JP2005278360A - Brushless motor sensorless controlling method, sensorless controller thereof, and electric pump - Google Patents

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JP2005278360A JP2004091563A JP2004091563A JP2005278360A JP 2005278360 A JP2005278360 A JP 2005278360A JP 2004091563 A JP2004091563 A JP 2004091563A JP 2004091563 A JP2004091563 A JP 2004091563A JP 2005278360 A JP2005278360 A JP 2005278360A
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Inventor
Yasuyuki Wakita
恭之 脇田
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Koyo Seiko Co Ltd
光洋精工株式会社
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a brushless motor sensorless controlling method that is efficient and that has small deviation between preset rotational speed and actual rotational speed. <P>SOLUTION: In this brushless motor sensorless controlling method, regular changes are stored that should be taken by the relation of magnitudes of each terminal voltage of stator windings of a plurality of phases to a prescribed voltage, intervals are detected (S12) at the times when the sampled (S4) relation of magnitudes between each terminal voltage and the prescribed one changes, the conduction of the stator windings is controlled on the basis of the regular changes after a delay time based on the intervals from the time of the change, and the delay time is reduced (S22) by a reduction ratio, which becomes higher as rotational speed gets higher. The reduction ratio for every rotational speed is obtained that has different rate of change to the rotational speed of every arbitrary section, the relation is stored of the obtained rotational speed to the reduction ratio, the reduction ratio is obtained (S18, 20) from the relation of the rotational speed (S16) at the time when the intervals are detected (S12), and the delay time is reduced by the obtained reduction ratio (S22). <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、複数相のステータ巻線の各端子電圧と所定電圧との大小関係の取るべき規則的な変化を記憶しておき、各端子電圧と所定電圧との大小関係を時系列的にサンプリングし、サンプリングした大小関係が変化した時点の間隔を検出し、変化した時点から検出した間隔に基づく遅延時間後に、規則的な変化に基づき、ステータ巻線を通電制御すると共に、高回転速度になる程高い減算率で遅延時間を減じるブラシレスモータのセンサレス制御方法、ブラシレスモータのセンサレス制御装置、及びこのブラシレスモータのセンサレス制御装置を備える電動ポンプに関するものである。   The present invention stores regular changes to be taken in the magnitude relationship between each terminal voltage of a plurality of phases of stator windings and a predetermined voltage, and samples the magnitude relation between each terminal voltage and the predetermined voltage in time series. Then, the interval at the time when the sampled magnitude relationship changes is detected, and after a delay time based on the interval detected from the time of change, the energization of the stator winding is controlled based on the regular change and the rotation speed is increased. The present invention relates to a sensorless control method for a brushless motor that reduces the delay time with a higher subtraction rate, a sensorless control device for the brushless motor, and an electric pump including the sensorless control device for the brushless motor.
近時、車両に搭載されてトランスミッション及び舵取装置の電動ポンプ等を駆動する電動モータとして、ブラシレスモータが使用されるようになって来ている。ブラシレスモータは、DCモータからブラシ及び整流子を取除き、電子整流回路を取付けたモータである。電子整流回路は、例えば3個のホール素子等の磁気センサを用いてマグネットロータがどの位置にあるのかを検出し、これらの検出信号に基づいてPWM制御等により、例えばU相、V相、W相の3相への通電を制御して回転磁界を発生させ、マグネットロータを回転駆動する。   Recently, brushless motors have been used as electric motors that are mounted on vehicles and drive transmissions, electric pumps of steering devices, and the like. The brushless motor is a motor in which a brush and a commutator are removed from a DC motor and an electronic rectifier circuit is attached. The electronic rectifier circuit detects, for example, the position of the magnet rotor using a magnetic sensor such as three Hall elements, and performs, for example, U phase, V phase, W, etc. by PWM control based on these detection signals. The energization of the three phases is controlled to generate a rotating magnetic field, and the magnet rotor is driven to rotate.
ブラシレスモータを駆動するには、上述したようにロータの回転位置センサが必要であるが、モータを高温のエンジンルーム内に搭載する場合には、磁気センサの耐熱性が問題となり、回転位置センサを用いずにモータを駆動する所謂センサレス駆動が必要である。センサレス駆動では、ロータの回転位置を推定して、回転位置センサからの回転位置信号に相当する回転位置推定信号を作成する必要があり、通常、回転位置推定信号の作成には、3相の誘起電圧が利用される。   In order to drive a brushless motor, the rotational position sensor of the rotor is necessary as described above. However, when the motor is mounted in a high-temperature engine room, the heat resistance of the magnetic sensor becomes a problem, and the rotational position sensor is So-called sensorless driving is required to drive the motor without using it. In the sensorless drive, it is necessary to estimate the rotational position of the rotor and create a rotational position estimation signal corresponding to the rotational position signal from the rotational position sensor. Voltage is used.
ブラシレスモータのセンサレス駆動では、各相のステータ巻線への通電は、通常、正負電圧区間の電気角180度の内120度の区間のみ通電する所謂120度通電が行なわれており、通電しない残りの60度の区間には、各相のステータ巻線の端子に各相の誘起電圧が露出する。
従って、この60度の区間の各相のステータ巻線の端子電圧と基準電圧とを比較して、何れかの相でそれらがクロスする時点、即ち、ゼロクロス点をロータの回転位置に関連する時点とすることが出来る。基準電圧には、通電の為の電源電圧の1/2の電圧を使用する。
In sensorless driving of a brushless motor, energization of the stator windings of each phase is normally conducted only at 120 degrees out of the electrical angle of 180 degrees of the positive and negative voltage sections, so-called 120 degrees energization, and the remaining unenergized In the interval of 60 degrees, the induced voltage of each phase is exposed to the terminals of the stator windings of each phase.
Therefore, when the terminal voltage of the stator winding of each phase in this 60-degree section is compared with the reference voltage, the time when they cross in any phase, that is, the time when the zero cross point is related to the rotational position of the rotor It can be. As the reference voltage, a voltage that is half the power supply voltage for energization is used.
このセンサレス駆動では、検出したゼロクロス点の間隔を60度に相当する期間として、その1/2の30度を遅延時間とし、ゼロクロス点から遅延時間分遅延した時点で、各相のステータ巻線への通電を切換えている。
ゼロクロス点をサンプリングにより検出する場合、基準電圧との比較結果をサンプリングし、ステータ巻線の端子電圧の方が大である場合を「1」、小である場合を「0」として、U相、V相、W相の各比較結果を「101」「110」の様にパターン化する。
In this sensorless drive, the interval between the detected zero cross points is a period corresponding to 60 degrees, and the half of 30 degrees is set as a delay time, and when the delay time is delayed from the zero cross point to the stator winding of each phase. Is switched on.
When the zero-cross point is detected by sampling, the comparison result with the reference voltage is sampled. When the terminal voltage of the stator winding is larger, “1” is set, and when the terminal voltage is smaller, “0” is set. Each comparison result of the V phase and the W phase is patterned like “101” “110”.
このパターンは、3相の場合は6種類有り、6種類のパターンが連続しながら順次切換わって行き、パターンが切換わった時点を、ゼロクロス点として検出している。
特開平6−70586号公報 特開平9−233884号公報 特開平9−266690号公報 特開2002−300792号公報 特開2002−325484号公報 特開2003−111483号公報 長竹和夫「モータ実用ポケットブック 家電用モータ・インバータ技術」日刊工業新聞社 2000年4月28日初版1刷発行
There are six types of patterns in the case of three phases, and the six types of patterns are sequentially switched while being continuously detected, and the time when the patterns are switched is detected as a zero cross point.
JP-A-6-70586 Japanese Patent Laid-Open No. 9-233848 JP-A-9-266690 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-300792 JP 2002-325484 A JP 2003-111483 A Kazuo Nagatake "Motor Practical Pocket Book Motor / Inverter Technology for Home Appliances" Nikkan Kogyo Shimbun, April 28, 2000
上述したようなブラシレスモータのセンサレス駆動では、モータの回転速度の上昇に伴い、誘起電圧とステータ巻線電流との間に位相差が発生し、モータ効率が低下する。この解決法として、進み角制御法が利用され、従来は、図7に示すように、モータ回転速度に対して進み角制御量をリニアに変化させることで、モータ効率を改善していた。
しかし、この従来の方法では、上述した位相差の全ては解消せず、回転速度が上昇するに従い、設定した回転速度(ステータ巻線電流の回転速度)と実際の回転速度(誘起電圧の回転速度)との間に偏差が生じるという問題がある。
In the sensorless driving of the brushless motor as described above, a phase difference is generated between the induced voltage and the stator winding current as the rotational speed of the motor increases, and the motor efficiency decreases. As this solution, a lead angle control method is used, and conventionally, as shown in FIG. 7, the motor efficiency is improved by changing the lead angle control amount linearly with respect to the motor rotation speed.
However, this conventional method does not eliminate all of the above-described phase differences, and as the rotational speed increases, the set rotational speed (rotation speed of the stator winding current) and the actual rotational speed (rotational speed of the induced voltage). There is a problem that a deviation occurs between.
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第1発明では、効率が良く、設定した回転速度と実際の回転速度との間の偏差が小さいブラシレスモータのセンサレス制御方法を提供することを目的とする。
第2発明では、効率が良く、設定した回転速度と実際の回転速度との間の偏差が小さいブラシレスモータのセンサレス制御装置を提供することを目的とする。
第3発明では、第2発明に係るブラシレスモータのセンサレス制御装置を備える電動ポンプを提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the circumstances as described above. In the first invention, there is provided a sensorless control method for a brushless motor that is efficient and has a small deviation between the set rotational speed and the actual rotational speed. The purpose is to provide.
It is an object of the second invention to provide a sensorless control device for a brushless motor that is efficient and has a small deviation between the set rotational speed and the actual rotational speed.
In the third invention, an object is to provide an electric pump including the sensorless control device for a brushless motor according to the second invention.
第1発明に係るブラシレスモータのセンサレス制御方法は、複数相のステータ巻線の各端子電圧と所定電圧との大小関係の取るべき規則的な変化を記憶しておき、前記各端子電圧と所定電圧との大小関係を時系列的にサンプリングし、サンプリングした大小関係が変化した時点の間隔を検出し、該時点から該間隔に基づく遅延時間後に、前記規則的な変化に基づき、前記ステータ巻線を通電制御すると共に、高回転速度になる程高い減算率で前記遅延時間を減じるブラシレスモータのセンサレス制御方法において、任意の区間毎の回転速度に対する変化率が異なる回転速度毎の前記減算率を求め、求めた回転速度と前記減算率との関係を記憶しておき、前記間隔を検出したときの回転速度と前記関係から前記減算率を求め、求めた減算率で前記遅延時間を減じることを特徴とする。   A sensorless control method for a brushless motor according to a first aspect of the present invention stores regular changes to be taken between magnitudes of terminal voltages of a plurality of phases of stator windings and a predetermined voltage, and the terminal voltages and the predetermined voltage are stored. Is sampled in time series, and the interval at which the sampled magnitude relationship changes is detected, and after the delay time based on the interval from the time point, the stator winding is changed based on the regular change. In the sensorless control method of the brushless motor that reduces the delay time with a higher subtraction rate as the rotational speed becomes higher while obtaining energization control, the subtraction rate for each rotational speed with a different change rate with respect to the rotational speed for each section is obtained. The relationship between the calculated rotation speed and the subtraction rate is stored, the subtraction rate is calculated from the rotation speed when the interval is detected and the relationship, and the calculated subtraction rate is calculated in advance. And wherein reducing the delay time.
第2発明に係るブラシレスモータのセンサレス制御装置は、複数相のステータ巻線の各端子電圧と所定電圧との大小関係の取るべき規則的な変化を記憶してあり、前記各端子電圧と所定電圧との大小関係を時系列的にサンプリングし、サンプリングした大小関係が変化した時点の間隔を検出し、該時点から該間隔に基づく遅延時間後に、前記規則的な変化に基づき、前記ステータ巻線を通電制御すると共に、高回転速度になる程高い減算率で前記遅延時間を減じるブラシレスモータのセンサレス制御装置において、任意の区間毎の回転速度に対する変化率が異なる回転速度毎の前記減算率を記憶したテーブルと、前記間隔を検出したときの回転速度及び前記テーブルから前記減算率を求める手段とを備え、該手段が求めた減算率で前記遅延時間を減じるべくなしてあることを特徴とする。   A sensorless control apparatus for a brushless motor according to a second aspect of the present invention stores regular changes to be taken between magnitudes of terminal voltages of a plurality of phases of stator windings and a predetermined voltage, and the terminal voltages and the predetermined voltage are stored. Is sampled in time series, and the interval at which the sampled magnitude relationship changes is detected, and after the delay time based on the interval from the time point, the stator winding is changed based on the regular change. In the sensorless control device for a brushless motor that controls energization and reduces the delay time with a higher subtraction rate as the rotational speed becomes higher, the subtraction rate for each rotational speed having a different rate of change with respect to the rotational speed for each section is stored. A table, and a rotation speed when the interval is detected and a means for obtaining the subtraction rate from the table, and at the time of the delay at the subtraction rate obtained by the means. Wherein the are without to reduce.
第1発明に係るブラシレスモータのセンサレス制御方法及び第2発明に係るブラシレスモータのセンサレス制御装置では、複数相のステータ巻線の各端子電圧と所定電圧との大小関係の取るべき規則的な変化を記憶してあり、各端子電圧と所定電圧との大小関係を時系列的にサンプリングし、サンプリングした大小関係が変化した時点の間隔を検出し、大小関係が変化した時点から前記間隔に基づく遅延時間後に、規則的な変化に基づき、ステータ巻線を通電制御すると共に、高回転速度になる程高い減算率で遅延時間を減じる。テーブルが、任意の区間毎の回転速度に対する変化率が異なる回転速度毎の減算率を記憶している。求める手段は、前記間隔を検出したときの回転速度及びテーブルから減算率を求め、求める手段が求めた減算率で遅延時間を減じる。   In the sensorless control method of the brushless motor according to the first invention and the sensorless control device of the brushless motor according to the second invention, the regular change to be taken of the magnitude relationship between the terminal voltages of the stator windings of the plurality of phases and the predetermined voltage is taken. The time relationship between each terminal voltage and the predetermined voltage is sampled in time series, the interval when the sampled magnitude relationship changes is detected, and the delay time based on the interval from the time when the magnitude relationship changes Later, based on regular changes, the energization of the stator winding is controlled, and the delay time is reduced at a higher subtraction rate as the rotational speed becomes higher. The table stores a subtraction rate for each rotation speed with a different change rate with respect to the rotation speed for each section. The obtaining means obtains a subtraction rate from the rotation speed and table when the interval is detected, and subtracts the delay time by the subtraction rate obtained by the obtaining means.
第3発明に係る電動ポンプは、請求項2に記載されたブラシレスモータのセンサレス制御装置と、該センサレス制御装置が駆動制御するブラシレスモータと、該ブラシレスモータが駆動するポンプとを備えることを特徴とする。   An electric pump according to a third aspect of the present invention includes the sensorless control device for a brushless motor according to claim 2, a brushless motor that is driven and controlled by the sensorless control device, and a pump that is driven by the brushless motor. To do.
この電動ポンプでは、請求項2に記載されたブラシレスモータのセンサレス制御装置が、ブラシレスモータを駆動制御し、ブラシレスモータがポンプを駆動する。   In this electric pump, the sensorless control device for the brushless motor described in claim 2 drives and controls the brushless motor, and the brushless motor drives the pump.
第1発明に係るブラシレスモータのセンサレス制御方法によれば、効率が良く、設定した回転速度と実際の回転速度との間の偏差が小さいブラシレスモータのセンサレス制御方法を実現することが出来る。   According to the sensorless control method for a brushless motor according to the first aspect of the invention, it is possible to realize a sensorless control method for a brushless motor that is efficient and has a small deviation between the set rotational speed and the actual rotational speed.
第2発明に係るブラシレスモータのセンサレス制御装置によれば、効率が良く、設定した回転速度と実際の回転速度との間の偏差が小さいブラシレスモータのセンサレス制御装置を実現することが出来る。   According to the sensorless control device for a brushless motor according to the second aspect of the invention, it is possible to realize a sensorless control device for a brushless motor that is efficient and has a small deviation between the set rotational speed and the actual rotational speed.
第3発明に係る電動ポンプによれば、効率が良く、設定した回転速度と実際の回転速度との間の偏差が小さいブラシレスモータを備えた電動ポンプを実現することが出来る。   With the electric pump according to the third aspect of the invention, it is possible to realize an electric pump including a brushless motor that is efficient and has a small deviation between the set rotational speed and the actual rotational speed.
以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明に係るブラシレスモータのセンサレス制御方法及びブラシレスモータのセンサレス制御装置の実施の形態1の要部構成を示すブロック図である。このブラシレスモータのセンサレス制御装置は、車両に搭載されて油圧ポンプ等を駆動するブラシレスDCモータ(以下、モータと記載)のセンサレス制御装置であり、車載バッテリ2からの直流電源により片側PWM方式で3相交流電圧を生成させ、モータ1を駆動制御する。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings showing embodiments thereof.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing the main configuration of Embodiment 1 of a sensorless control method for a brushless motor and a sensorless control device for a brushless motor according to the present invention. This sensorless control device for a brushless motor is a sensorless control device for a brushless DC motor (hereinafter referred to as a motor) that is mounted on a vehicle and drives a hydraulic pump or the like. A phase alternating voltage is generated and the motor 1 is driven and controlled.
モータ1のU相、V相、W相のステータ巻線(図示せず)の各端子電圧Vu,Vv,Vwが回転位置推定信号生成部3に与えられ、回転位置推定信号生成部3は、与えられた各端子電圧に基づき、サンプリング(ディジタル方式)により各相の回転位置推定信号Hu,Hv,Hwを作成する。
回転位置推定信号Hu,Hv,Hwは、通電制御装置4に与えられ、通電制御装置4は、与えられた回転位置推定信号Hu,Hv,Hwに基づき、片側PWM方式で車載バッテリ2の直流電圧Eから3相交流電圧を生成させ、モータ1を駆動制御する。
The terminal voltages Vu, Vv, Vw of the U-phase, V-phase, and W-phase stator windings (not shown) of the motor 1 are given to the rotational position estimation signal generator 3, and the rotational position estimation signal generator 3 Based on the given terminal voltages, rotational position estimation signals Hu, Hv, and Hw for each phase are created by sampling (digital method).
The rotational position estimation signals Hu, Hv, and Hw are given to the energization control device 4, and the energization control device 4 is based on the given rotational position estimation signals Hu, Hv, and Hw, and the DC voltage of the in-vehicle battery 2 by the one-side PWM method. A three-phase AC voltage is generated from E, and the motor 1 is driven and controlled.
回転位置推定信号生成部3は、図2のブロック図に示すように、電圧比較部12及び極性決定部14を備えており、電圧比較部12は、各端子電圧Vu,Vv,Vwと車載バッテリ2の直流電圧Eの1/2の電圧Vaとをそれぞれ比較するコンパレータ15u,15v,15wを備えている。コンパレータ15u,15v,15wの比較結果は、各端子電圧Vu,Vv,Vwの方が大である場合は「1」、小である場合は「0」であるディジタル信号Bu,Bv,Bwとして、極性決定部14に例えば19.23kHzの周波数でサンプリングされる。   As shown in the block diagram of FIG. 2, the rotational position estimation signal generation unit 3 includes a voltage comparison unit 12 and a polarity determination unit 14, and the voltage comparison unit 12 includes the terminal voltages Vu, Vv, Vw, and an in-vehicle battery. Comparators 15u, 15v, and 15w are respectively provided for comparing with a voltage Va that is ½ of the DC voltage E of 2. The comparison results of the comparators 15u, 15v, and 15w are digital signals Bu, Bv, and Bw that are “1” when the terminal voltages Vu, Vv, and Vw are larger and “0” when the terminal voltages are smaller. For example, the polarity determination unit 14 samples at a frequency of 19.23 kHz.
極性決定部14は、モータ1のロータの回転速度検出値Sを与えられ、メモリ14a及びタイマ18を有するMPUにより構成され、メモリ14aには、ディジタル信号Bu,Bv,Bwのパターンの取るべき規則的な変化等を記憶している。また、サンプリングしたディジタル信号Bu,Bv,Bwのパターンの変化に基づき検出したゼロクロス点とメモリ14aが記憶している規則的な変化とに基づき、各相の回転位置推定信号Hu,Hv,Hwを作成して、通電制御装置4に与える。   The polarity determining unit 14 is provided with the detected rotational speed value S of the rotor of the motor 1 and is constituted by an MPU having a memory 14a and a timer 18. The memory 14a has rules for taking patterns of digital signals Bu, Bv and Bw. I remember the changes. Further, based on the zero-cross point detected based on the change in the pattern of the sampled digital signals Bu, Bv, Bw and the regular change stored in the memory 14a, the rotational position estimation signals Hu, Hv, Hw of the respective phases are obtained. It is created and given to the energization control device 4.
メモリ14aには、検出したゼロクロス点から回転位置推定信号Hu,Hv,Hwを遅延させる遅延時間を、回転速度に応じて減じる減算率(進み角制御量)を定めた図3に示すようなテーブル17を記憶してある。極性決定部14は、回転位置推定信号Hu,Hv,Hwを作成する際は、遅延時間をそのときの回転速度検出値Sに応じた減算率で減じる。テーブル17は、モータ1の効率が良くなるように、予め実測に基づき回転速度毎に減算率を求めて作成してあり、減算率は、任意の区間毎の回転速度に対する変化率が異なっている。   The memory 14a has a table as shown in FIG. 3 in which a subtraction rate (advance angle control amount) for reducing the delay time for delaying the rotational position estimation signals Hu, Hv, Hw from the detected zero cross point according to the rotational speed is determined. 17 is stored. When creating the rotational position estimation signals Hu, Hv, and Hw, the polarity determination unit 14 reduces the delay time by a subtraction rate corresponding to the rotational speed detection value S at that time. The table 17 is prepared in advance by obtaining a subtraction rate for each rotation speed based on actual measurement so that the efficiency of the motor 1 is improved, and the subtraction rate differs in a change rate with respect to the rotation speed for each arbitrary section. .
通電制御装置4は、通電信号生成部5、PWM制御部7、ゲートドライブ回路8、スイッチング回路9及び速度制御部16から構成されている。
スイッチング回路9は、U相、V相、W相毎に、車載バッテリ2の陽極側に接続される半導体スイッチング素子6u+,6v+,6w+と、車載バッテリ2の陰極側に接続される半導体スイッチング素子6u−,6v−,6w−とが直列接続されている。それぞれの接続点は、モータ1のステータ巻線の端子に各相毎に接続されている。半導体スイッチング素子6u+,6u−,6v+,6v−,6w+,6w−には、それぞれフリーホイールダイオード(フライバックダイオード)が逆並列に接続されている。
The energization control device 4 includes an energization signal generation unit 5, a PWM control unit 7, a gate drive circuit 8, a switching circuit 9, and a speed control unit 16.
The switching circuit 9 includes a semiconductor switching element 6u +, 6v +, 6w + connected to the anode side of the in-vehicle battery 2 and a semiconductor switching element 6u connected to the cathode side of the in-vehicle battery 2 for each of the U phase, the V phase, and the W phase. −, 6v−, 6w− are connected in series. Each connection point is connected to a terminal of the stator winding of the motor 1 for each phase. Free wheel diodes (flyback diodes) are connected in antiparallel to the semiconductor switching elements 6u +, 6u−, 6v +, 6v−, 6w +, 6w−, respectively.
速度制御部16は、モータ1のロータの回転速度検出値S及び回転速度設定値Saとを比較し、両者の大小関係に基づき、モータ1をPWM駆動する為の速度制御信号Spwmを作成し、PWM制御部7へ与える。
通電信号生成部5は、与えられた各相の回転位置推定信号Hu,Hv,Hwに基づいて、スイッチング回路9の半導体スイッチング素子6u+,6u−,6v+,6v−,6w+,6w−をそれぞれ通電制御する為の通電信号Cu+,Cu−,Cv+,Cv−,Cw+,Cw−を作成し、PWM制御部7へ与える。通電信号生成部5は、MPU又は論理素子により構成される。
The speed control unit 16 compares the rotation speed detection value S and the rotation speed setting value Sa of the rotor of the motor 1 and creates a speed control signal Spwm for PWM driving the motor 1 based on the magnitude relationship between the two. This is given to the PWM control unit 7.
The energization signal generator 5 energizes the semiconductor switching elements 6u +, 6u−, 6v +, 6v−, 6w +, 6w− of the switching circuit 9 based on the given rotational position estimation signals Hu, Hv, Hw of the respective phases. The energization signals Cu +, Cu−, Cv +, Cv−, Cw +, Cw− for control are created and given to the PWM control unit 7. The energization signal generation unit 5 is configured by an MPU or a logic element.
PWM制御部7は、与えられた通電信号Cu+〜Cw−及び速度制御信号Spwmに基づき、半導体スイッチング素子6u+〜6w−をそれぞれPWM制御する為のPWM制御信号Du+,Du−,Dv+,Dv−,Dw+,Dw−を作成し、ゲートドライブ回路8へ与える。
ゲートドライブ回路8は、与えられたPWM制御信号Du+〜Dw−に基づき、半導体スイッチング素子6u+〜6w−をそれぞれオン/オフ駆動し、モータ1のステータ巻線に回転磁界を発生させる。
The PWM control unit 7 performs PWM control signals Du +, Du−, Dv +, Dv−, and PWM control for the semiconductor switching elements 6u + to 6w− based on the supplied energization signals Cu + to Cw− and the speed control signal Spwm, respectively. Dw + and Dw− are created and given to the gate drive circuit 8.
The gate drive circuit 8 drives the semiconductor switching elements 6u + to 6w− on / off based on the given PWM control signals Du + to Dw− to generate a rotating magnetic field in the stator winding of the motor 1.
以下に、このような構成のブラシレスDCモータのセンサレス制御装置の動作を、図4のフローチャートを参照しながら説明する。
モータ1のU相、V相、W相のステータ巻線の各端子電圧Vu,Vv,Vwは、図5(a)(b)(c)の波形図に示すように、位相がそれぞれ120度異なっており、それぞれの正負電圧区間である180度の電気角の内、中央部の120度の区間が通電され、それぞれの通電区間の終端部にはリンギングが生じている。中央部の120度以外の区間は、ステータ巻線に生じた誘起電圧が露出している。
Hereinafter, the operation of the sensorless control device for the brushless DC motor having such a configuration will be described with reference to the flowchart of FIG.
Each terminal voltage Vu, Vv, Vw of the U-phase, V-phase, and W-phase stator windings of the motor 1 is 120 degrees in phase as shown in the waveform diagrams of FIGS. Of the electrical angles of 180 degrees that are the positive and negative voltage sections, a section of 120 degrees in the center is energized, and ringing occurs at the end of each energized section. In the section other than 120 degrees in the central portion, the induced voltage generated in the stator winding is exposed.
回転位置推定信号生成部3のコンパレータ15u,15v,15wは、モータ1の各相のステータ巻線の各端子電圧Vu,Vv,Vwと車載バッテリ2の直流電圧Eの1/2の電圧Vaとをそれぞれ比較する。これらの比較結果は、端子電圧Vu,Vv,Vwの方が大である場合は「1」、小である場合は「0」であるディジタル信号Bu,Bv,Bwとして、極性決定部14にサンプリングされる。   The comparators 15u, 15v, 15w of the rotational position estimation signal generation unit 3 are respectively connected to the terminal voltages Vu, Vv, Vw of the stator windings of each phase of the motor 1 and a voltage Va that is ½ of the DC voltage E of the in-vehicle battery 2. Are compared. These comparison results are sampled by the polarity determination unit 14 as digital signals Bu, Bv, and Bw that are “1” when the terminal voltages Vu, Vv, and Vw are larger and “0” when they are smaller. Is done.
ディジタル信号Bu,Bv,Bwは、例えば、(101)→(001)→(011)→(010)→(110)→(100)→(101)の順序で規則的に変化する。ディジタル信号Bu,Bv,Bwのこの6種類のパターンが規則的に変化する周期的時間は、サンプリング周期より充分大きい。
極性決定部14のメモリ14aは、上述したディジタル信号Bw,Bv,Buのパターンが規則的に変化する順序を記憶している。
The digital signals Bu, Bv, and Bw regularly change in the order of (101) → (001) → (011) → (010) → (110) → (100) → (101), for example. The periodic time during which the six patterns of the digital signals Bu, Bv, and Bw change regularly is sufficiently larger than the sampling period.
The memory 14a of the polarity determination unit 14 stores the order in which the patterns of the digital signals Bw, Bv, and Bu described above change regularly.
極性決定部14は、先ず、他からの割込を禁止した後(図4S2)、ディジタル信号Bu,Bv,Bwをサンプリングし(S4)、サンプリングしたディジタル信号Bu,Bv,Bwのパターンに基づき、ゼロクロス点を検出する手順を実行する(S6)。ゼロクロス点を検出する手順は、例えば、ディジタル信号Bu,Bv,Bwのパターンが変化した後、その変化した後のパターンが複数回のサンプリングで連続した場合に、ゼロクロス点を検出したことにする。   The polarity determining unit 14 first disables interrupts from other sources (S2 in FIG. 4), then samples the digital signals Bu, Bv, Bw (S4), and based on the pattern of the sampled digital signals Bu, Bv, Bw, A procedure for detecting the zero-cross point is executed (S6). The procedure for detecting the zero-cross point is, for example, that the zero-cross point is detected when the pattern of the digital signals Bu, Bv, and Bw is changed, and the changed pattern continues in a plurality of samplings.
極性決定部14は、ゼロクロス点を検出する手順(S6)により、ゼロクロス点を検出しなかったときは(S8)リターンする。ゼロクロス点を検出したときは、前回のゼロクロス点検出からのタイマ14bの計時を終了し(S10)、その計時した時間であるゼロクロス点間隔Tzを検出する(S12)。ゼロクロス点間隔Tzは電気角60度に相当する。次いで、今回のゼロクロス点検出からのタイマ14bの計時を開始する(S14)。   The polarity determination unit 14 returns (S8) when the zero cross point is not detected in the procedure (S6) of detecting the zero cross point (S6). When the zero cross point is detected, the timer 14b finishes counting from the previous zero cross point detection (S10), and the zero cross point interval Tz that is the time measured is detected (S12). The zero cross point interval Tz corresponds to an electrical angle of 60 degrees. Next, the timer 14b starts counting from the current zero-cross point detection (S14).
極性決定部14は、次に、回転速度検出値Sを読込み(S16)、回転速度検出値Sにより図3に示すようなテーブル17を参照する(S18)。
極性決定部14は、テーブル17を参照して(S18)、回転速度検出値Sに対応する進み角制御量Ta((Tz/2)×(減算率/100))を決定する(S20)。次いで、遅延時間Td=(Tz/2)−Taを演算して遅延時間Tdを決定した後(S22)、他からの割込を許可して(S24)リターンする。
Next, the polarity determination unit 14 reads the rotational speed detection value S (S16), and refers to the table 17 as shown in FIG. 3 based on the rotational speed detection value S (S18).
The polarity determination unit 14 refers to the table 17 (S18), and determines the advance angle control amount Ta ((Tz / 2) × (subtraction rate / 100)) corresponding to the rotation speed detection value S (S20). Next, the delay time Td = (Tz / 2) −Ta is calculated to determine the delay time Td (S22), then an interrupt from another is permitted (S24), and the process returns.
極性決定部14は、メモリ14aが記憶しているパターンの規則的な変化に基づき、コンパレータ15u,15v,15wの出力信号(サンプリングした信号)から、決定した遅延時間Td(S22)分、遅延させた各相の回転位置推定信号Hu,Hv,Hwを作成して、通電制御装置4に与える。回転位置推定信号Hu,Hv,Hwには、通電を切換えるタイミングと、メモリ14aが記憶しているパターンの規則的な変化に基づく、各相の正負の通電/非通電情報が含まれている。   The polarity determining unit 14 delays the output signals (sampled signals) of the comparators 15u, 15v, and 15w by the determined delay time Td (S22) based on the regular change of the pattern stored in the memory 14a. The rotation position estimation signals Hu, Hv, and Hw for each phase are generated and supplied to the energization control device 4. The rotational position estimation signals Hu, Hv and Hw include positive / negative energization / non-energization information of each phase based on the timing of switching energization and the regular change of the pattern stored in the memory 14a.
通電制御装置4の通電信号生成部5は、回転位置推定信号Hu,Hv,Hwに基づく半導体スイッチング素子6u+〜6w−の6種類の制御パターンを記憶しており、与えられた回転位置推定信号Hu,Hv,Hwとこの制御パターンとにより通電信号Cu+〜Cw−を作成する。作成した通電信号Cu+〜Cw−はPWM制御部7へ与える。
PWM制御部7は、与えられた通電信号Cu+〜Cw−及び速度制御信号Spwmに基づき、片側PWM方式で半導体スイッチング素子6u+〜6w−をそれぞれPWM制御する為のPWM制御信号Du+〜Dw−を作成し、ゲートドライブ回路8へ与える。
The energization signal generator 5 of the energization controller 4 stores six types of control patterns of the semiconductor switching elements 6u + to 6w− based on the rotational position estimation signals Hu, Hv, Hw, and the given rotational position estimation signal Hu. , Hv, Hw and this control pattern create energization signals Cu + to Cw−. The generated energization signals Cu + to Cw− are given to the PWM control unit 7.
The PWM control unit 7 generates PWM control signals Du + to Dw− for PWM control of the semiconductor switching elements 6u + to 6w− by the one-side PWM method based on the supplied energization signals Cu + to Cw− and the speed control signal Spwm. To the gate drive circuit 8.
ゲートドライブ回路8は、与えられたPWM制御信号Du+〜Dw−に基づき、片側PWM方式で各相の半導体スイッチング素子6u+〜6w−をそれぞれオン/オフ制御する駆動信号を出力して、モータ1のステータ巻線に回転磁界を発生させ、マグネットロータを回転駆動する。
尚、上述した実施の形態では、片側PWM方式でモータ1を駆動制御しているが、本発明に係るブラシレスモータのセンサレス制御方法及びセンサレス制御装置は、両側PWM方式及びPWM方式によらない方式にも適用することは可能である。
The gate drive circuit 8 outputs drive signals for controlling on / off of the semiconductor switching elements 6u + to 6w− of each phase by the one-side PWM method based on the given PWM control signals Du + to Dw−. A rotating magnetic field is generated in the stator winding, and the magnet rotor is driven to rotate.
In the above-described embodiment, the motor 1 is driven and controlled by the one-side PWM method. However, the sensorless control method and the sensorless control device for the brushless motor according to the present invention are not based on the both-side PWM method and the PWM method. It is also possible to apply.
(実施の形態2)
図6は、本発明に係る電動ポンプの実施の形態2の要部構成及びその周辺部を示すブロック図である。この電動ポンプは、車両のオートマチック・トランスミッションに使用されており、エンジン20の図示しないクランクシャフトとプロペラシャフト24とをオートマチック・トランスミッション21が連結している。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a block diagram showing a main configuration of the electric pump according to the second embodiment of the present invention and its peripheral portion. This electric pump is used for an automatic transmission of a vehicle, and an automatic transmission 21 connects a crankshaft (not shown) of the engine 20 and a propeller shaft 24.
電動ポンプ22aは、オートマチック・トランスミッション21の側面に固定されたポンプ22と、ポンプ22を駆動するブラシレスDCモータ1と、ブラシレスDCモータ1を駆動制御する実施の形態1で説明したセンサレス制御装置23とを備えている。
電動ポンプ22aは、オートマチック・トランスミッション21を作動させるオイルの圧力を制御する。
The electric pump 22a includes a pump 22 fixed to the side surface of the automatic transmission 21, the brushless DC motor 1 that drives the pump 22, and the sensorless control device 23 described in the first embodiment that controls driving of the brushless DC motor 1. It has.
The electric pump 22 a controls the pressure of oil that operates the automatic transmission 21.
エンジン20のクランクシャフトの、オートマチック・トランスミッション21と連結しない側の端部の回転は、電磁クラッチ32を介してプーリ31に伝達され、プーリ31の回転は、ベルト33により発電機28及び補機30に伝達される。補機30は、エアコンディショナのコンプレッサ等である。発電機28が発電した電力は、車載バッテリ29に蓄電され、センサレス制御装置23等の電源となる。
プロペラシャフト24のオートマチック・トランスミッション21と連結しない側の端部は、デファレンシャル25により駆動輪27の駆動軸26に直角に連結されている。
The rotation of the end of the crankshaft of the engine 20 on the side not connected to the automatic transmission 21 is transmitted to the pulley 31 via the electromagnetic clutch 32, and the rotation of the pulley 31 is caused by the belt 33 to generate the generator 28 and the auxiliary machine 30. Is transmitted to. The auxiliary machine 30 is an air conditioner compressor or the like. The electric power generated by the generator 28 is stored in the in-vehicle battery 29 and becomes a power source for the sensorless control device 23 and the like.
The end of the propeller shaft 24 that is not connected to the automatic transmission 21 is connected to the drive shaft 26 of the drive wheel 27 by a differential 25 at a right angle.
本発明に係るブラシレスモータのセンサレス制御方法及びブラシレスモータのセンサレス制御装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the principal part structure of embodiment of the sensorless control method of the brushless motor which concerns on this invention, and the sensorless control apparatus of a brushless motor. 回転位置推定信号生成部の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a rotation position estimation signal production | generation part. 本発明に係るブラシレスモータのセンサレス制御装置のモータ回転速度と進み角制御量の関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the motor rotational speed of the sensorless control apparatus of the brushless motor which concerns on this invention, and a lead angle control amount. 極性決定部の動作の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of operation | movement of a polarity determination part. ステータ巻線の端子電圧を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the terminal voltage of a stator winding. 本発明に係る電動ポンプの実施の形態の要部構成及びその周辺部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the principal part structure of embodiment of the electric pump which concerns on this invention, and its peripheral part. 従来のモータ回転速度と進み角制御量の関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the conventional motor rotational speed and a lead angle control amount.
符号の説明Explanation of symbols
1 (ブラシレスDC)モータ
2,29 車載バッテリ
3 回転位置推定信号生成部
4 通電制御装置
5 通電信号生成部
6u+,6u−,6v+,6v−,6w+,6w− 半導体スイッチング素子
7 PWM制御部
8 ゲートドライブ回路
9 スイッチング回路
14 極性決定部
14a メモリ
14b タイマ
15u,15v,15w コンパレータ
16 速度制御部
17 テーブル
18 タイマ
20 エンジン
21 オートマチック・トランスミッション
22 ポンプ
22a 電動ポンプ
23 センサレス制御装置
24 プロペラシャフト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 (Brushless DC) motor 2,29 Car-mounted battery 3 Rotation position estimation signal generation part 4 Energization control apparatus 5 Energization signal generation part 6u +, 6u-, 6v +, 6v-, 6w +, 6w- Semiconductor switching element 7 PWM control part 8 Gate Drive circuit 9 Switching circuit 14 Polarity determination unit 14a Memory 14b Timer 15u, 15v, 15w Comparator 16 Speed control unit 17 Table 18 Timer 20 Engine 21 Automatic transmission 22 Pump 22a Electric pump 23 Sensorless control device 24 Propeller shaft

Claims (3)

  1. 複数相のステータ巻線の各端子電圧と所定電圧との大小関係の取るべき規則的な変化を記憶しておき、前記各端子電圧と所定電圧との大小関係を時系列的にサンプリングし、サンプリングした大小関係が変化した時点の間隔を検出し、該時点から該間隔に基づく遅延時間後に、前記規則的な変化に基づき、前記ステータ巻線を通電制御すると共に、高回転速度になる程高い減算率で前記遅延時間を減じるブラシレスモータのセンサレス制御方法において、
    任意の区間毎の回転速度に対する変化率が異なる回転速度毎の前記減算率を求め、求めた回転速度と前記減算率との関係を記憶しておき、前記間隔を検出したときの回転速度と前記関係から前記減算率を求め、求めた減算率で前記遅延時間を減じることを特徴とするブラシレスモータのセンサレス制御方法。
    A regular change to be taken of the magnitude relationship between each terminal voltage and a predetermined voltage of the stator windings of a plurality of phases is stored, and the magnitude relation between each terminal voltage and the given voltage is sampled in time series, sampling The interval at which the magnitude relationship is changed is detected, and after the delay time based on the interval from the time, the energization control is performed on the stator winding based on the regular change, and the subtraction increases as the rotational speed increases. In a sensorless control method of a brushless motor that reduces the delay time by a rate,
    The subtraction rate for each rotation speed with a different rate of change with respect to the rotation speed for each section is obtained, the relationship between the obtained rotation speed and the subtraction rate is stored, and the rotation speed when the interval is detected A sensorless control method for a brushless motor, wherein the subtraction rate is obtained from a relationship, and the delay time is reduced by the obtained subtraction rate.
  2. 複数相のステータ巻線の各端子電圧と所定電圧との大小関係の取るべき規則的な変化を記憶してあり、前記各端子電圧と所定電圧との大小関係を時系列的にサンプリングし、サンプリングした大小関係が変化した時点の間隔を検出し、該時点から該間隔に基づく遅延時間後に、前記規則的な変化に基づき、前記ステータ巻線を通電制御すると共に、高回転速度になる程高い減算率で前記遅延時間を減じるブラシレスモータのセンサレス制御装置において、
    任意の区間毎の回転速度に対する変化率が異なる回転速度毎の前記減算率を記憶したテーブルと、前記間隔を検出したときの回転速度及び前記テーブルから前記減算率を求める手段とを備え、該手段が求めた減算率で前記遅延時間を減じるべくなしてあることを特徴とするブラシレスモータのセンサレス制御装置。
    A regular change to be taken of the magnitude relationship between each terminal voltage and a predetermined voltage of the stator windings of a plurality of phases is stored, and the magnitude relation between each terminal voltage and the given voltage is sampled in time series, sampling The interval at which the magnitude relationship is changed is detected, and after the delay time based on the interval from the time, the energization control is performed on the stator winding based on the regular change, and the subtraction increases as the rotational speed increases. In a sensorless control device for a brushless motor that reduces the delay time by a rate,
    A table storing the subtraction rate for each rotation speed having a different rate of change with respect to the rotation speed for each section; and a means for obtaining the rotation speed when the interval is detected and the subtraction rate from the table, A sensorless control device for a brushless motor, characterized in that the delay time is reduced by the subtraction rate obtained by (1).
  3. 請求項2に記載されたブラシレスモータのセンサレス制御装置と、該センサレス制御装置が駆動制御するブラシレスモータと、該ブラシレスモータが駆動するポンプとを備えることを特徴とする電動ポンプ。   An electric pump comprising the sensorless control device for a brushless motor according to claim 2, a brushless motor that is driven and controlled by the sensorless control device, and a pump that is driven by the brushless motor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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