JP2004222422A - Rotational position detector for rotating machine, and rotating machine controller - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転機の回転位置検出装置および回転機制御装置に関し、特に、磁気検出素子によって回転子の位置を検出する回転機の回転位置検出装置および回転機制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、同期型の交流回転機としては、回転子(以下、「ロータ」とも称する。)に永久磁石を備え、その永久磁石による磁極と、固定電機子(以下、「ステータ」とも称する。)において発生する回転磁界との磁気作用によって回転する永久磁石型の回転機のほか、ロータに界磁コイルを備え、界磁コイルに界磁電流を流すことによってロータに発生する磁界の回転軸と垂直方向の成分と、ステータにおいて発生する回転磁界との磁気作用によって回転する界磁巻線型の回転機が一般に知られている。
【0003】
そして、このような回転機に用いることができる回転位置検出装置として、特開昭64−43093号公報には、3相ブラシレスモータにおいて、位置検出素子としての複数個のホール素子をステータ上に配置してロータ磁石の回転に伴なう磁界の変化を検出し、ホール素子からの各出力に基づいて複数個のステータコイルに順次通電を行なうための位置信号を生成することが開示されている(特許文献1)。
【0004】
【特許文献1】
特開昭64−43093号公報明細書
【0005】
【特許文献2】
特開平4−71389号公報明細書
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
界磁コイルに界磁電流を流すことによって界磁極を生成する界磁巻線型の回転機においては、界磁電流の大きさによってロータに発生する磁界の大きさが変化し、それに応じて、位置検出素子が検出する磁束の大きさが変化する。そして、検出磁束の大きさが変化すると、ステータコイルに通電を行なうための位置信号のデューティ比が変化する。
【0007】
図9は、3相交流回転機における検出磁束の大きさと位置信号との関係を説明するための図である。
【0008】
図9を参照して、縦軸は、位置検出素子としての磁気センサによって検出される磁束の大きさを示し、横軸は、その検出磁束の位相(電気角)を示す。磁束Hu1,Hv1,Hw1は、界磁電流が大きい場合の各相に対応する検出磁束の変化を示し、磁束Hu2,Hv2,Hw2は、界磁電流が小さい場合の各相に対応する検出磁束の変化を示す。磁束Hthは、デジタル信号として出力される位置信号がH(論理ハイ)レベルとなるかL(論理ロー)レベルとなるかの判定しきい値である。
【0009】
図9に示されるように、検出磁束の大小によって位置信号がオンする時間Ton1,Ton2が異なる。したがって、界磁巻線型の回転機においては、磁束の大きさの変化を考慮しないと、ステータコイルに通電を行なうための位置信号のデューティ比が変化し、その結果、回転機の性能が安定しない、あるいは、検出磁束が小さい場合には位置信号がオンしないといった問題が発生する。
【0010】
このような問題が発生する具体例としては、たとえば、回転速度が増加したときに出力を確保するために界磁電流を小さくする弱め界磁制御が行なわれる場合などが考えられる。
【0011】
また、ロータおよびステータからのコイル発熱による周囲温度の変化などの外乱を位置検出素子が受け、その外乱に応じて位置検出素子の出力信号が変化する場合には、その受ける外乱の程度によっても上述した位置信号のデューティ比は変化し、回転機の性能劣化を招くおそれがある。
【0012】
一方、上述した特開昭64−43093号公報では、位置検出素子としてのホール素子は、ステータ上に配置されるが、ロータやステータに近接して位置検出素子が配置されてロータから発生する磁界の検出が行なわれる場合、位置検出素子は、ステータから発生する磁界や、ステータおよびロータからのコイル発熱等による外乱の影響を大きく受ける。したがって、位置検出素子をロータやステータに近接して配置することは、位置検出精度の劣化を招くおそれがあり、また、様々な外乱を想定して検出位置の補正を行なうとすれば、高度かつ複雑な補正演算が必要となり、その結果、コストが増大する。
【0013】
また、ロータやステータに近接して位置検出素子が配置される場合、位置検出素子によるセンシングを可能にするため、ロータにセンシング用の磁性体片を設けたり、また、界磁巻線型モータでは、界磁巻線の形状を変更したりする必要がある。したがって、センシング用にロータにおいて何らかの改造が必要であり、その結果、コストが増加する。
【0014】
そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、検出磁束の大小および外乱によって位置検出精度が劣化しない回転機の回転位置検出装置を提供することである。
【0015】
また、この発明の別の目的は、検出磁束の大小および外乱によって位置検出精度が劣化しない回転機制御装置を提供することである。
【0016】
さらに、この発明の別の目的は、検出磁束の大小および外乱による位置検出精度の劣化がなく、かつ、低コストの回転機の回転位置検出装置を提供することである。
【0017】
また、さらに、この発明の別の目的は、検出磁束の大小および外乱による位置検出精度の劣化がなく、かつ、低コストの回転機制御装置を提供することである。
【0018】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、回転機の回転位置検出装置は、界磁コイルを含み、界磁コイルに界磁電流を流すことによって形成される界磁極を有する回転子を備える回転機の回転位置検出装置であって、界磁コイルによって発生され、かつ、界磁極の位置を示す磁束を検出し、その検出した磁束の大きさに応じたレベルの第1の複数の信号を複数からなる相に対応して出力する磁気検出部と、第1の複数の信号を受け、第1の複数の信号において、隣接する相に対応する信号のレベル差を演算し、演算によって得られる第2の複数の信号を回転子の位置信号として出力する信号処理部とを備える。
【0019】
好ましくは、信号処理部は、位置信号をデューティ比が一定となるデジタル信号として出力する。
【0020】
好ましくは、信号処理部は、レベル差が0よりも大きいとき、対応する位置信号を第1の論理レベルで出力し、レベル差が0以下のとき、対応する位置信号を第1の論理レベルを反転した第2の論理レベルで出力する。
【0021】
好ましくは、磁気検出部は、界磁コイルによって発生される第1の漏洩磁束を回転子と異なる部材を介して受け、第1の漏洩磁束に基づいて界磁極の位置を示す第2の漏洩磁束を生成する磁極生成部と、磁極生成部から出力される第2の漏洩磁束を検出し、第2の漏洩磁束の大きさに応じたレベルの第1の複数の信号をそれぞれ出力する複数の磁気検出素子とを含む。
【0022】
好ましくは、磁極生成部は、界磁極に対応した放射状の形状を有し、第1の漏洩磁束に対して界磁極に対応した磁束密度の強弱をつけて第2の漏洩磁束を放射状に出力する。
【0023】
好ましくは、複数の磁気検出素子は、360度を相数で除した電気角の間隔で磁極生成部の回転方向に配置される。
【0024】
また、この発明によれば、回転機制御装置は、上述したいずれかの回転位置検出装置と、回転機を駆動する駆動回路と、回転位置検出装置から受ける位置信号に基づいて駆動回路を制御する制御回路とを備える。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【0026】
図1は、この実施の形態による回転機の構成を示す断面図である。
図1を参照して、回転機1は、ロータ2と、界磁コイル4と、ステータ6と、シャフト8と、軸受10,12と、ブラシ14と、プーリ16と、回転プレート18と、磁気センサ20とを備える。
【0027】
ロータ2は、シャフト8に固定され、シャフト8が軸受10,12に支持されることによって回転自在な回転子である。ロータ2は、内部に界磁コイル4を含み、界磁コイル4に界磁電流が流れることによって界磁極が形成される。界磁コイル4に界磁電流が流れることによって発生する磁界は、シャフト8の回転軸に垂直な成分からなる主磁界と、シャフト8の軸方向成分からなる磁界とからなり、この主磁界とステータ6によって発生する回転磁界との磁気作用によって、ロータ2は回転する。また、シャフト8の軸方向成分からなる磁界によってシャフト8から回転プレート18、ステータ6、およびシャフト8の他端へと流れる漏洩磁束Hは、後ほど述べるように、ロータ2の回転位置を検出するための検出磁束として用いられる。
【0028】
界磁コイル4は、ロータ2に界磁極を発生させるための巻線であって、巻線に流れる界磁電流の大きさに応じた磁界を発生する。
【0029】
ステータ6は、U相、V相およびW相の3相巻線からなる固定電機子であって、3相交流電流が流れることによってロータ2に作用する回転磁界を発生させる。
【0030】
シャフト8は、軸受10,12によって支持された回転軸である。シャフト8は、トルクの伝達に必要な所定の強度を有する材質であるとともに、後述するように、ロータ2から発生する漏洩磁束を容易に通過させる材質で構成される。
【0031】
軸受10,12は、シャフト8を回転自在に固定する。ブラシ14は、界磁コイル4と電気的に接続される整流子片と摺動接触し、外部からブラシ14および整流子片を介して界磁コイル4に界磁電流が供給される。プーリ16は、シャフト8と他の回転軸との間でトルクの伝達を行なう。
【0032】
回転プレート18は、シャフト8の一端に設けられ、シャフト8に固定されてロータ2と連動して回転する。回転プレート18も、シャフト8と同様に、磁束を容易に通過させる材質で構成され、シャフト8から受ける漏洩磁束を放射状に伝達する。そして、回転プレート18は、磁気センサ20によってロータ2の回転位置を検出可能とするため、ロータ2の界磁極に対応して放射状の形状を有している。
【0033】
磁気センサ20は、磁束を検出可能な磁気検出素子であって、U相、V相およびW相に対応した3つのセンサを含む。これらのセンサは、たとえば、ホール素子や磁気抵抗素子などである。磁気センサ20は、回転プレート18に近接して配置され、回転プレート18の半径方向に対しては、回転プレート18からステータ6へ流れる漏洩磁束Hが最大となる位置に配置される。一方、磁気センサ20は、回転プレート18の回転方向に対しては、3つのセンサが電気角120度の間隔で配置される。そして、磁気センサ20は、U相、V相およびW相に対応する3つのセンサによって漏洩磁束Hu,Hv,Hwを検出し、検出した磁束の大きさに応じた電圧を発生して後述する信号処理部(図示せず)へ出力する。
【0034】
この回転機1においては、磁気センサ20が漏洩磁束Hの変化を感知することによってロータ2の回転位置が検出されるのであるが、その漏洩磁束Hの変化を生成するために回転プレート18が設けられている。すなわち、回転プレート18は、シャフト8から受けて放射状に出力する漏洩磁束Hに対して、ロータ2の界磁極に対応した磁束密度の強弱をつける。これによって、磁気センサ20は、ロータ2が回転することによってロータ2の周囲に発生する磁界の変化を直接検出することなく、その磁界の変化が再現された回転プレート18からの漏洩磁束Hを検出することによって、ロータ2の回転位置を検出することができる。
【0035】
一方、ロータ2の回転位置を検出するに際して、ロータ2の周囲に発生する磁界の変化を直接検出する場合であっても、この回転機1のように回転プレート18からの漏洩磁束Hの変化を検出する場合であっても、界磁電流の大きさに応じてロータ2において発生する磁界の大きさは変化し、その結果、磁気センサ20が検出する磁束の大きさも変化する。
【0036】
そして、図9に示されたように、界磁巻線型の回転機においては、そのような検出磁束の大きさの変化を考慮しないと、ステータコイルに通電を行なうための位置信号のデューティ比が変化し、その結果、回転機の性能が安定しない、あるいは、検出磁束が小さい場合には位置信号がオンしないといった問題が発生する。さらには、周囲温度の変化など磁気センサ20が受ける外乱の程度によっても、上述した位置信号のデューティ比は変化し、回転機の性能劣化を招くおそれがある。
【0037】
そこで、この回転機1においては、漏洩磁束Hの大きさに依存することなく、ロータ2の回転位置を表わす位置信号、およびその位置信号を用いて回転機1を駆動するための駆動信号のデューティ比が一定となるように、図示されない回転機制御装置に含まれる信号処理部において、磁気センサ20によって検出された検出磁束から位置信号への変換処理が施される。回転機制御装置およびそれに含まれる信号処理部については、後ほど述べる。
【0038】
この回転機1においては、界磁コイル4に界磁電流が供給されると主磁束が発生し、ステータ6によって発生される回転磁界との磁気作用によってロータ2が回転するとともに、シャフト8の軸方向成分の磁界も発生し、シャフト8から回転プレート18、ステータ6およびシャフト8の他端へと流れる一巡の漏洩磁束Hが発生する。
【0039】
そして、上述したように、回転プレート18は、ロータ2の界磁極に対応して放射状の形状を有し、回転プレート18から放射状に出力される漏洩磁束Hは、ロータ2の界磁極に対応した磁束密度の強弱を有しているので、これを磁気センサ20が検出する。磁気センサ20のU相、V相およびW相に対応する3つのセンサによって検出された漏洩磁束Hu,Hv,Hwは、回転機制御装置に含まれる信号処理部によって、デューティ比が一定の位置信号Pu*,Pv*,Pw*(デジタル信号)に変換される。このようにして、界磁電流の大きさに拘わらず、ロータ2の回転位置が正確に検出される。
【0040】
図2は、図1に示した回転プレート18の回転軸に垂直な断面図である。
図2を参照して、回転プレート18は、ロータ2の界磁極に対応して放射状の形状を有する。図2においては、16極からなるロータ2に対応して8個の凸部が放射状に設けられており、回転プレート18を放射状に流れる磁束は、これら8個の凸部から集中して出力される。すなわち、回転プレート18から出力される磁束は、ロータ2の界磁極に対応した磁束密度の強弱がつけられて回転プレート18から放射状に出力される。
【0041】
図3は、この発明による回転機におけるロータの構成を説明する図である。なお、図3においては、ロータの構成が概念的に示されており、図2に示した回転プレート18の極数と対応していないが、実際には、ロータの極数と回転プレートの極数は一致する。
【0042】
図3を参照して、ロータは、部材2aと部材2bとからなり、それらが組み合わされ、内部に界磁コイルが含まれる。そして、界磁コイルにより発生される磁界によって、部材2aはN極に、部材2bはS極に磁化される。これによって、円周方向にN,S極が交互に多数形成され、ロータに界磁極が形成される。また、シャフト8内には、界磁コイルによって、「S」で示される側から「N」で示される側へ向かう方向に磁界が発生する。
【0043】
図4は、図1に示した回転機1を制御する回転機制御装置100の概略ブロック図である。
【0044】
図4を参照して、回転機制御装置100は、直流電源Bと、キャパシタC1と、インバータ102と、位置検出装置104と、制御装置106とを備える。
【0045】
インバータ102は、U相アーム15と、V相アーム16と、W相アーム17とを含む。U相アーム15、V相アーム16、およびW相アーム17は、電源ラインとアースラインとの間に並列に設けられる。
【0046】
U相アーム15は、直列接続されたMOSトランジスタTr1,Tr4からなり、V相アーム16は、直列接続されたMOSトランジスタTr2,Tr5からなり、W相アーム17は、直列接続されたMOSトランジスタTr3,Tr6からなる。また、各MOSトランジスタTr1〜Tr6のソース−ドレイン間には、各MOSトランジスタTr1〜Tr6に対して導通方向が逆方向になるようにダイオードD1〜D6がそれぞれ接続されている。
【0047】
各相アームの中間点は、回転機1の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、回転機1は、3相の同期回転機であり、U,V,W相の3つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成され、U相コイルの他端がMOSトランジスタTr1,Tr4の中間点に、V相コイルの他端がMOSトランジスタTr2,Tr5の中間点に、W相コイルの他端がMOSトランジスタTr3,Tr6の中間点にそれぞれ接続されている。
【0048】
直流電源Bは、ニッケル水素またはリチウムイオン、鉛等の二次電池からなる。キャパシタC1は、直流電源Bから供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ102へ供給する。
【0049】
位置検出装置104は、図1に示した回転プレート18および磁気センサ20によって各相に対応する漏洩磁束Hu,Hv,Hwを検出し、その検出信号に対して後述する変換処理を施した後デジタル信号に変換して、その変換したデジタル信号をロータ2の位置信号Pu*,Pv*,Pw*として制御装置106へ出力する。
【0050】
制御装置106は、位置検出装置104から受けるロータ2の位置信号Pu*,Pv*,Pw*に基づいて、インバータ102に含まれるMOSトランジスタTr1〜Tr6の各々を駆動するための駆動信号Dr1〜Dr6を生成し、その生成した駆動信号Dr1〜Dr6をそれぞれMOSトランジスタTr1〜Tr6のゲート端子へ出力する。
【0051】
図5は、図1に示した磁気センサ20の回転軸に垂直な方向の配置図である。なお、図5においては、磁気センサ20の配置を概念的に説明するために模式的に示されている。
【0052】
図5を参照して、磁気センサ20は、3つのホール素子20a〜20cを含む。ホール素子20a〜20cは、それぞれ回転プレート18から出力される漏洩磁束Hu,Hv,Hwを検出し、検出磁束の大きさに応じた電圧を発生する。そして、磁気センサ20は、その電圧を後述する信号処理部へ出力する。
【0053】
ホール素子20aは、U相の配置方向に対して角度θをなすように配置される。そして、ホール素子20b,20cも、ホール素子20aと同じように配置される。そして、ホール素子20a〜20cは、それぞれ電気角が120度の間隔で配置される。
【0054】
図6は、図4に示した位置検出装置104を機能的に説明する機能ブロック図である。図6を参照して、位置検出装置104は、磁気検出部110と、信号処理部112とを含む。
【0055】
磁気検出部110は、図1に示した回転プレート18および磁気センサ20からなる。磁気センサ20は、回転プレート18から出力される漏洩磁束Hu,Hv,Hwを図5に示した3つのホール素子20a〜20cによって検出し、漏洩磁束Hu,Hv,Hwの大きさにそれぞれ対応する電圧信号(アナログ信号)を信号処理部112へ出力する。
【0056】
信号処理部112は、磁気検出部110から受けた、漏洩磁束Hu,Hv,Hwの大きさにそれぞれ対応する電圧信号(アナログ信号)について、各2つの信号間の減算処理を行なう。具体的には、信号処理部112は、下記の演算処理を行なう。
【0057】
ΔHu−v=V(Hu)−V(Hv) …(1)
ΔHv−w=V(Hv)−V(Hw) …(2)
ΔHw−u=V(Hw)−V(Hu) …(3)
ここで、V(Hu),V(Hv),V(Hw)は、それぞれ検出された漏洩磁束Hu,Hv,Hwの大きさに対応する電圧信号を表わす。
【0058】
そして、信号処理部112は、上記演算によって得られた信号ΔHu−v,ΔHv−w,ΔHw−uについて、しきい値を0としてデジタル信号に変換し、その変換したデジタル信号をロータ2の位置信号Pu*,Pv*,Pw*として制御装置106へ出力する。
【0059】
このように、漏洩磁束Hu,Hv,Hwの差に相当する信号ΔHu−v,ΔHv−w,ΔHw−uに基づいて位置信号Pu*,Pv*,Pw*を生成することによって、漏洩磁束の大きさに拘わらず、すなわち、界磁電流の大きさに拘わらず、位置信号Pu*,Pv*,Pw*について一定のデューティ比が得られる。
【0060】
図7は、図6に示した信号処理部において変換処理を行なったときの検出磁束の大きさと位置信号との関係を説明するための図である。
【0061】
図7を参照して、縦軸は、上述した信号ΔHu−v,ΔHv−w,ΔHw−uの大きさを示し、横軸は、磁束の位相(電気角)を示す。信号ΔHu−v1,ΔHv−w1,ΔHw−u1は、界磁電流が大きく、磁気センサ20による検出磁束Hu,Hv,Hwが大きい場合の信号変化を示し、信号ΔHu−v2,ΔHv−w2,ΔHw−u2は、界磁電流が小さく、磁気センサ20によって検出される検出磁束Hu,Hv,Hwが小さい場合の信号変化を示す。
【0062】
図7に示されるように、検出磁束Hu,Hv,Hwの大小に拘わらず、位置信号Pu*がオンする時間Ton(Pu*)は等しい。位置信号Pv*,Pw*についても同様である。したがって、界磁電流の大きさによって検出磁束の大きさが異なる界磁巻線型の回転機1において、回転機1を駆動するための駆動信号Dr1〜Dr6を生成するのに用いられる位置信号Pu*,Pv*,Pw*のデューティ比が一定となり、その結果、安定した制御性能が得られ、また、従来のように、検出磁束が小さい場合に位置信号がオンしないといった問題は発生しない。
【0063】
また、各検出磁束Hu,Hv,Hwの差をとることによって、ロータ2およびステータ6からのコイル発熱による周囲温度の変化やその他各ホール素子20a〜20cが共通して受ける外乱がキャンセルされる。したがって、そのような外乱の影響が排除され、外乱に対して頑強な位置検出装置104が実現される。
【0064】
図8は、図4に示した回転機制御装置100における主な信号のタイミングチャートである。
【0065】
図8を参照して、上述したように、位置検出装置104は、ホール素子20a〜20cによってそれぞれ検出された漏洩磁束Hu,Hv,Hwの変化に応じて、そのレベルに拘わらず、電気角が0〜180度、120〜300度、ならびに電気角が0〜60度および240〜360度の範囲でそれぞれHレベルになるデューティ比一定の位置信号Pu*,Pv*,Pw*を制御装置106へ出力する。
【0066】
なお、比較のため、ロータ2における界磁電流が小さく、それに応じて漏洩磁束Hも小さい場合であって、かりに、上述した信号処理部112による処理がなされない場合の位置信号Pu,Pv,Pwが示される。この場合は、各位置信号Pu,Pv,Pwのオンデューティ比が小さくなり、回転機1の制御精度が劣化する。
【0067】
そして、位置検出装置104から位置信号Pu*,Pv*,Pw*を受けた制御装置106は、その受けた位置信号Pu*,Pv*,Pw*をそれぞれ駆動信号Dr1,Dr2,Dr3として生成し、また、位置信号Pu*,Pv*,Pw*の反転信号をそれぞれ駆動信号Dr4,Dr5,Dr6として生成する。
【0068】
すなわち、駆動信号Dr1は、電気角が0〜180度の範囲でMOSトランジスタTr1をオンする信号であり、駆動信号Dr2は、電気角が120〜300度の範囲でMOSトランジスタTr2をオンする信号であり、駆動信号Dr3は、電気角が0〜60度および240〜360度の範囲でMOSトランジスタTr3をオンする信号である。
【0069】
また、駆動信号Dr4は、電気角が180〜360度の範囲でMOSトランジスタTr4をオンする信号であり、駆動信号Dr5は、電気角が0〜120度および300〜360度の範囲でMOSトランジスタTr5をオンする信号であり、駆動信号Dr6は、電気角が60〜240度の範囲でMOSトランジスタTr6をオンする信号である。
【0070】
その結果、図示しないが、回転機1の各相に印加される相電圧Vu,Vv,Vwおよび各相に流れる相電流Iu,Iv,Iwは、検出磁束の大きさに依存することなく所定の電気角で正確に変化し、回転機1の動作が安定化される。
【0071】
なお、駆動信号Dr1〜Dr6は、電気角が180度の範囲で電流を回転機1の各相に流すように、それぞれMOSトランジスタTr1〜Tr6を駆動するので、図8に示す通電方式は180度矩形波通電方式と呼ばれる。
【0072】
なお、回転プレート18は、界磁極に対応した磁束密度の強弱を設けるために放射状の形状を有するものとしたが、回転プレート18はそのような形状のものに限られることはなく、放射状に出力する磁束に対して界磁極に対応した磁束密度の強弱をつけることができるものであればよい。たとえば、円盤の回転方向に透磁率の異なる材質を交互配置するなどしてもよい。
【0073】
以上のように、この実施の形態によれば、各相に対応する検出磁束間の差を演算し、その演算によって得られた信号に基づいて回転機の位置信号を生成するので、検出磁束の大きさに拘わらず、一定のデューティ比を有する位置信号が得られる。その結果、界磁電流の大きさに影響されず、安定した回転機性能が得られる。
【0074】
また、検出磁束が小さい場合であっても位置信号が得られるので、界磁電流の大きさに対する位置検出可能範囲が拡大されるほか、回転機の停止位置を検出することも可能である。
【0075】
さらに、各相に対応するセンサ(ホール素子)間の出力の差を演算し、その演算結果に基づいて位置信号を生成するので、各センサが共通して受ける外乱、たとえば、ロータおよびステータのコイル発熱による周囲温度の変化による信号オフセットの影響を排除することができる。その結果、外乱に対して頑強な回転位置検出装置が実現される。
【0076】
また、さらに、この回転機は、シャフトの端部に回転プレートを備え、シャフトおよび回転プレートを介して流れる漏洩磁束を回転プレートに近接して配置した磁気センサによって検出するようにしたので、磁気センサをロータおよびステータから離れた位置に配置することができる。したがって、ロータおよびステータのコイル発熱の影響や、ステータ巻線から発生する外乱磁界の影響などを磁気センサが受けることがない。その結果、高精度な位置検出が実現される。
【0077】
また、磁気センサは、回転プレートとステータの間において漏洩磁束が最大となる位置に配置されるので、漏洩磁束を有効に活用することができ、この点からも、外乱に対して頑強なものとなる。
【0078】
さらに、ロータから必然的に発生する漏洩磁束を検出磁束として用いるので、ロータに磁性体片を組込んだり、界磁コイルの巻線形状を変更するなど、ロータの改造が不要となる。その結果、ロータの体積が増加することがなく、また、製造コストを抑えることができる。
【0079】
なお、上述した実施の形態では、上述の効果においても述べたように、低コストの回転機を実現するため、ロータ2によって発生される漏洩磁束を回転プレート18および磁気センサ20からなる磁気検出部110によって検出するものとしたが、回転機はこのようなものに限られるものではない。すなわち、ホール素子などの磁気検出素子がロータに近接して配置され、ロータから発生する磁束を直接その磁気検出素子によって検出する場合であっても、各相に対応する検出磁束間の差からなる信号に基づいて位置信号を生成する方法は、同様の効果を発揮する。
【0080】
特に、磁気検出素子がロータやステータに近接して配置され、コイル発熱による外乱を大きく受ける場合には、その外乱はかなりの程度で排除され、高度かつ複雑な外乱補正演算を行なう必要はない。
【0081】
また、上述した実施の形態において、回転機は、トルクを発生する同期電動機でも、電圧を発生する同期発電機であってもよい。すなわち、いずれの場合においても、ロータ内の界磁コイルに界磁電流が流され、それによって磁束が発生するので、その磁束を用いてロータの回転位置を検出をすることができる。
【0082】
そして、上述した実施の形態による回転機は、たとえば、ハイブリッド自動車に搭載され、その駆動モータまたは発電機として用いることができる。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源と、インバータと、インバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。
【0083】
ハイブリッド自動車においては、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力を得る。また、モータは、エンジンと連結されており、ハイブリッド自動車の通常走行時、エンジンのクランク軸の回転力を電気エネルギーに変換するとともに、ハイブリッド自動車の回生制動時、駆動輪の回転力をエンジンのクランク軸を介して受け、その受けた回転力を電気エネルギーに変換する。
【0084】
すなわち、ハイブリッド自動車に搭載されたモータは、電動機および発電機として機能するのであって、上述したように、電動機および発電機のいずれにも用いることができ、特に、回転速度が増加したときに出力を確保するために界磁電流を小さくする弱め界磁制御が行なわれる場合などにおいては、この発明による回転機制御装置によって高精度なモータ制御が可能となる。
【0085】
また、ハイブリッド自動車のようにモータを走行の動力源とはしないが、車両が交差点の赤信号などで停車した場合にエンジンを停止し、発進すべきタイミングにてエンジンを自動で始動するエコノミーランニングシステム(エンジン自動停止・始動システム)におけるエンジン始動用のモータとしても、この発明の回転機を用いることができる。
【0086】
また、上述した実施の形態においては、位置検出装置104は、信号処理部112によって位置信号Pu*,Pv*,Pw*を生成して制御装置106へ出力するものとしたが、位置検出装置104から検出磁束Hu,Hv,Hwの大きさに応じた電圧信号(アナログ信号)を制御装置106へ出力し、制御装置106において位置信号Pu*,Pv*,Pw*を生成するようにしてもよい。
【0087】
また、回転機制御装置100における制御装置106の通電方式は、180度矩形波通電方式としているが、180度矩形波通電方式よりも電流利用率の高い120度矩形波通電方式と呼ばれる通電方式で制御してもよい。なお、180度矩形波通電方式は、120度矩形波通電方式と比べて電圧利用率が高い制御方式である。
【0088】
また、インバータ102は、直流電源Bからの直流電圧を受けるとして説明したが、この発明においては、インバータ102は、直流電源からの直流電圧を昇圧した直流電圧を受けてもよい。
【0089】
すなわち、直流電源Bが出力する直流電圧よりも電圧レベルが低い直流電圧を出力する直流電源B1と昇圧コンバータとを直流電源Bに代えて設ける。直流電源B1は、直流電圧を昇圧コンバータに出力する。そして、昇圧コンバータは、直流電圧を昇圧してキャパシタC1に供給する。
【0090】
さらに、上記においては、インバータ106は、MOSトランジスタにより構成されると説明したが、これに代えてNPNトランジスタであってもよい。
【0091】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0092】
【発明の効果】
この発明によれば、各相に対応する検出磁束間の差を演算し、その演算によって得られた信号に基づいて回転機の位置信号を生成するので、検出磁束の大きさに拘わらず、一定のデューティ比を有する位置信号が得られる。
【0093】
また、検出磁束が小さい場合であっても位置信号が得られるので、界磁電流の大きさに対する位置検出可能範囲が拡大される。また、回転機の停止位置を検出することも可能である。
【0094】
さらに、磁気検出部から出力される、各相に対応する検出信号の差を演算し、その演算結果に基づいて位置信号を生成するので、磁気検出部が受ける外乱の影響を排除することができる。その結果、外乱に対して頑強な回転位置検出装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図1】この実施の形態による回転機の構成を示す断面図である。
【図2】図1に示す回転プレートの回転軸に垂直な断面図である。
【図3】この発明による回転機におけるロータの構成を説明する図である。
【図4】図1に示す回転機を制御する回転機制御装置の概略ブロック図である。
【図5】図1に示す磁気センサの回転軸に垂直な方向の配置図である。
【図6】図4に示す位置検出装置を機能的に説明する機能ブロック図である。
【図7】図6に示す信号処理部において変換処理を行なったときの検出磁束の大きさと位置信号との関係を説明するための図である。
【図8】図4に示す回転機制御装置における主な信号のタイミングチャートである。
【図9】3相交流回転機における検出磁束の大きさと位置信号との関係を説明するための図である。
【符号の説明】
1 回転機、2 ロータ、2a,2b 部材、4 界磁コイル、6 ステータ、8 シャフト、10,12 軸受、14 ブラシ、16 プーリ、18 回転プレート、20 磁気センサ、20a〜20c ホール素子、100 回転機制御装置、102 インバータ、104 位置検出装置、106 制御装置、110 磁気検出部、112 信号処理部、B 直流電源、C1 キャパシタ、Tr1〜Tr6 MOSトランジスタ、D1〜D6 ダイオード、H 漏洩磁束。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotation position detection device for a rotating machine and a rotation device control device, and more particularly, to a rotation position detection device and a rotation device control device for a rotation machine that detects the position of a rotor with a magnetic detection element.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a synchronous AC rotating machine, a rotor (hereinafter, also referred to as “rotor”) includes a permanent magnet, and a magnetic pole formed by the permanent magnet and a fixed armature (hereinafter, also referred to as “stator”). In addition to the permanent magnet type rotating machine that rotates by the magnetic action with the rotating magnetic field generated in the above, a rotor is provided with a field coil, and a field current is passed through the field coil, and the rotor is perpendicular to the rotation axis of the magnetic field generated in the rotor. 2. Description of the Related Art A field winding type rotating machine which rotates by a magnetic action of a direction component and a rotating magnetic field generated in a stator is generally known.
[0003]
Japanese Patent Laid-Open Publication No. Sho 64-43093 discloses a rotary position detecting device that can be used in such a rotating machine. In a three-phase brushless motor, a plurality of Hall elements as position detecting elements are arranged on a stator. It discloses a method of detecting a change in a magnetic field accompanying rotation of a rotor magnet and generating a position signal for sequentially energizing a plurality of stator coils based on each output from a Hall element. Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-64-43093
[Patent Document 2]
JP-A-4-71389 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
In a field winding type rotating machine that generates a field pole by passing a field current through a field coil, the magnitude of the magnetic field generated in the rotor changes according to the magnitude of the field current, and the position is accordingly adjusted. The magnitude of the magnetic flux detected by the detection element changes. When the magnitude of the detected magnetic flux changes, the duty ratio of the position signal for energizing the stator coil changes.
[0007]
FIG. 9 is a diagram for explaining the relationship between the magnitude of the detected magnetic flux and the position signal in the three-phase AC rotating machine.
[0008]
Referring to FIG. 9, the vertical axis indicates the magnitude of the magnetic flux detected by the magnetic sensor as the position detecting element, and the horizontal axis indicates the phase (electrical angle) of the detected magnetic flux. The magnetic fluxes Hu1, Hv1, and Hw1 indicate changes in the detected magnetic flux corresponding to each phase when the field current is large, and the magnetic fluxes Hu2, Hv2, and Hw2 indicate the detected magnetic fluxes corresponding to each phase when the field current is small. Indicates a change. The magnetic flux Hth is a threshold value for determining whether the position signal output as a digital signal is at an H (logic high) level or an L (logic low) level.
[0009]
As shown in FIG. 9, the times Ton1 and Ton2 when the position signal is turned on differ depending on the magnitude of the detected magnetic flux. Therefore, in the field winding type rotating machine, the duty ratio of the position signal for energizing the stator coil changes unless the change in the magnitude of the magnetic flux is considered, and as a result, the performance of the rotating machine becomes unstable. Or, if the detected magnetic flux is small, there arises a problem that the position signal does not turn on.
[0010]
A specific example in which such a problem occurs is, for example, a case where field weakening control for reducing a field current is performed to secure an output when the rotation speed increases.
[0011]
In addition, when the position detecting element receives disturbance such as a change in the ambient temperature due to heat generated by the coil from the rotor and the stator, and the output signal of the position detecting element changes in accordance with the disturbance, the above-described case also depends on the degree of the received disturbance. There is a possibility that the duty ratio of the position signal thus changed may cause deterioration of the performance of the rotating machine.
[0012]
On the other hand, in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 64-43093, a Hall element as a position detecting element is arranged on a stator, but a position detecting element is arranged close to the rotor or the stator, and a magnetic field generated from the rotor is generated. Is detected, the position detection element is greatly affected by a magnetic field generated from the stator, a disturbance due to heat generated by the coil from the stator and the rotor, and the like. Therefore, arranging the position detection element close to the rotor or the stator may cause deterioration of the position detection accuracy.Also, if the detection position is corrected assuming various disturbances, the position detection element is required to be highly advanced. A complicated correction operation is required, which results in an increase in cost.
[0013]
In addition, when the position detecting element is arranged close to the rotor or the stator, in order to enable sensing by the position detecting element, a magnetic piece for sensing is provided on the rotor, or in a field winding type motor, It is necessary to change the shape of the field winding. Therefore, some modification of the rotor is required for sensing, which increases costs.
[0014]
Therefore, the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a rotation position detecting device for a rotating machine in which the position detection accuracy does not deteriorate due to the magnitude of a detected magnetic flux and disturbance.
[0015]
Another object of the present invention is to provide a rotating machine control device in which the position detection accuracy is not deteriorated by the magnitude of the detected magnetic flux and disturbance.
[0016]
It is a further object of the present invention to provide a low-cost rotary position detecting device for a rotating machine that does not deteriorate the position detection accuracy due to the magnitude of the detected magnetic flux and disturbance.
[0017]
Still another object of the present invention is to provide a low-cost rotary machine control device that does not deteriorate the position detection accuracy due to the magnitude of the detected magnetic flux and disturbance.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a rotational position detecting device for a rotary machine includes a field coil, and a rotary position detecting device for a rotary machine including a rotor having a field pole formed by flowing a field current through the field coil. Detecting a magnetic flux generated by the field coil and indicating the position of the field pole, and converting a first plurality of signals at a level corresponding to the magnitude of the detected magnetic flux into a plurality of phases. Receiving a first plurality of signals, calculating a level difference between signals corresponding to adjacent phases in the first plurality of signals, and calculating a second plurality of signals obtained by the calculation. A signal processing unit that outputs the position signal of the rotor.
[0019]
Preferably, the signal processing unit outputs the position signal as a digital signal having a constant duty ratio.
[0020]
Preferably, the signal processing unit outputs the corresponding position signal at the first logical level when the level difference is greater than 0, and outputs the corresponding position signal to the first logical level when the level difference is 0 or less. Output at the inverted second logic level.
[0021]
Preferably, the magnetic detection unit receives the first leakage magnetic flux generated by the field coil via a member different from the rotor, and detects the second leakage magnetic flux indicating the position of the field pole based on the first leakage magnetic flux. And a plurality of magnets for detecting a second leakage magnetic flux output from the magnetic pole generation unit and outputting a first plurality of signals at a level corresponding to the magnitude of the second leakage magnetic flux, respectively. And a detection element.
[0022]
Preferably, the magnetic pole generation unit has a radial shape corresponding to the field pole, outputs the second leaked magnetic flux radially by adding the strength of the magnetic flux density corresponding to the field pole to the first leaked magnetic flux. .
[0023]
Preferably, the plurality of magnetic detection elements are arranged in the rotation direction of the magnetic pole generation unit at intervals of an electrical angle obtained by dividing 360 degrees by the number of phases.
[0024]
According to the invention, the rotating machine control device controls any one of the above-described rotating position detecting devices, a driving circuit for driving the rotating machine, and a driving circuit based on a position signal received from the rotating position detecting device. A control circuit.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding portions have the same reference characters allotted, and description thereof will not be repeated.
[0026]
FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a rotating machine according to the present embodiment.
Referring to FIG. 1, a rotating
[0027]
The
[0028]
The field coil 4 is a winding for generating a field pole in the
[0029]
The
[0030]
The shaft 8 is a rotating shaft supported by
[0031]
The
[0032]
The rotating
[0033]
The
[0034]
In the
[0035]
On the other hand, when the rotational position of the
[0036]
As shown in FIG. 9, in the field winding type rotating machine, the duty ratio of the position signal for energizing the stator coil is reduced unless the change in the magnitude of the detected magnetic flux is considered. As a result, there arises a problem that the performance of the rotating machine is not stable, or the position signal is not turned on when the detected magnetic flux is small. Furthermore, the duty ratio of the above-mentioned position signal changes depending on the degree of disturbance received by the
[0037]
Therefore, in the
[0038]
In the
[0039]
As described above, the rotating
[0040]
FIG. 2 is a sectional view perpendicular to the rotation axis of the
Referring to FIG. 2, rotating
[0041]
FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the rotor in the rotating machine according to the present invention. In FIG. 3, the configuration of the rotor is conceptually shown and does not correspond to the number of poles of the
[0042]
Referring to FIG. 3, the rotor includes a
[0043]
FIG. 4 is a schematic block diagram of a rotating
[0044]
Referring to FIG. 4, rotating
[0045]
[0046]
[0047]
An intermediate point of each phase arm is connected to each phase end of each phase coil of the
[0048]
The DC power supply B is composed of a secondary battery such as nickel hydride, lithium ion, or lead.
[0049]
The
[0050]
[0051]
FIG. 5 is an arrangement diagram of the
[0052]
Referring to FIG. 5,
[0053]
[0054]
FIG. 6 is a functional block diagram functionally describing the
[0055]
The
[0056]
The
[0057]
ΔHu−v = V (Hu) −V (Hv) (1)
ΔHv−w = V (Hv) −V (Hw) (2)
ΔHw−u = V (Hw) −V (Hu) (3)
Here, V (Hu), V (Hv) and V (Hw) represent voltage signals corresponding to the magnitudes of the detected leakage magnetic fluxes Hu, Hv and Hw, respectively.
[0058]
The
[0059]
Thus, by generating the position signals Pu *, Pv *, Pw * based on the signals ΔHu-v, ΔHv-w, ΔHw-u corresponding to the difference between the leakage magnetic fluxes Hu, Hv, Hw, Regardless of the magnitude, that is, regardless of the magnitude of the field current, a constant duty ratio can be obtained for the position signals Pu *, Pv *, and Pw *.
[0060]
FIG. 7 is a diagram for explaining the relationship between the magnitude of the detected magnetic flux and the position signal when the conversion processing is performed in the signal processing unit shown in FIG.
[0061]
Referring to FIG. 7, the vertical axis indicates the magnitudes of signals ΔHu-v, ΔHv-w, and ΔHw-u described above, and the horizontal axis indicates the phase (electrical angle) of the magnetic flux. The signals ΔHu-v1, ΔHv-w1, and ΔHw-u1 indicate signal changes when the field current is large and the magnetic fluxes Hu, Hv, Hw detected by the
[0062]
As shown in FIG. 7, regardless of the magnitude of the detected magnetic fluxes Hu, Hv, Hw, the time Ton (Pu *) during which the position signal Pu * is turned on is equal. The same applies to the position signals Pv * and Pw *. Therefore, in the field winding
[0063]
Further, by taking the difference between the detected magnetic fluxes Hu, Hv, and Hw, a change in the ambient temperature due to the heat generated by the coil from the
[0064]
FIG. 8 is a timing chart of main signals in the rotating
[0065]
Referring to FIG. 8, as described above, the
[0066]
For comparison, the position signals Pu, Pv, Pw in the case where the field current in the
[0067]
Then, the
[0068]
That is, the drive signal Dr1 is a signal that turns on the MOS transistor Tr1 when the electrical angle is in the range of 0 to 180 degrees, and the drive signal Dr2 is a signal that turns on the MOS transistor Tr2 when the electrical angle is in the range of 120 to 300 degrees. The drive signal Dr3 is a signal that turns on the MOS transistor Tr3 when the electrical angle is in the range of 0 to 60 degrees and 240 to 360 degrees.
[0069]
The drive signal Dr4 is a signal for turning on the MOS transistor Tr4 when the electrical angle is in the range of 180 to 360 degrees, and the drive signal Dr5 is a signal for turning on the MOS transistor Tr5 when the electrical angle is in the range of 0 to 120 degrees and 300 to 360 degrees. And the drive signal Dr6 is a signal for turning on the MOS transistor Tr6 when the electrical angle is in the range of 60 to 240 degrees.
[0070]
As a result, although not shown, the phase voltages Vu, Vv, Vw applied to the respective phases of the
[0071]
The drive signals Dr1 to Dr6 drive the MOS transistors Tr1 to Tr6 so that the electric current flows in each phase of the
[0072]
The rotating
[0073]
As described above, according to this embodiment, the difference between the detected magnetic fluxes corresponding to each phase is calculated, and the position signal of the rotating machine is generated based on the signal obtained by the calculation. Regardless of the magnitude, a position signal having a constant duty ratio can be obtained. As a result, stable rotating machine performance can be obtained without being affected by the magnitude of the field current.
[0074]
Further, since the position signal is obtained even when the detected magnetic flux is small, the position detectable range with respect to the magnitude of the field current is expanded, and the stop position of the rotating machine can be detected.
[0075]
Further, the output difference between the sensors (Hall elements) corresponding to each phase is calculated, and the position signal is generated based on the calculation result. Therefore, disturbances commonly received by the sensors, for example, the coils of the rotor and the stator. The influence of signal offset due to a change in ambient temperature due to heat generation can be eliminated. As a result, a rotational position detection device that is robust against disturbance is realized.
[0076]
Further, the rotating machine further includes a rotating plate at an end of the shaft, and a leakage magnetic flux flowing through the shaft and the rotating plate is detected by a magnetic sensor arranged close to the rotating plate. Can be arranged at a position remote from the rotor and the stator. Therefore, the magnetic sensor is not affected by the heat generated by the coils of the rotor and the stator, or by the disturbance magnetic field generated from the stator winding. As a result, highly accurate position detection is realized.
[0077]
In addition, since the magnetic sensor is disposed at a position where the magnetic flux leakage is maximized between the rotating plate and the stator, the magnetic flux can be effectively utilized, and from this point, the magnetic sensor is robust against disturbance. Become.
[0078]
Further, since the leakage magnetic flux inevitably generated from the rotor is used as the detected magnetic flux, it is not necessary to remodel the rotor by incorporating a magnetic piece into the rotor or changing the winding shape of the field coil. As a result, the volume of the rotor does not increase, and the manufacturing cost can be reduced.
[0079]
In the above-described embodiment, as described in the above-described effects, in order to realize a low-cost rotating machine, the leakage magnetic flux generated by the
[0080]
In particular, when the magnetic detecting element is arranged close to the rotor or the stator and receives a large disturbance due to the heat generated by the coil, the disturbance is eliminated to a considerable extent, and there is no need to perform sophisticated and complicated disturbance correction calculation.
[0081]
In the above-described embodiment, the rotating machine may be a synchronous motor that generates torque or a synchronous generator that generates voltage. That is, in any case, a field current is caused to flow through a field coil in the rotor, thereby generating a magnetic flux, and the rotational position of the rotor can be detected using the magnetic flux.
[0082]
The rotating machine according to the above-described embodiment is mounted on, for example, a hybrid vehicle and can be used as a drive motor or a generator thereof. A hybrid vehicle is a vehicle that uses, in addition to a conventional engine, a DC power supply, an inverter, and a motor driven by the inverter as power sources.
[0083]
In a hybrid vehicle, a DC voltage from a DC power supply is converted into an AC voltage by an inverter, and power is obtained by rotating a motor using the converted AC voltage. The motor is connected to the engine and converts the torque of the crankshaft of the engine into electric energy during normal running of the hybrid vehicle, and converts the torque of the drive wheels during regenerative braking of the hybrid vehicle into the crankshaft of the engine. It receives via a shaft and converts the received rotational force into electrical energy.
[0084]
That is, the motor mounted on the hybrid vehicle functions as an electric motor and a generator, and as described above, can be used for any of the electric motor and the generator. For example, when the field weakening control for reducing the field current is performed in order to secure the motor speed, the rotating machine control device according to the present invention enables highly accurate motor control.
[0085]
Also, unlike a hybrid vehicle, the motor is not used as a driving power source, but when the vehicle stops at a red light at an intersection, etc., the engine is stopped and the engine is automatically started at the timing to start moving. The rotating machine of the present invention can also be used as a motor for starting the engine in the (engine automatic stop / start system).
[0086]
In the above-described embodiment, the
[0087]
The energization system of the
[0088]
Further, although it has been described that
[0089]
That is, a DC power supply B1 that outputs a DC voltage whose voltage level is lower than the DC voltage output by the DC power supply B and a boost converter are provided instead of the DC power supply B. DC power supply B1 outputs a DC voltage to a boost converter. Then, the boost converter boosts the DC voltage and supplies it to the capacitor C1.
[0090]
Further, in the above description, the
[0091]
The embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description of the embodiments, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0092]
【The invention's effect】
According to the present invention, the difference between the detected magnetic fluxes corresponding to the respective phases is calculated, and the position signal of the rotating machine is generated based on the signal obtained by the calculation. Is obtained.
[0093]
Further, since a position signal can be obtained even when the detected magnetic flux is small, the position detectable range for the magnitude of the field current is expanded. It is also possible to detect the stop position of the rotating machine.
[0094]
Further, since the difference between the detection signals corresponding to each phase output from the magnetic detection unit is calculated and the position signal is generated based on the calculation result, it is possible to eliminate the influence of the disturbance received by the magnetic detection unit. . As a result, a rotational position detection device that is robust against disturbance is realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a rotating machine according to an embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view perpendicular to the rotation axis of the rotation plate shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a rotor in the rotating machine according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic block diagram of a rotating machine control device for controlling the rotating machine shown in FIG. 1;
5 is a layout view of the magnetic sensor shown in FIG. 1 in a direction perpendicular to a rotation axis.
6 is a functional block diagram functionally illustrating the position detection device shown in FIG.
7 is a diagram for explaining a relationship between a magnitude of a detected magnetic flux and a position signal when a conversion process is performed in the signal processing unit shown in FIG. 6;
8 is a timing chart of main signals in the rotating machine control device shown in FIG.
FIG. 9 is a diagram for explaining a relationship between a magnitude of a detected magnetic flux and a position signal in the three-phase AC rotating machine.
[Explanation of symbols]
1 rotating machine, 2 rotors, 2a and 2b members, 4 field coils, 6 stators, 8 shafts, 10, 12 bearings, 14 brushes, 16 pulleys, 18 rotating plates, 20 magnetic sensors, 20a to 20c Hall elements, 100 rotations Machine control device, 102 inverter, 104 position detection device, 106 control device, 110 magnetic detection unit, 112 signal processing unit, B DC power supply, C1 capacitor, Tr1 to Tr6 MOS transistor, D1 to D6 diode, H leakage magnetic flux.
Claims (7)
前記界磁コイルによって発生され、かつ、前記界磁極の位置を示す磁束を検出し、その検出した磁束の大きさに応じたレベルの第1の複数の信号を複数からなる相に対応して出力する磁気検出部と、
前記第1の複数の信号を受け、前記第1の複数の信号において、隣接する相に対応する信号のレベル差を演算し、前記演算によって得られる第2の複数の信号を前記回転子の位置信号として出力する信号処理部とを備える、回転機の回転位置検出装置。A rotation position detection device for a rotating machine including a field coil, and a rotor having a field pole formed by flowing a field current through the field coil,
A magnetic flux generated by the field coil and indicating the position of the field pole is detected, and a first plurality of signals at a level corresponding to the magnitude of the detected magnetic flux are output corresponding to a plurality of phases. A magnetic detection unit,
Receiving the first plurality of signals, calculating a level difference between signals corresponding to adjacent phases in the first plurality of signals, and converting the second plurality of signals obtained by the calculation to the position of the rotor; And a signal processing unit that outputs the signal as a signal.
前記レベル差が0よりも大きいとき、対応する位置信号を第1の論理レベルで出力し、
前記レベル差が0以下のとき、対応する位置信号を前記第1の論理レベルを反転した第2の論理レベルで出力する、請求項2に記載の回転機の回転位置検出装置。The signal processing unit,
Outputting the corresponding position signal at a first logic level when the level difference is greater than 0;
The rotational position detecting device for a rotating machine according to claim 2, wherein when the level difference is equal to or less than 0, a corresponding position signal is output at a second logical level obtained by inverting the first logical level.
前記界磁コイルによって発生される第1の漏洩磁束を前記回転子と異なる部材を介して受け、前記第1の漏洩磁束に基づいて前記界磁極の位置を示す第2の漏洩磁束を生成する磁極生成部と、
前記磁極生成部から出力される前記第2の漏洩磁束を検出し、前記第2の漏洩磁束の大きさに応じたレベルの前記第1の複数の信号をそれぞれ出力する複数の磁気検出素子とを含む、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の回転機の回転位置検出装置。The magnetic detector,
A magnetic pole that receives a first leakage magnetic flux generated by the field coil via a member different from the rotor and generates a second leakage magnetic flux indicating the position of the field pole based on the first leakage magnetic flux A generating unit;
A plurality of magnetic detection elements for detecting the second leakage magnetic flux output from the magnetic pole generation unit and outputting the first plurality of signals at a level corresponding to the magnitude of the second leakage magnetic flux; The rotation position detecting device for a rotating machine according to any one of claims 1 to 3, which includes:
前記回転機を駆動する駆動回路と、
前記回転位置検出装置から受ける前記位置信号に基づいて前記駆動回路を制御する制御回路とを備える回転機制御装置。A rotation position detection device for a rotating machine according to any one of claims 1 to 6,
A drive circuit for driving the rotating machine,
A control circuit for controlling the drive circuit based on the position signal received from the rotational position detection device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003007359A JP2004222422A (en) | 2003-01-15 | 2003-01-15 | Rotational position detector for rotating machine, and rotating machine controller |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003007359A JP2004222422A (en) | 2003-01-15 | 2003-01-15 | Rotational position detector for rotating machine, and rotating machine controller |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2003
- 2003-01-15 JP JP2003007359A patent/JP2004222422A/en not_active Withdrawn
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