JP2005304133A - Motor driving method and motor driving unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、少なくとも1個の位置センサを用いてロータの位置検出を行うモータ駆動方法およびモータ駆動装置に関するものである。 The present invention relates to a motor driving method and a motor driving device that perform rotor position detection using at least one position sensor.
従来のモータPWM駆動方式としては、モータ巻き線に流れる電流を検出して目標電流値に達すれば、通電をオフにするピーク電流制御型モータ駆動方式が存在する。この方式では、電流値が目標値に達するとオフにすることによって電流が直接制御されるため、電流位相の遅れがない。 As a conventional motor PWM drive system, there is a peak current control type motor drive system in which energization is turned off when a current flowing through a motor winding is detected and a target current value is reached. In this method, since the current is directly controlled by turning off when the current value reaches the target value, there is no delay in the current phase.
図5を参照して特許文献1に示されている駆動方法について説明する。
The driving method disclosed in
図5は三相モータを駆動する従来のモータ駆動装置の構成図であって、1は位置センサ、2は通電制御回路、3は出力トランジスタ、4はモータ巻き線、5は電流検出部、6は制御指令部、7はPWM制御回路、8は電源である。 FIG. 5 is a block diagram of a conventional motor driving apparatus for driving a three-phase motor, where 1 is a position sensor, 2 is an energization control circuit, 3 is an output transistor, 4 is a motor winding, 5 is a current detector, 6 Is a control command unit, 7 is a PWM control circuit, and 8 is a power source.
位置センサ1としてはホール素子などが用いられる。位置センサ1は、120度ごとに配置され、モータのロータの位置を検出する。位置センサ1により出力されるセンサ信号から通電制御回路2により通電相を決定する。また通電制御回路2において決定された、PWM駆動させる相を駆動する信号は、PWM制御回路7により形成させる。
As the
通電制御回路2によって選択された相に対して出力トランジスタ3が通電すると、電流がモータ巻き線4に流れ、電流検出部5により電流の検出を行い、制御指令部6により決定される目標電流値に達すると、通電をオフして非導通させることによりスイッチング制御を行う。よって、モータ巻き線4に流れる電流のピーク値は、入力信号によって一定にコントロールされる。
しかしながら、前記従来の技術においては、ホール素子などの位置センサ1を用いて得られる位置情報のみによって通電制御回路2で駆動制御している。よって、少なくとも1個設置されている位置センサ1の取り付け位置に誤差がある場合、正確な位置検出が困難になり、モータ位置と駆動信号にずれが生じる。そのため、トルクの低下とリップルが生じて効率悪化が生じる。
However, in the prior art, drive control is performed by the
また同様に、複数個のセンサ取り付け位置に相対ばらつきがある場合、モータの巻き線に流れる電流のむらが相間にも発生し、トルクリップルが増大する。よって、モータの回転速度あるいは消費電流のばらつきが生じる。 Similarly, when there are relative variations in the mounting positions of a plurality of sensors, unevenness of the current flowing through the motor winding also occurs between the phases, and torque ripple increases. Therefore, the rotational speed of the motor or the current consumption varies.
本発明は、前記従来の課題に鑑み、回転速度のむらあるいは消費電流のばらつきを低減するようにしたモータ駆動方法およびモータ駆動装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a motor driving method and a motor driving device that reduce unevenness in rotational speed or variation in current consumption.
前記目的を達成するため、本発明は、少なくとも1個のホール素子などのセンサを用いてロータの位置検出を行い、逆起電圧からのロータ位置信号を取り込むことにより位置センサ信号との差を記憶して、前記位相差を用いて位置センサ信号に補正を加えるものである。 In order to achieve the above object, the present invention detects the rotor position using at least one sensor such as a Hall element, and stores the difference from the position sensor signal by capturing the rotor position signal from the back electromotive voltage. Then, the position sensor signal is corrected using the phase difference.
本発明によれば、センサの取り付け位置誤差、あるいは、ばらつきがあるモータであっても、正確にロータ位置を検出し、駆動信号のロータ位置に対するタイミングのずれを低減し、効率向上,トルクリップル抑制,低振動化を実現することができ、さらに、ずれ値を記憶して、正弦波電流駆動のような180度通電状態において、ロータ位置信号にタイミング補正を行うことによって、一層の静音化が可能になるなど、回転速度あるいは消費電流のばらつき、およびトルクリップルを抑制すると共に、静音化を図ることができる安定したモータ駆動が実現する。 According to the present invention, even in the case of a motor with a sensor mounting position error or variation, the rotor position is accurately detected, the timing deviation of the drive signal from the rotor position is reduced, efficiency is improved, and torque ripple is suppressed. , Low vibration can be achieved, and further noise reduction can be achieved by storing the deviation value and correcting the timing of the rotor position signal in a 180-degree energization state such as sine wave current drive Thus, a stable motor drive capable of suppressing variations in rotational speed or current consumption, torque ripple, and noise reduction can be realized.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明の実施形態を説明するための三相モータ駆動装置の構成図であって、1は位置センサ、2は通電制御回路、3は出力トランジスタ、4はモータ巻き線、5は電流検出部、6は制御指令部、7はPWM制御回路、8は電源、9は逆起電圧検出回路、10は位相差検出回路、11はセンサ信号補正回路である。 FIG. 1 is a configuration diagram of a three-phase motor driving apparatus for explaining an embodiment of the present invention, wherein 1 is a position sensor, 2 is an energization control circuit, 3 is an output transistor, 4 is a motor winding, and 5 is a current. A detection unit, 6 is a control command unit, 7 is a PWM control circuit, 8 is a power source, 9 is a counter electromotive voltage detection circuit, 10 is a phase difference detection circuit, and 11 is a sensor signal correction circuit.
以上のように構成されたモータ駆動装置について、以下、その動作を説明する。 The operation of the motor driving apparatus configured as described above will be described below.
位置センサ1としてホール素子などを用いる。位置センサ1は、120度ごとに配置されモータのロータの位置を検出する。モータが回転することによって発生する逆起電圧は、逆起電圧検出回路9により検出される。
A Hall element or the like is used as the
ここで、位相差検出回路10について図2を参照して説明する。
Here, the phase
図2(a)は位置センサ1から出力された1相のセンサ信号により得られるセンサ位相情報、図2(b)は逆起電圧検出回路9から出力された前記相に対する逆起電圧より得られる逆起電圧位相情報を示している。
2A is sensor phase information obtained from a one-phase sensor signal output from the
位相差検出回路10により、図2(a)のセンサ位相と図2(b)の逆起電圧位相との相対的な時間差αと、図2(a)のセンサ位相における1周期の時間βを検出し、αとβの比をα/β=kとして保持しておく。
The phase
次にセンサ信号補正回路11について図3を参照して説明する。 Next, the sensor signal correction circuit 11 will be described with reference to FIG.
図3(a)は位置センサ1から出力された1相のセンサ信号により得られるセンサ位相情報を示している。
FIG. 3A shows sensor phase information obtained from a one-phase sensor signal output from the
センサ信号補正回路11により図3(a)の1周期の時間γを検出し、前記位相差検出回路10により算出および保持した前記kから時間差k×γを演算し、図3(a)の波形をk×γ時間分ずらした波形、すなわち図3(b)を作成する。逆起電圧と位置センサ信号の位相のずれは固定であるため、図3(b)は逆起電圧と同位相の位置信号となる。
The sensor signal correction circuit 11 detects the time γ of one cycle of FIG. 3A, calculates the time difference k × γ from the k calculated and held by the phase
ここでは位相差検出回路10とセンサ信号補正回路11は、1相のみの位相補正動作を行うものとして説明したが、3相それぞれについて位相補正動作を行うものであってもよい。
Here, the phase
なお、位置センサ信号の1相を用いて三相の駆動信号を生成する回路構成では、前記1相のみから逆起電圧信号位相との差を検出し、これから当該相の位置センサ位相情報を補正すると共に、これから120度ずつ位相がシフトした他の2つの位相を生成するようにしてもよい。 In the circuit configuration that generates a three-phase drive signal using one phase of the position sensor signal, the difference from the back electromotive voltage signal phase is detected only from the one phase, and the position sensor phase information of the phase is corrected from this. In addition, two other phases whose phases are shifted by 120 degrees may be generated.
本実施形態では効率の維持を目的としているが、効率に拘らないならば、逆起電圧検出回路9を省き、位相差検出回路10にて、位置センサ1から出力された信号から得られるセンサ位相情報の各相の位相を検出し、位相偏差を演算して保持しておき、センサ信号補正回路11にて位置補正を行う方式を採用してもよい。
In this embodiment, the purpose is to maintain efficiency. However, if the efficiency is not concerned, the back electromotive
図4を参照して位置補正について説明する。前記センサ位相情報の各相を、それぞれ図4(a),図4(b),図4(c)とする。 The position correction will be described with reference to FIG. Each phase of the sensor phase information is shown in FIGS. 4 (a), 4 (b), and 4 (c).
位相差検出回路10にて、任意の1相の1周期時間εと、図4(a)と図4(b)の位相時間差ηと、図4(b)と図4(c)の位相時間差ζと、図4(c)と図4(a)の位相時間差ξとを検出し、図4(a)の位相ずれを、下式(数1)に基づいて演算し、εとnの比、ε/n=mとして保持しておく。
(数1)
n={−(ξ−120度)+(η−120度)}/2×{|η−120度|/(|η−120度|+|ζ−120度|)}
また、前記(数1)の式よりも、さらに高精度でずれを低減することができる演算式を使用してもよい。
In the phase
(Equation 1)
n = {− (ξ−120 degrees) + (η−120 degrees)} / 2 × {| η−120 degrees | / (| η−120 degrees | + | ζ−120 degrees |)}
Further, an arithmetic expression that can reduce the deviation with higher accuracy than the expression (Equation 1) may be used.
以後はセンサ信号補正回路11により、図4(a)をm×ε時間補正し、補正した信号から120度ずつシフトした他の2つの位相を形成する。 Thereafter, the sensor signal correction circuit 11 corrects FIG. 4A for m × ε time, and forms the other two phases shifted by 120 degrees from the corrected signal.
この場合は、位置センサの相対ばらつきをなくし、センサ位置の大幅なずれを低減することにより、トルクリップルを低減して正確に120度ずつ位相が異なる三相駆動電流を生成することができ、低振動化を図ることができる。 In this case, by eliminating the relative variation of the position sensor and reducing the significant deviation of the sensor position, it is possible to reduce the torque ripple and generate a three-phase drive current that is different in phase by 120 degrees accurately. Vibration can be achieved.
センサ信号補正回路11から出力される補正された位置信号に基づき通電制御回路2により通電相を決定する。また通電制御回路2において決定されたPWM駆動させる相を駆動する信号は、PWM制御回路7により生成する。通電制御回路2によって選択された相について出力トランジスタ3が通電するとモータ巻き線4にも通電する。電流検出部5により電流値の検出を行い、制御指令部6により決定される目標電流値に達すると、通電をオフして非導通させることによりスイッチング制御を行う。
An energization phase is determined by the
本実施形態では、低消費電力を目的としてPWM駆動で説明したが、低消費電力が課題でない場合にはリニア駆動も適応することができる。PWM制御回路7を省いて、センサ信号補正回路11によって補正された位置情報信号から通電制御回路2で通電相を決定する。制御指令部6の電圧により通電の振幅を決定する。通電波形は、位置センサがホール素子であれば、センサ信号補正回路11により補正されたホール信号の出力から生成してもよいし、センサ信号補正回路11による位相情報から台形波か正弦波などセンサ信号波形を生成してもよい。
In the present embodiment, PWM driving has been described for the purpose of low power consumption, but linear driving can also be applied when low power consumption is not an issue. The energization phase is determined by the
このように本実施形態においては、位置センサ信号の位相情報を逆起電圧信号の位相情報により補正するため、センサ取り付け位置に誤差、あるいは、ばらつきがある場合でも正しいロータ位置検出を行うことができる。 Thus, in this embodiment, since the phase information of the position sensor signal is corrected by the phase information of the back electromotive voltage signal, correct rotor position detection can be performed even if there is an error or variation in the sensor mounting position. .
さらに、位置センサ1の配置について言及すれば、通常、センサ信号は通電信号に比べ凡そ30度進んで、または30度遅れて検出される。30度進んだ位置センサを使用した場合は、k=(α−30度)/βとし、位置センサ信号を30度+k×γ分遅らせた位相信号を通電制御回路2に与えればよい。このような方法は、位置センサの配置と通電信号との位相差が30度の場合に限らず適用して、所期の効果を遂げることができる。
Further, referring to the arrangement of the
また、トルクリップルあるいは電流の急峻な変化による騒音を低減するため、駆動電流波形の通電角を180度に近づけることが好ましい。逆起電圧検出信号から駆動信号を生成する方式において、出力トランジスタを非導通にして、出力トランジスタの出力端子とモータの中点との差電圧により検出する場合、逆起電圧検出区間分だけ通電角が減少し、通電角が180度未満となってしまう。 Further, in order to reduce noise due to torque ripple or a sharp change in current, it is preferable that the energization angle of the drive current waveform is close to 180 degrees. In the method of generating the drive signal from the back electromotive voltage detection signal, when the output transistor is made non-conductive and detected by the voltage difference between the output terminal of the output transistor and the motor middle point, the conduction angle is equal to the back electromotive voltage detection section. Decreases and the conduction angle becomes less than 180 degrees.
しかし、本実施形態では、一度、位相差を検出した後は、その値を保持(記憶)し、これによって補正した位置センサ信号の位相情報を利用するため、それ以後は通電区間に非導通区間を設ける必要はないため、振動あるいは騒音を十分低減することができる。また制御指令部6が正弦波電流駆動を行うものであれば、一層振動あるいは騒音を低減することができる。
However, in this embodiment, once the phase difference is detected, the value is held (stored), and the phase information of the position sensor signal corrected thereby is used. Therefore, vibration or noise can be sufficiently reduced. Further, if the
逆起電圧検出は、モータがある程度安定回転するタイミングで実施する、一周期を立ち上がりタイミングで検出するならば、位相差は、その一周期の中間点に位置する立ち下がりタイミングの差で検出するか、または検出する一周期の前後の位相差の平均を取るなどの方法により精度を向上する方がよい。 Back electromotive force detection is performed at the timing when the motor rotates to some extent. If one cycle is detected at the rising timing, the phase difference is detected by the difference in falling timing located at the midpoint of that cycle. Or, it is better to improve the accuracy by a method such as averaging the phase differences before and after one cycle to be detected.
また、基本的に位置センサが同じであれば位相差が変化しないため、テストシーケンス回路を設けて、テスト時あるいは起動時にのみ位相補正情報の蓄積を実施してもよいし、温度など環境条件の変化によって位相センサ信号が変動することを考慮して、数回に1回の割合で位相補正情報の蓄積を実施してもよい。 In addition, if the position sensors are basically the same, the phase difference does not change. Therefore, a test sequence circuit may be provided to accumulate phase correction information only at the time of test or startup. Considering that the phase sensor signal fluctuates due to the change, the phase correction information may be accumulated once every several times.
本発明は、回転速度あるいは消費電流のばらつきを低減することが必要なモータ駆動などに有用である。 The present invention is useful for driving a motor that needs to reduce variations in rotational speed or current consumption.
1 位置センサ
2 通電制御回路
3 出力トランジスタ
4 モータ巻き線
5 電流検出部
6 制御指令部
7 PWM制御回路
8 電源
9 逆起電圧検出回路
10 位相差検出回路
11 センサ信号補正回路
DESCRIPTION OF
Claims (5)
逆起電圧と前記位置センサの出力信号との位相差に係る情報を記憶し、前記位相差情報に基づいて前記位置センサの出力信号に補正を加え、通電信号を生成することを特徴とするモータ駆動方法。 In a motor driving method for detecting the position of a rotor using at least one position sensor,
A motor that stores information related to a phase difference between a back electromotive voltage and an output signal of the position sensor, corrects the output signal of the position sensor based on the phase difference information, and generates an energization signal. Driving method.
逆起電圧を取り込み、前記逆起電圧と任意の1相のセンサ信号との位相差に係る情報を記憶し、前記位相差情報に基づいて前記センサ信号に補正を加え、通電信号を生成することを特徴とするモータ駆動方法。 In a motor driving method for detecting the position of a rotor using a plurality of position sensors,
Capturing a counter electromotive voltage, storing information related to a phase difference between the counter electromotive voltage and an arbitrary one-phase sensor signal, correcting the sensor signal based on the phase difference information, and generating an energization signal A motor driving method characterized by the above.
前記位置センサにより位置検出した各相間における位相の偏差を用いて所定の補正値を演算し、前記補正値を記憶し、前記補正値に基づいて前記位置センサの出力信号に補正を加え、通電信号を生成することを特徴とするモータ駆動方法。 In a motor driving method for detecting the position of a rotor using a plurality of position sensors,
A predetermined correction value is calculated using a phase deviation between phases detected by the position sensor, the correction value is stored, an output signal of the position sensor is corrected based on the correction value, and an energization signal Generating a motor.
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