びロータ回転角度演算時のステータ
電流の大きさと電流位相とに応じて基本基準位置を補正
し、回転角度を演算する演算手段とを備えたものであ
る。
置は、逆極性の磁石が交互に配置された磁石ロータから
の漏れ磁束に感応する磁気感応素子と、前記磁気感応素
子の出力変化をロータ磁極の基本基準位置として検出
し、磁極基準位置及びロータ回転角度演算時のステータ
電流の大きさと電流位相とに応じて基本基準位置を補正
し、回転角度を演算する演算手段とを備えたものであ
る。
【００１５】請求項３の発明は、請求項２の電動機の磁
極位置検出装置において、前記磁石ロータは、逆極性の
磁石が交互に配置され、前記磁石毎の磁束により磁化さ
れるように当該磁石ロータの回転軸方向の端面に設けら
れた磁性体片を備え、前記磁気感応素子は、前記磁性体
片と対峙して磁性体片からの磁束に感応するように装置
ケース内に固定され、前記演算手段は、前記磁気感応素
子の出力の立上り、立下りエッジをロータ磁極の基本基
準位置として検出し、前記回転角度の演算を行うもので
ある。
極位置検出装置において、前記磁石ロータは、逆極性の
磁石が交互に配置され、前記磁石毎の磁束により磁化さ
れるように当該磁石ロータの回転軸方向の端面に設けら
れた磁性体片を備え、前記磁気感応素子は、前記磁性体
片と対峙して磁性体片からの磁束に感応するように装置
ケース内に固定され、前記演算手段は、前記磁気感応素
子の出力の立上り、立下りエッジをロータ磁極の基本基
準位置として検出し、前記回転角度の演算を行うもので
ある。
【００１６】請求項４の発明は、請求項３の電動機の磁
極位置検出装置において、前記演算手段は、電気角での
補正量を磁性体片間の間隔の周方向角度を磁極数で除し
た数値以下に制限するものである。
極位置検出装置において、前記演算手段は、電気角での
補正量を磁性体片間の間隔の周方向角度を磁極数で除し
た数値以下に制限するものである。
【００１７】
【発明の効果】請求項１の発明の電動機の磁極位置検出
装置では、磁気感応素子によってロータ自身の回転又は
ロータに連動する回転部材により形成される、円周方向
に磁気的な凹凸に感応して電気信号を出力する。そして
演算手段が、この磁気感応素子の出力変化をロータ磁極
の基本基準位置として検出し、磁極基準位置及びロータ
回転角度演算時のステータ電流の大きさと電流位相とに
応じて基本基準位置を補正し、回転角度を演算する。
装置では、磁気感応素子によってロータ自身の回転又は
ロータに連動する回転部材により形成される、円周方向
に磁気的な凹凸に感応して電気信号を出力する。そして
演算手段が、この磁気感応素子の出力変化をロータ磁極
の基本基準位置として検出し、磁極基準位置及びロータ
回転角度演算時のステータ電流の大きさと電流位相とに
応じて基本基準位置を補正し、回転角度を演算する。
【００１８】これにより、請求項１の発明によれば、コ
ストの低い磁気感応素子を用いながらも、その磁気感応
素子がステータ電流と位相により受ける影響を補正し、
ロータ回転角度を精度よく検出することができる。
ストの低い磁気感応素子を用いながらも、その磁気感応
素子がステータ電流と位相により受ける影響を補正し、
ロータ回転角度を精度よく検出することができる。
【００１９】請求項２の発明の電動機の磁極位置検出装
置では、磁気感応素子によって磁石ロータからの漏れ磁
束に感応して電気信号を出力する。そして演算手段が、
この磁気感応素子の出力変化をロータ磁極の基本基準位
置として検出し、磁極基準位置及びロータ回転角度演算
時のステータ電流の大きさと電流位相とに応じて基本基
準位置を補正し、回転角度を演算する。
置では、磁気感応素子によって磁石ロータからの漏れ磁
束に感応して電気信号を出力する。そして演算手段が、
この磁気感応素子の出力変化をロータ磁極の基本基準位
置として検出し、磁極基準位置及びロータ回転角度演算
時のステータ電流の大きさと電流位相とに応じて基本基
準位置を補正し、回転角度を演算する。
【００２０】これにより、請求項２の発明によれば、コ
ストの低い磁気感応素子を用いながらも、その磁気感応
素子がステータ電流と位相により受ける影響を補正し、
磁石ロータの回転角度を精度よく検出することができ、
また検出装置内に磁石が不要になる。
ストの低い磁気感応素子を用いながらも、その磁気感応
素子がステータ電流と位相により受ける影響を補正し、
磁石ロータの回転角度を精度よく検出することができ、
また検出装置内に磁石が不要になる。
【００２１】請求項３の発明によれば、請求項２の発明
の効果に加えて、隣り合う磁性体片間で磁気感応素子か
ら急峻な変化を示す出力信号を得ることができ、磁石ロ
ータの回転角度を精度よく検出することができる。
の効果に加えて、隣り合う磁性体片間で磁気感応素子か
ら急峻な変化を示す出力信号を得ることができ、磁石ロ
ータの回転角度を精度よく検出することができる。
【００２２】請求項４の発明によれば、請求項３の発明
の効果に加えて、演算手段が電気角での補正量を磁性体
片間の間隔の周方向角度を磁極数で除した数値以下に制
限することにより、必要以上の補正を行わなくして、磁
石ロータの回転角度を精度よく検出することができる。
の効果に加えて、演算手段が電気角での補正量を磁性体
片間の間隔の周方向角度を磁極数で除した数値以下に制
限することにより、必要以上の補正を行わなくして、磁
石ロータの回転角度を精度よく検出することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。図１は、本発明の１つの実施の形態
に係る電動機の磁極位置検出装置１１の機能的な構成を
示すブロック図であり、図２及び図３はその機械的な構
成を示す断面図である。だたし、本実施の形態の機械的
な構成は、先願である特願２０００−３３５００号の図
１と同様であるが、制御機能が異なっている。
基づいて詳説する。図１は、本発明の１つの実施の形態
に係る電動機の磁極位置検出装置１１の機能的な構成を
示すブロック図であり、図２及び図３はその機械的な構
成を示す断面図である。だたし、本実施の形態の機械的
な構成は、先願である特願２０００−３３５００号の図
１と同様であるが、制御機能が異なっている。
【００２４】まず、図２及び図３を用いて機械的な構成
を説明する。電動機１３は、磁極となる逆極性の磁石１
５が交互に配置されたロータ１７と、ロータ１７の外周
に設けられ界磁巻線を有するステータ１９と、ロータ１
７の回転軸２１方向の端面となるエンドプレート２３に
設けられ、ロータ１７に設けられた磁石１５（磁極）か
らの磁束により磁化される磁性体片２５とから構成され
ている。
を説明する。電動機１３は、磁極となる逆極性の磁石１
５が交互に配置されたロータ１７と、ロータ１７の外周
に設けられ界磁巻線を有するステータ１９と、ロータ１
７の回転軸２１方向の端面となるエンドプレート２３に
設けられ、ロータ１７に設けられた磁石１５（磁極）か
らの磁束により磁化される磁性体片２５とから構成され
ている。
【００２５】また、電動機１３のケース内には、磁性体
片２５と対峙して磁性体片２５からの磁束に感応する磁
気感応素子２７が固定されている。図１に示すように、
磁気感応素子２７は、電動機の磁石ロータの漏れ磁束を
検出するために３個用意されている。なお、磁気感応素
子２７としては、ホール素子やＭＲ素子やＧＭＲ素子が
利用される。
片２５と対峙して磁性体片２５からの磁束に感応する磁
気感応素子２７が固定されている。図１に示すように、
磁気感応素子２７は、電動機の磁石ロータの漏れ磁束を
検出するために３個用意されている。なお、磁気感応素
子２７としては、ホール素子やＭＲ素子やＧＭＲ素子が
利用される。
【００２６】そして、磁気感応素子２７からの出力信号
は電動機の駆動装置（図示せず）に出力され、この出力
信号によりロータ１７の磁極位置を検出して、各相分の
必要トルクに対応する界磁電流を生成し、ステータ１９
に設けられた各界磁巻線に出力する。
は電動機の駆動装置（図示せず）に出力され、この出力
信号によりロータ１７の磁極位置を検出して、各相分の
必要トルクに対応する界磁電流を生成し、ステータ１９
に設けられた各界磁巻線に出力する。
【００２７】次に、図１を用いて、第１の実施の形態の
機能構成を説明する。電動機１の磁石ロータ１７の漏れ
磁束は３組のホールＩＣ（磁気感応素子）２７で検出す
る。このホールＩＣ２７の出力は位相角演算部２に入力
される。位相角演算部２は、３個のホールＩＣ２７から
１８０°毎にオン／オフ信号が１２０°ずつずれて入力
されるので、結果的に６０°毎に基準位置を検出するこ
とができる。
機能構成を説明する。電動機１の磁石ロータ１７の漏れ
磁束は３組のホールＩＣ（磁気感応素子）２７で検出す
る。このホールＩＣ２７の出力は位相角演算部２に入力
される。位相角演算部２は、３個のホールＩＣ２７から
１８０°毎にオン／オフ信号が１２０°ずつずれて入力
されるので、結果的に６０°毎に基準位置を検出するこ
とができる。
【００２８】電動機１の界磁巻線に流れるＩＵ，ＩＶ，
ＩＷの３相電流を電流センサ３Ｕ，３Ｖ，３Ｗによって
検出し、３相−２相変換部４に出力する。３相−２相変
換部４では、位相角演算部２の出力する現在の位相角θ
reをもとにして３相を２相に変換した電流値Ｉｄ，Ｉｑ
を計算して２相電流指令演算部５に出力する。
ＩＷの３相電流を電流センサ３Ｕ，３Ｖ，３Ｗによって
検出し、３相−２相変換部４に出力する。３相−２相変
換部４では、位相角演算部２の出力する現在の位相角θ
reをもとにして３相を２相に変換した電流値Ｉｄ，Ｉｑ
を計算して２相電流指令演算部５に出力する。
【００２９】２相電流指令演算部５は、外から与えられ
る目標トルクＴ*と２相実電流Ｉｄ，Ｉｑとを比較して
２相電流指令Ｉｄ*，Ｉｑ*を求め、これを２相の電圧指
令に変換し、２相−３相変換部６に出力する。２相−３
相変換部６は、ＰＷＭ指令電圧を計算するために、入力
される電圧指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*をＰＷＭの平均位相θr
e′で２相−３相変換し、電力変換部７に出力する。電
力変換部７はこの３相電圧指令に基づいてＰＷＭ動作
し、電動機１に３相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを供給する。
る目標トルクＴ*と２相実電流Ｉｄ，Ｉｑとを比較して
２相電流指令Ｉｄ*，Ｉｑ*を求め、これを２相の電圧指
令に変換し、２相−３相変換部６に出力する。２相−３
相変換部６は、ＰＷＭ指令電圧を計算するために、入力
される電圧指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*をＰＷＭの平均位相θr
e′で２相−３相変換し、電力変換部７に出力する。電
力変換部７はこの３相電圧指令に基づいてＰＷＭ動作
し、電動機１に３相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを供給する。
【００３０】このような構成の電動機の磁極位置検出装
置において、実際にステータに電流を流したときの磁極
位置検出性能を図４を用いて説明する。図４は１相分の
検出信号の立上りエッジ、立下りエッジを示している。
測定は、測定用にロータに設置したエンコーダの基準位
置信号（Ｚ相）を基準信号として行なった。この測定結
果から、電流一定（２０００ｒｐｍ，５０Ａ）で位相角
を０°から９０°まで変えたときの立上りエッジ、立下
りエッジの変化は、電流位相が進むとエッジ入力も進ん
でいることが分かる。そして電流を変えれば、その影響
も変わる。図４では、磁極位置検出用の磁性体片２５の
扇角αは４２°（電気角度１６８°）に設定してあるの
で、その磁極位置の検出ずれは約１°〜２．５°と小さ
い。さらに、磁性体片２５の角度αを大きく（ただし、
α＜４５°、電気角でα＜１８０°）とすることによ
り、ずれ量をさらに低減することが可能であるが、それ
でも電流の影響を補正する必要がある。
置において、実際にステータに電流を流したときの磁極
位置検出性能を図４を用いて説明する。図４は１相分の
検出信号の立上りエッジ、立下りエッジを示している。
測定は、測定用にロータに設置したエンコーダの基準位
置信号（Ｚ相）を基準信号として行なった。この測定結
果から、電流一定（２０００ｒｐｍ，５０Ａ）で位相角
を０°から９０°まで変えたときの立上りエッジ、立下
りエッジの変化は、電流位相が進むとエッジ入力も進ん
でいることが分かる。そして電流を変えれば、その影響
も変わる。図４では、磁極位置検出用の磁性体片２５の
扇角αは４２°（電気角度１６８°）に設定してあるの
で、その磁極位置の検出ずれは約１°〜２．５°と小さ
い。さらに、磁性体片２５の角度αを大きく（ただし、
α＜４５°、電気角でα＜１８０°）とすることによ
り、ずれ量をさらに低減することが可能であるが、それ
でも電流の影響を補正する必要がある。
【００３１】そこで、磁性体片２５を採用した場合、表
１の補正データテーブル及び図５、図６に示すように力
行時、回生時の出力状態に対応した補正角度を設定し、
これを位相角演算部２にマップデータとして記憶させて
おき、電流検出器３が検出し、３相−２相変換部４が３
相−２相変換した実電流Ｉｄ，ＩｑとホールＩＣ２７の
検出する位相角θに対してこのマップデータを参照して
補正量Δθを決定し、電流値計算用の位相角θre、ＰＷ
Ｍの指令電圧の計算用の位相角θre′を求めてそれぞ
れ、３相−２相変換部４、２相−３相変換部６に与え
る。
１の補正データテーブル及び図５、図６に示すように力
行時、回生時の出力状態に対応した補正角度を設定し、
これを位相角演算部２にマップデータとして記憶させて
おき、電流検出器３が検出し、３相−２相変換部４が３
相−２相変換した実電流Ｉｄ，ＩｑとホールＩＣ２７の
検出する位相角θに対してこのマップデータを参照して
補正量Δθを決定し、電流値計算用の位相角θre、ＰＷ
Ｍの指令電圧の計算用の位相角θre′を求めてそれぞ
れ、３相−２相変換部４、２相−３相変換部６に与え
る。
【００３２】
【表１】 次に、図７〜図１２に基づき位相角演算部２が実行する
補正演算処理について、さらに詳しく説明する。位相角
演算部２の演算周期は当該ＣＰＵの制御演算処理性能に
依存するが、この実施の形態では１００μsecとしてい
る。そして位相角演算部２はホールＩＣ２７によるＵ，
Ｖ，Ｗ各相のエッジトリガータイミング毎に図１１に示
すテーブルに基づき位相角θを求めてストアし、同時に
内蔵するクロックによって図９に示す状態遷移時間ｔ１
と演算タイミングまでの所要時間ｔ２を求めてストアす
る（図１０のフローチャートにおけるステップＳ０５〜
Ｓ１５）。
補正演算処理について、さらに詳しく説明する。位相角
演算部２の演算周期は当該ＣＰＵの制御演算処理性能に
依存するが、この実施の形態では１００μsecとしてい
る。そして位相角演算部２はホールＩＣ２７によるＵ，
Ｖ，Ｗ各相のエッジトリガータイミング毎に図１１に示
すテーブルに基づき位相角θを求めてストアし、同時に
内蔵するクロックによって図９に示す状態遷移時間ｔ１
と演算タイミングまでの所要時間ｔ２を求めてストアす
る（図１０のフローチャートにおけるステップＳ０５〜
Ｓ１５）。
【００３３】例えば、Ｕ相のホールＩＣ２７の出力に立
下りエッジトリガ（つまり、“Ｈ”レベルから“Ｌ”レ
ベルへの遷移）があれば、Ｖ相、Ｗ相それぞれも調べ、
Ｖ相が“Ｈ”、Ｗ相が“Ｌ”であれば、状態１と判定
し、この場合の位相角θ＝０°と決定する。続いてＷ相
のホールＩＣ２７の出力に立ち上がりエッジトリガ
（“Ｈ”→“Ｌ”）があれば、この際のＵ相、Ｖ相も調
べ、Ｕ相が“Ｌ”、Ｖ相が“Ｈ”であれば、状態２と判
定し、この場合の位相角θ＝６０°と決定する。そして
状態１→状態２の遷移に要した時間ｔ１を求め、また、
演算出力タイミングまでの所要時間ｔ２を求めるのであ
る。
下りエッジトリガ（つまり、“Ｈ”レベルから“Ｌ”レ
ベルへの遷移）があれば、Ｖ相、Ｗ相それぞれも調べ、
Ｖ相が“Ｈ”、Ｗ相が“Ｌ”であれば、状態１と判定
し、この場合の位相角θ＝０°と決定する。続いてＷ相
のホールＩＣ２７の出力に立ち上がりエッジトリガ
（“Ｈ”→“Ｌ”）があれば、この際のＵ相、Ｖ相も調
べ、Ｕ相が“Ｌ”、Ｖ相が“Ｈ”であれば、状態２と判
定し、この場合の位相角θ＝６０°と決定する。そして
状態１→状態２の遷移に要した時間ｔ１を求め、また、
演算出力タイミングまでの所要時間ｔ２を求めるのであ
る。
【００３４】次に、求めた位相角θ、時間ｔ１，ｔ２を
用いて演算出力タイミングにおける位相角θreを求め、
またＰＷＭ制御のための指令電圧を計算するための位相
角θre′を求める（ステップＳ２０）。
用いて演算出力タイミングにおける位相角θreを求め、
またＰＷＭ制御のための指令電圧を計算するための位相
角θre′を求める（ステップＳ２０）。
【００３５】続いて、実電流値と位相角θre，θre′と
を用いて、表１のマップデータを参照して補正角Δθを
ピックアップし、これらの位相角θre，θre′の補正演
算を行ない、これらを位相角演算部２から３相−２相変
換部４、２相−３相変換部６に出力する（ステップＳ２
５）。
を用いて、表１のマップデータを参照して補正角Δθを
ピックアップし、これらの位相角θre，θre′の補正演
算を行ない、これらを位相角演算部２から３相−２相変
換部４、２相−３相変換部６に出力する（ステップＳ２
５）。
【００３６】なお、ステップＳ２０における時間ｔ１，
ｔ２による比例演算は、制御タイミングにおける電動機
１の位相角を厳密に推定するためのものであり、また
「１５０μsec」は電力変換部７の遅効性を考慮したも
のである。
ｔ２による比例演算は、制御タイミングにおける電動機
１の位相角を厳密に推定するためのものであり、また
「１５０μsec」は電力変換部７の遅効性を考慮したも
のである。
【００３７】こうして、図１２に示すように、真の磁極
位置（同図（ａ））に対してホールＩＣ２７が検出する
磁極位置がステータコイルに流れる電流の影響を受けて
Δθ（回生時には＋Δθ、力行時には−Δθ）だけずれ
るので、このΔθ分をホールＩＣの検出する位相角θに
対して補正することにより、常に正しい磁極位置の検出
ができるようになる。
位置（同図（ａ））に対してホールＩＣ２７が検出する
磁極位置がステータコイルに流れる電流の影響を受けて
Δθ（回生時には＋Δθ、力行時には−Δθ）だけずれ
るので、このΔθ分をホールＩＣの検出する位相角θに
対して補正することにより、常に正しい磁極位置の検出
ができるようになる。
【００３８】なお、上記の実施の形態では磁石ロータの
周囲に磁性体片２７を設け、ホールＩＣ２７が検出する
エッジの立上り、立下りのエッジを鋭くするようにした
が、これに限らず、本発明の発明思想はこのような磁性
体片２７を採用していない電動機についても同様に適用
することができる。そしてその場合には、基準位置の補
正には表２のマップデータを用いる。
周囲に磁性体片２７を設け、ホールＩＣ２７が検出する
エッジの立上り、立下りのエッジを鋭くするようにした
が、これに限らず、本発明の発明思想はこのような磁性
体片２７を採用していない電動機についても同様に適用
することができる。そしてその場合には、基準位置の補
正には表２のマップデータを用いる。
【００３９】
【表２】 この場合、磁極位置検出感度向上用の磁性体片２５を設
けていない分、大きな補正量が必要となる。図７（力行
時）及び図８（回生時）はそのような磁性体片を用いな
い場合に採用する補正角度のマップデータを示してい
る。
けていない分、大きな補正量が必要となる。図７（力行
時）及び図８（回生時）はそのような磁性体片を用いな
い場合に採用する補正角度のマップデータを示してい
る。
【００４０】次に、本発明の第２の実施の形態を図１３
及び図１４に基づいて説明する。第２の実施の形態の特
徴は、磁石電動機の磁極位置の検出に磁石からの漏れ磁
束を検出するのではなく、電動機の回転出力と同期して
回転する磁性体、例えば、電動機の出力軸に取り付けた
補助歯車３１に近接するように磁気感応素子２７を設け
たことを特徴としている。なお、補助歯車３１の一部の
歯３２（これは、電動機の位相角０に対応する設定にす
るのが好ましい）の歯幅Ｄ１を他の歯３３の歯幅Ｄ２と
異ならせておくことにより、基準位置を容易に検出でき
るようにしている。また補助歯車を磁極数１２個の歯を
持つようにしてもよい。この場合の制御方法は、ロータ
内磁石の磁極を検出する場合と同様である。
及び図１４に基づいて説明する。第２の実施の形態の特
徴は、磁石電動機の磁極位置の検出に磁石からの漏れ磁
束を検出するのではなく、電動機の回転出力と同期して
回転する磁性体、例えば、電動機の出力軸に取り付けた
補助歯車３１に近接するように磁気感応素子２７を設け
たことを特徴としている。なお、補助歯車３１の一部の
歯３２（これは、電動機の位相角０に対応する設定にす
るのが好ましい）の歯幅Ｄ１を他の歯３３の歯幅Ｄ２と
異ならせておくことにより、基準位置を容易に検出でき
るようにしている。また補助歯車を磁極数１２個の歯を
持つようにしてもよい。この場合の制御方法は、ロータ
内磁石の磁極を検出する場合と同様である。
【００４１】この実施の形態でも、磁気感応素子２７が
出力する信号波形から位相角（回転角）θを求め、さら
にステータ電流による影響を実験的に設定した表２のよ
うなマップデータによって補正量を求め、磁極位置θr
e，θre′を正確に決定することができる。そしてこの
実施の形態の場合、磁気感応素子２７の設置場所の自由
度が大きい。
出力する信号波形から位相角（回転角）θを求め、さら
にステータ電流による影響を実験的に設定した表２のよ
うなマップデータによって補正量を求め、磁極位置θr
e，θre′を正確に決定することができる。そしてこの
実施の形態の場合、磁気感応素子２７の設置場所の自由
度が大きい。
【図１】本発明の第１の実施の形態の電動機の磁極位置
検出装置の機能構成を示すブロック図。
検出装置の機能構成を示すブロック図。
【図２】上記の実施の形態の機械的な構成を示す断面
図。
図。
【図３】上記の実施の形態による磁極位置検出の動作原
理を示す説明図。
理を示す説明図。
【図４】磁性体片を取り付けた磁石電動機における磁束
エッジの立下り、立上りの電流位相角によるずれ量を示
すグラフ。
エッジの立下り、立上りの電流位相角によるずれ量を示
すグラフ。
【図５】上記の実施の形態で採用する電動機力行時の補
正量マップデータ（磁性体片あり）の説明図。
正量マップデータ（磁性体片あり）の説明図。
【図６】上記の実施の形態で採用する電動機回生時の補
正量マップデータ（磁性体片あり）の説明図。
正量マップデータ（磁性体片あり）の説明図。
【図７】上記の実施の形態で採用する電動機力行時の補
正量マップデータ（磁性体片なし）の説明図。
正量マップデータ（磁性体片なし）の説明図。
【図８】上記の実施の形態で採用する電動機回生時の補
正量マップデータ（磁性体片なし）の説明図。
正量マップデータ（磁性体片なし）の説明図。
【図９】上記の実施の形態における位相角演算部の位相
角演算原理を示す説明図。
角演算原理を示す説明図。
【図１０】上記の実施の形態における位相角演算部の位
相確保声援算処理のフローチャート。
相確保声援算処理のフローチャート。
【図１１】上記の実施の形態においてホールＩＣの検出
出力の組み合わせと位相角との関係を示すテーブル。
出力の組み合わせと位相角との関係を示すテーブル。
【図１２】磁石電動機における真の磁極位置とホールＩ
Ｃの検出する磁極位置とのずれを示す説明図。
Ｃの検出する磁極位置とのずれを示す説明図。
【図１３】本発明の第２の実施の形態の電動機の磁極位
置検出装置の概略斜視図。
置検出装置の概略斜視図。
【図１４】上記の実施の形態において採用する補助歯車
の正面図。
の正面図。
【図１５】一般的な永久磁石電動機の回路ブロック図。
【図１６】従来例の永久磁石電動機の断面図。
【図１７】永久磁石電動機において、漏れ磁束がロータ
内の磁石位置に同期して変化する様子を示すグラフ。
内の磁石位置に同期して変化する様子を示すグラフ。
【図１８】磁極位置検出用のホールＩＣに対して影響を
及ぼすロータからの漏れ磁束とステータコイルの電流と
が作る磁束との和の変化の様子を示すグラフ。
及ぼすロータからの漏れ磁束とステータコイルの電流と
が作る磁束との和の変化の様子を示すグラフ。
１ 電動機 ２ 位相角演算部 ３Ｕ，３Ｖ，３Ｗ 電流検出器 ４ ３相−２相変換部 ５ ２相電流指令演算部 ６ ２相−３相変換部 ７ 電力変換部 １１ 磁極位置検出装置 １５ 磁石 １７ ロータ １９ ステータ ２５ 磁性体片 ２７ 磁気感応素子（ホールＩＣ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H019 AA00 BB01 BB05 BB12 BB20 BB25 CC03 5H560 BB04 BB17 DA03 DA04 DA19 DC12 RR03 RR10 TT11 TT15 XA02 XA12 XA13 5H611 AA01 BB08 PP05 QQ03 RR02 UA01
Claims (4)
- 【請求項１】 ロータ自身の回転又はロータに連動する
回転部材により形成される、円周方向に磁気的な凹凸に
感応して電気信号を出力する磁気感応素子と、 前記磁気感応素子の出力変化をロータ磁極の基本基準位
置として検出し、磁極基準位置及びロータ回転角度演算
時のステータ電流の大きさと電流位相とに応じて基本基
準位置を補正し、回転角度を演算する演算手段とを備え
て成る電動機の磁極位置検出装置。 - 【請求項２】 逆極性の磁石が交互に配置された磁石ロ
ータからの漏れ磁束に感応する磁気感応素子と、 前記磁気感応素子の出力変化をロータ磁極の基本基準位
置として検出し、磁極基準位置及びロータ回転角度演算
時のステータ電流の大きさと電流位相とに応じて基本基
準位置を補正し、回転角度を演算する演算手段とを備え
て成る電動機の磁極位置検出装置。 - 【請求項３】 前記磁石ロータは、逆極性の磁石が交互
に配置され、前記磁石毎の磁束により磁化されるように
当該磁石ロータの回転軸方向の端面に設けられた磁性体
片を備え、 前記磁気感応素子は、前記磁性体片と対峙して磁性体片
からの磁束に感応するように装置ケース内に固定され、 前記演算手段は、前記磁気感応素子の出力の立上り、立
下りエッジをロータ磁極の基本基準位置として検出し、
前記回転角度の演算を行うことを特徴とする請求項２に
記載の電動機の磁極位置検出装置。 - 【請求項４】 前記演算手段は、電気角での補正量を磁
性体片間の間隔の周方向角度を磁極数で除した数値以下
に制限することを特徴とする請求項３に記載の電動機の
磁極位置検出装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000210085A JP3546817B2 (ja) | 2000-07-11 | 2000-07-11 | 電動機の磁極位置検出装置 |
| EP01113821A EP1172925A3 (en) | 2000-07-11 | 2001-06-06 | Pole position detector for motor |
| US09/902,100 US6713981B2 (en) | 2000-07-11 | 2001-07-11 | Pole position detector for motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000210085A JP3546817B2 (ja) | 2000-07-11 | 2000-07-11 | 電動機の磁極位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002034278A true JP2002034278A (ja) | 2002-01-31 |
| JP3546817B2 JP3546817B2 (ja) | 2004-07-28 |
Family
ID=18706400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000210085A Expired - Fee Related JP3546817B2 (ja) | 2000-07-11 | 2000-07-11 | 電動機の磁極位置検出装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6713981B2 (ja) |
| EP (1) | EP1172925A3 (ja) |
| JP (1) | JP3546817B2 (ja) |
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| WO2016117115A1 (ja) * | 2015-01-23 | 2016-07-28 | 三菱電機株式会社 | 交流回転機の制御装置 |
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