JP2008236831A - Motor drive controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば複数の電機子巻線を有するブラシレスモータの駆動を制御するモータ駆動制御装置に関する。 The present invention relates to a motor drive control device that controls driving of a brushless motor having, for example, a plurality of armature windings.
ブラシレスモータは、例えば、星型に接続された3相の電機子巻線と、この電機子巻線を取り巻くよう配置された永久磁石とを備え、電機子巻線側が固定された固定子、永久磁石側が回転する回転子となる構造であり、電機子巻線のU相、V相及びW相に逐次交流電圧を印加して回転トルクを発生させることにより回転子が回転するようになっている。 The brushless motor includes, for example, a three-phase armature winding connected in a star shape, and a permanent magnet arranged so as to surround the armature winding, and a stator having a fixed armature winding side, a permanent The structure is a rotor that rotates on the magnet side, and the rotor is rotated by sequentially applying an alternating voltage to the U-phase, V-phase, and W-phase of the armature winding to generate rotational torque. .
ブラシレスモータの駆動方式としては、電気角60度ごとに各相の巻線に120度だけ一定の矩形波電流を流す120度矩形波通電方式や、各相の巻線に正弦波状の電流を流す正弦波通電方式が知られている。120度矩形波通電方式では矩形電流で駆動するため振動や騒音が発生するという課題があるが、正弦波通電方式ではこの課題を回避することができる。 As a driving method of the brushless motor, a 120-degree rectangular wave energization system in which a constant rectangular wave current is passed through each phase winding by 120 degrees every 60 degrees of electrical angle, or a sine wave current is passed through each phase winding. A sine wave energization method is known. The 120-degree rectangular wave energization method has a problem that vibration and noise are generated because it is driven by a rectangular current, but the sine wave energization method can avoid this problem.
しかしながら、一般的に正弦波通電では、正弦波を発生させるために回転子の回転位置を比較的高い分解能で得る必要があるので、例えば高精度なエンコーダを設ける構成となって製造コストが高くなるという課題があった。この課題を解決することを目的として、例えば特許文献1に示すようなインバータ装置が提案されている。
However, in general, in sine wave energization, since it is necessary to obtain the rotational position of the rotor with a relatively high resolution in order to generate a sine wave, for example, a high-accuracy encoder is provided to increase the manufacturing cost. There was a problem. In order to solve this problem, for example, an inverter device as shown in
特許文献1に示されたものは、回転子の回転位置を検出して位置信号を出力する位置検出器と、位置信号の信号変化周期(電気角60度相当)に応じた逓倍周波数のクロックパルスを生成するパルス発生回路と、位置信号のエッジを基準としてクロックパルスを計数し、回転子の回転位相を推定する位相推定回路と、推定した回転位相に基づいて正弦波状の電流を出力するインバータ主回路とを備え、電気角60度よりも細かい分解能を逓倍周波数のクロックパルスにより得ることによって、永久磁石モータを低振動かつ低騒音で駆動することができるようになっている。
しかしながら、特許文献1に示された従来のものは、位置信号の変化周期(電気角60度相当)を測定し、その測定周期の1/32の周期のパルス周波数を、次の位置信号の変化周期(次の電気角60度相当)中に用いるものである。容易にわかるように、位置検出器の配置位置誤差や、永久磁石の位置誤差、着磁誤差等により、位置信号の変化点のずれが生じると測定周期にずれが生じる。つまり、このずれは、位置信号の周期測定ごとに異なるので、生成したパルスの周波数がそのずれの分だけ電気角60度ごとに変化してしまう。したがって、このパルスを用いて正弦波を生成すると、正弦波が不連続になったり歪んだりするので、回転むらや騒音の原因になることが考えられる。
However, the conventional one disclosed in
また、起動時や意図的な変速(回転数を変化)させるときは、位置信号の周期が時間とともに変化する。したがって、周期測定が反映される次の電気角60度の区間では、すでにその周期とは異なる周期で回転していることになる。このため生成したパルスの周波数及び位相のずれはさらに大きくなり、発生した正弦波のずれや歪みも大きくなってしまい、脱調の恐れもある。 Further, when starting up or intentionally shifting (changing the number of revolutions), the cycle of the position signal changes with time. Therefore, in the next section of the electrical angle of 60 degrees in which the period measurement is reflected, the rotation has already been performed at a period different from that period. Therefore, the frequency and phase shift of the generated pulse is further increased, the generated sine wave shift and distortion are also increased, and there is a risk of step-out.
また、起動時のように定常状態と比べて非常に回転が遅いときは、位置信号の周期が非常に長く、例えば周期測定カウンタがオーバフローして位置信号の変化周期の測定が困難となり、回転子の回転位相を推定することができなくなる。 Also, when the rotation is very slow compared to the steady state, such as when starting up, the period of the position signal is very long. For example, the period measurement counter overflows, making it difficult to measure the change period of the position signal. It becomes impossible to estimate the rotational phase of the.
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、従来のものよりも、低騒音、低振動で、かつ精密なモータ駆動制御を行うことができるモータ駆動制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and provides a motor drive control device that can perform precise motor drive control with lower noise and vibration than conventional ones. For the purpose.
本発明のモータ駆動制御装置は、モータの回転子の回転位置に応じて複数相の電機子巻線に周期的な電流を流して前記回転子を回転させるモータ駆動制御装置であって、前記回転子の回転位置に応じて周期的な位置信号を出力する位置信号出力手段と、前記位置信号を平滑化して前記位置信号に応じた絶対位相情報を出力する絶対位相情報出力手段と、前記絶対位相情報に応じて前記複数相の電機子巻線に正弦波状の電流を流すための正弦波駆動信号を出力する正弦波駆動手段とを備えた構成を有している。 The motor drive control device according to the present invention is a motor drive control device that rotates the rotor by causing a periodic current to flow through an armature winding of a plurality of phases in accordance with the rotational position of the rotor of the motor. Position signal output means for outputting a periodic position signal according to the rotational position of the child, absolute phase information output means for smoothing the position signal and outputting absolute phase information according to the position signal, and the absolute phase And a sine wave drive means for outputting a sine wave drive signal for causing a sine wave current to flow through the plurality of armature windings according to information.
この構成により、本発明のモータ駆動制御装置は、位置信号を平滑化することによって絶対位相情報に対する位置信号の変化点のずれを従来のものよりも小さく抑えることができるので、回転むら、振動及び騒音の発生を抑えることができる。したがって、本発明のモータ駆動制御装置は、正弦波駆動信号の歪みや不連続性を従来のものよりも小さくすることができ、低騒音、低振動で、かつ精密なモータ駆動制御を行うことができる。 With this configuration, the motor drive control device of the present invention can suppress the shift of the change point of the position signal with respect to the absolute phase information by smoothing the position signal, so that the rotation unevenness, vibration and Generation of noise can be suppressed. Therefore, the motor drive control device of the present invention can make distortion and discontinuity of the sine wave drive signal smaller than the conventional one, and can perform precise motor drive control with low noise and vibration. it can.
また、本発明のモータ駆動制御装置は、前記絶対位相情報出力手段が、前記位置信号と位相同期する位相同期回路を備え、前記位相同期回路の出力信号の位相と前記位置信号とが位相同期している位相同期状態において前記絶対位相情報を出力する構成を有している。 In the motor drive control device of the present invention, the absolute phase information output means includes a phase synchronization circuit that is phase-synchronized with the position signal, and the phase of the output signal of the phase synchronization circuit and the position signal are phase-synchronized. In the phase synchronization state, the absolute phase information is output.
この構成により、本発明のモータ駆動制御装置は、位相同期回路の出力信号の位相と位置信号とを位相同期させる際に得られる平滑化効果により、位置信号を平滑化して絶対位相情報に対する位置信号の変化点のずれを従来のものよりも小さく抑えることができるので、回転むら、振動及び騒音の発生を抑えることができる。 With this configuration, the motor drive control device of the present invention smoothes the position signal by the smoothing effect obtained when the phase of the output signal of the phase synchronization circuit and the position signal are phase-synchronized, and the position signal for the absolute phase information Since the shift of the change points of the above can be suppressed to be smaller than that of the conventional one, the occurrence of uneven rotation, vibration and noise can be suppressed.
さらに、本発明のモータ駆動制御装置は、前記絶対位相情報出力手段が、前記位置信号の信号レベルの各変化点にそれぞれ対応する予め定められた複数の基準位相と前記絶対位相情報に対応する位相とを比較して位相差を求める位相比較器と、前記位相差に応じた周波数のパルス信号を生成するパルス信号生成器と、前記パルス信号を基準として前記絶対位相情報に対応する位相の信号を生成する位相信号生成器とを備えた構成を有している。 Further, in the motor drive control device according to the present invention, the absolute phase information output means includes a plurality of predetermined reference phases respectively corresponding to change points of the signal level of the position signal and phases corresponding to the absolute phase information. A phase comparator for obtaining a phase difference, a pulse signal generator for generating a pulse signal having a frequency corresponding to the phase difference, and a signal having a phase corresponding to the absolute phase information on the basis of the pulse signal. And a phase signal generator to be generated.
この構成により、本発明のモータ駆動制御装置は、位置信号の信号レベルの各変化点にそれぞれ対応する予め定められた複数の基準位相と絶対位相情報に対応する位相とを比較して位相差を求め、この位相差に応じた周波数のパルス信号を生成するので、より精密な絶対位相情報を出力することができる。また、この構成により、本発明のモータ駆動制御装置は、位相信号生成器をカウンタで構成した際にカウント数範囲を大きくすることにより、位相比較のダイナミックレンジを広くすることができ、位相同期回路の安定な動作が可能となる。 With this configuration, the motor drive control device of the present invention compares a plurality of predetermined reference phases respectively corresponding to each change point of the signal level of the position signal and a phase corresponding to the absolute phase information to obtain a phase difference. Since a pulse signal having a frequency corresponding to the phase difference is obtained and more precise absolute phase information can be output. Also, with this configuration, the motor drive control device of the present invention can widen the dynamic range of phase comparison by increasing the count number range when the phase signal generator is configured with a counter. Stable operation is possible.
さらに、本発明のモータ駆動制御装置は、前記位置信号に応じて前記複数相の電機子巻線に矩形波状の電流を流すための矩形波駆動信号を出力する矩形波駆動手段を備え、前記位相同期回路が前記位相同期状態にあるとき前記正弦波駆動信号によって前記モータを駆動し、前記位相同期回路が前記位相同期状態にないとき前記矩形波駆動信号によって前記モータを駆動する構成を有している。 Furthermore, the motor drive control device according to the present invention further includes a rectangular wave driving unit that outputs a rectangular wave driving signal for causing a rectangular wave current to flow through the plurality of armature windings in accordance with the position signal, The motor is driven by the sine wave drive signal when the synchronization circuit is in the phase synchronization state, and the motor is driven by the rectangular wave drive signal when the phase synchronization circuit is not in the phase synchronization state. Yes.
この構成により、本発明のモータ駆動制御装置は、起動時や意図的な変速時等のように、モータの回転数が極端に低い場合や、モータの回転数の変化が非常に速い場合において位相同期が正常にできないときはモータを矩形波駆動し、モータが定常状態にある場合のように、正常に位相同期しているときはモータを正弦波駆動するので、脱調や不安定な動作が生じず、常に安定したモータ駆動を行うことができる。 With this configuration, the motor drive control device according to the present invention is phase-shifted when the motor rotation speed is extremely low, such as during startup or intentional shifting, or when the motor rotation speed change is very fast. When synchronization is not normal, the motor is driven by a rectangular wave, and when the motor is in phase synchronization normally, such as when the motor is in a steady state, the motor is driven by a sine wave. It does not occur and stable motor driving can always be performed.
さらに、本発明のモータ駆動制御装置は、前記回転子の回転数に対応する周波数を検出する周波数検出手段と、予め定められた前記回転子の目標回転数に対応する目標周波数と前記周波数検出手段が検出した周波数との周波数差を検出する周波数差検出手段と、前記モータを駆動するための駆動電圧制御信号を前記周波数差に基づいて生成する制御信号生成手段とを備えた構成を有している。 Furthermore, the motor drive control device of the present invention includes a frequency detection means for detecting a frequency corresponding to the rotation speed of the rotor, a target frequency corresponding to a predetermined target rotation speed of the rotor, and the frequency detection means. A frequency difference detecting means for detecting a frequency difference from the detected frequency, and a control signal generating means for generating a drive voltage control signal for driving the motor based on the frequency difference. Yes.
この構成により、本発明のモータ駆動制御装置は、フィードバック制御によってモータ速度制御するものよりも精密にモータ速度制御を行うことができる。 With this configuration, the motor drive control device of the present invention can perform the motor speed control more precisely than the apparatus that controls the motor speed by feedback control.
さらに、本発明のモータ駆動制御装置は、前記駆動電圧制御信号に応じて前記正弦波駆動信号を振幅変調する正弦波振幅変調手段を備えた構成を有している。 Furthermore, the motor drive control device of the present invention has a configuration provided with sine wave amplitude modulation means for amplitude modulating the sine wave drive signal in accordance with the drive voltage control signal.
この構成により、本発明のモータ駆動制御装置は、任意の電圧でモータを正弦波駆動することができるので、モータの駆動制御を容易に行うことができる。 With this configuration, the motor drive control device of the present invention can drive the motor with a sine wave at an arbitrary voltage, so that the drive control of the motor can be easily performed.
さらに、本発明のモータ駆動制御装置は、前記駆動電圧制御信号に応じて前記正弦波駆動信号及び前記矩形波駆動信号を振幅変調する駆動信号振幅変調手段を備えた構成を有している。 Furthermore, the motor drive control device of the present invention has a configuration including drive signal amplitude modulation means for amplitude modulating the sine wave drive signal and the rectangular wave drive signal in accordance with the drive voltage control signal.
この構成により、本発明のモータ駆動制御装置は、任意の電圧の正弦波及び矩形波でモータを駆動することができるので、モータの駆動制御を容易に行うことができる。 With this configuration, the motor drive control device of the present invention can drive the motor with a sine wave and a rectangular wave of an arbitrary voltage, so that the drive control of the motor can be easily performed.
本発明は、従来のものよりも、低騒音、低振動で、かつ精密なモータ駆動制御を行うことができるという効果を有するモータ駆動制御装置を提供することができるものである。 The present invention can provide a motor drive control device having the effect of being able to perform precise motor drive control with lower noise and vibration than conventional ones.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、本発明のモータ駆動制御装置をブラシレスモータの駆動制御に適用した例を挙げて説明する。ここで例示するブラシレスモータは、3相(U相、V相及びW相)の電機子巻線が星形に接続され、この電機子巻線を固定子とし、配置個数が6個である6極の永久磁石が回転子として固定子の外側を回転するものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. An example in which the motor drive control device of the present invention is applied to drive control of a brushless motor will be described. In the brushless motor illustrated here, three-phase (U-phase, V-phase and W-phase) armature windings are connected in a star shape, and this armature winding is used as a stator, and the number of arrangement is six. A pole permanent magnet rotates as a rotor on the outside of the stator.
まず、本発明に係るモータ駆動制御装置の一実施の形態における構成について説明する。 First, the configuration of an embodiment of a motor drive control device according to the present invention will be described.
図1に示すように、本実施の形態におけるモータ駆動制御装置100は、ブラシレスモータ10の情報を取得するモータ情報取得手段20と、制御データを生成する制御データ生成手段30と、正弦波信号を出力する正弦波信号出力手段40と、動作モードを設定する動作モード設定手段50と、ブラシレスモータ10の駆動電圧を制御する駆動電圧制御手段60とを備えている。
As shown in FIG. 1, the motor
ブラシレスモータ10は、U相、V相及びW相を有するモータコイル11と、6極の永久磁石を有する回転子(図示省略)の回転位置を検知する3つのホールセンサ12(12a〜12c)と、回転子の回転数に応じてパルス信号を出力する周波数発生器(Frequency Generator:以下「FG」という。)13とを備えている。
The
ホールセンサ12は、回転子の磁界の変化を電圧の変化に変換し、回転子の回転位置を検出するようになっている。なお、ホールセンサ12は、回転子の回転中心を基準として互いに120度の角度で固定子上に配置されているものとする。
The
FG13は、例えば光学エンコーダや、磁気センサ等で構成され、ブラシレスモータ10の回転速度に比例した周波数の周期信号を発生させるようになっている。
The
なお、本実施の形態においては、ホールセンサ12を用いて回転子の回転位置を検出するものとするが、これに限定するものではなく、例えばフォトダイオードを用いた光学式のエンコーダや赤外線センサ等、電磁変換方式以外の方式のセンサを用いてもよい。
In the present embodiment, the rotational position of the rotor is detected using the
モータ情報取得手段20は、ホールセンサ12の出力信号を増幅するホールアンプ21と、FG13が出力するFG信号を増幅するFGアンプ22とを備えている。なお、ホールアンプ21は、本発明の位置信号出力手段に対応する。
The motor
ホールアンプ21は、ホールセンサ12が出力する信号を増幅し、波形整形を行ってU相、V相及びW相にそれぞれ対応する2値のホール信号HU、HV及びHWを出力するようになっている。なお、以下の記載において、ホール信号HU、HV及びHWの3つを総称する場合は「HG信号」という。
The
FGアンプ22は、FG13の出力信号の増幅し、波形整形を行って2値のFG信号として出力するようになっている。FG信号はモータ1回転につき所定数(例えば100個)のパルスになる。モータ1回転当たりのパルス数はFG13の構成により決まる。なお、FGアンプ22は、本発明の周波数検出手段に対応する。
The
制御データ生成手段30は、目標周波数のパルス信号を発生する目標周波数発生器31と、周波数を比較する周波数比較器32と、誤差信号を増幅する誤差増幅器33とを備えている。
The control data generating means 30 includes a
目標周波数発生器31は、ブラシレスモータ10の目標回転数に対応する目標周波数のパルス信号を発生するようになっている。
The
周波数比較器32は、FGアンプ22が出力するFG信号の周波数と、目標周波数発生器31が出力するパルス信号の周波数とを比較し、両者の周波数の差に応じた誤差信号を出力するようになっている。なお、周波数比較器32は、本発明の周波数差検出手段に対応する。
The
誤差増幅器33は、周波数比較器32が出力する誤差信号を増幅し、ブラシレスモータ10を駆動するための制御データを出力するようになっている。ここで、誤差増幅器33は、FG周波数の方が目標周波数より低いとき、正の符号の制御データを出力するものである。誤差増幅器33のゲインを大きくすることで、目標周波数に対応する速度とモータ回転速度とがほぼ等しくなるよう制御データが出力される。
The
制御データは、後述するように、正弦波駆動波形又は矩形波駆動波形を振幅変調した形でモータコイル11の印加電圧に対応するものである。この制御データにより、モータ回転速度が目標周波数に応じた速度にほぼ等しくなるよう速度制御が行われる。ここで、制御データは、特許請求の範囲に記載の駆動電圧制御信号に対応する。また、誤差増幅器33は、本発明の制御信号生成手段に対応する。
As will be described later, the control data corresponds to the voltage applied to the
なお、誤差増幅器33の構成を、誤差信号の増幅のみでなく、例えば誤差信号の低域の信号成分を積分したり、誤差信号の高域のノイズ成分をカットしたりするフィルタを含むものとしてもよい。
The configuration of the
正弦波信号出力手段40は、位相同期部70と、カウンタ41と、正弦波発生器42(42U、42V、42W)と、ロック判定部43とを備えている。
The sine wave signal output means 40 includes a
位相同期部70は、ホール信号HU、HV及びHWを入力してクロック信号SinCkを出力するものであり、例えばPLL(Phase Locked Loop)回路で構成される。ここで、PLL回路は、本発明の位相同期回路に対応する。
The
具体的には、位相同期部70は、入力信号であるホール信号HU、HV及びHWの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの位相と、出力信号であるクロック信号SinCkの位相とを比較し、比較結果に応じてクロック信号SinCkの周波数を可変するものである。その結果、位相同期部70は、ホール信号HU、HV及びHWの各エッジに位相同期したクロック信号SinCkを出力することができる。このクロック信号SinCkの周波数は、ホール信号HU、HV及びHWのエッジ周波数を逓倍した周波数である。なお、本実施の形態のおいては、クロック信号SinCkの周波数を例えばホール信号HUの周波数の192倍とする。
Specifically, the
また、位相同期部70は、ホール信号HU、HV及びHWの例えば1周期に1回、所定の絶対位相でロード(Load)信号を出力するようになっている。なお、絶対位相は、回転子の1周期内において定めてもよいし、複数の周期内において定めてもよい。
Further, the
以下、位相同期部70及びロック判定部43の構成について図2〜図7を適宜参照しながら説明する。図2は、位相同期部70及びロック判定部43のブロック図である。図3は、モータ1回転分におけるHG信号及びFG信号の波形、後述するカウンタ73のカウント状態等を示している。前述のように、ホールセンサ12a〜12cが互いに120度の角度で配置されているので、図3に示すように、ホール信号HU、HV及びHWの3つを合わせて1周期(電気角360度)当たり6通りの組み合わせ論理状態が得られている。したがって、電気角では60度ごとに信号のハイレベル及びローレベルの状態が変化している。モータ1回転ではこれが3周期なので、18回の状態変化があり、モータ回転角20度ごとに変化する。
Hereinafter, the configurations of the
まず、位相同期部70の構成について説明する。なお、位相同期部70をPLL回路で構成した例を挙げて説明する。
First, the configuration of the
図2に示すように、位相同期部70は、エッジ検出器71と、オフセット生成器72と、カウンタ73と、レジスタ74と、位相比較器75と、増幅器76と、積分器77と、加算器78と、VCO(Voltage Controlled Oscillator:電圧制御発振器)79と、分周器80と、ロード信号発生器81とを備えている。なお、図2において、記号「==」は「と等しい」ことを示している。
As shown in FIG. 2, the
エッジ検出器71は、HG信号の全ての立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジを検出するものであり、エッジを検出した際にエッジ検出信号をレジスタ74に出力するようになっている。具体的には、エッジ検出器71は、図3に示すように、ホール信号HUの立ち上がりエッジの位置を示すUR及び立ち下がりエッジの位置を示すUFと、ホール信号HVの立ち上がりエッジの位置を示すVR及び立ち下がりエッジの位置を示すVFと、ホール信号HWの立ち上がりエッジの位置を示すWR及び立ち下がりエッジの位置を示すWFとを検出するものである。なお、図3に示したUR〜VFの1周期、すなわちHG信号の1周期でエッジ検出信号は6個得られることとなる。
The
オフセット生成器72は、HG信号の6個のエッジそれぞれに対応して、後述するように、予め定められた固有の基準カウンタ値を示す信号を生成するようになっている。なお、この基準カウンタ値は、特許請求の範囲に記載の基準位相に対応する。
As will be described later, the offset
カウンタ73は、VCO79が出力するクロック信号VcoCkを入力するようになっており、クロック信号VcoCkの入力ごとにカウントダウンし、767から0までのカウントを繰り返すダウンカウンタである。なお、カウンタ73は、本発明の位相信号生成器に対応する。
The
レジスタ74は、エッジ検出器71及びカウンタ73に接続され、エッジ検出器71がエッジ検出信号を出力するタイミングでカウンタ73のカウンタ値をラッチ(保持)するようになっている。
The
位相比較器75は、オフセット生成器72及びレジスタ74に接続され、オフセット生成器72が生成した基準カウンタ値と、レジスタ74が保持したカウンタ値とを比較してその差を算出するようになっている。
The
具体的には、位相比較器75は、レジスタ74が保持したカウンタ値からオフセット生成器72が生成した基準カウンタ値を減算し、HG信号のエッジ6個に対応する、カウンタ値のそれぞれの位相比較結果を示すデータ(以下「位相差PhDat」という。)を出力するものである。すなわち、位相比較器75は、HG信号の各エッジの絶対位相に対して、それぞれカウンタ73の基準カウンタ値つまりクロック信号VcoCkの絶対位相を比較していることになる。
Specifically, the
図3を用いてさらに具体的に説明する。なお、オフセット生成器72が位相比較器75に出力する基準カウンタ値を次の値とし、各基準カウンタ値に±64の幅を持たせる。これらの基準カウンタ値は、HG信号の各エッジの理想的な検出位置に基づいて予め定められるものである。
This will be described more specifically with reference to FIG. The reference counter value output from the offset
(1)HU信号の立ち上がりエッジURに対応する基準カウンタ値を「704」
(2)HW信号の立ち下がりエッジWFに対応する基準カウンタ値を「576」
(3)HV信号の立ち上がりエッジVRに対応する基準カウンタ値を「448」
(4)HU信号の立ち下がりエッジUFに対応する基準カウンタ値を「320」
(5)HW信号の立ち上がりエッジWRに対応する基準カウンタ値を「192」
(6)HV信号の立ち下がりエッジVFに対応する基準カウンタ値を「64」
まず、HU信号の立ち上がりエッジURが発生した時点で、カウンタ73のカウンタ値がレジスタ74にロードされるとともに、URに対応する基準カウンタ値「704」がオフセット生成器72から出力され、位相比較器75は、カウンタ73のカウンタ値と基準カウンタ値「704」とを比較し、位相差PhDatを算出して出力する。
(1) The reference counter value corresponding to the rising edge UR of the HU signal is set to “704”.
(2) The reference counter value corresponding to the falling edge WF of the HW signal is “576”.
(3) The reference counter value corresponding to the rising edge VR of the HV signal is “448”.
(4) The reference counter value corresponding to the falling edge UF of the HU signal is set to “320”.
(5) The reference counter value corresponding to the rising edge WR of the HW signal is “192”.
(6) The reference counter value corresponding to the falling edge VF of the HV signal is “64”.
First, when the rising edge UR of the HU signal occurs, the counter value of the
以下同様に、位相比較器75は、HW信号の立ち下がりエッジWF時点のカウンタ値と基準カウンタ値「576」とを、HV信号の立ち上がりエッジVR時点のカウンタ値と基準カウンタ値「448」とを、HU信号の立ち下がりエッジUF時点のカウンタ値と基準カウンタ値「320」とをそれぞれ逐次比較し、位相差PhDatを逐次算出して出力する。さらに、位相比較器75は、HW信号の立ち上がりエッジWR時点のカウンタ値と基準カウンタ値「192」とを、HV信号の立ち下がりエッジVF時点のカウンタ値と基準カウンタ値「64」とを逐次比較し、位相差PhDatを逐次算出して出力する。
Similarly, the
ここで、位相差PhDatの値は、HG信号のエッジが到来したときのカウンタ値が、当該HG信号のエッジに対応する基準カウンタ値と等しいとき位相差"0"であり、カウンタ73のカウンタ値が各基準カウンタ値よりも大きいとき(カウンタ位相が遅れ位相のとき)は、+1から+64までの正の位相差、カウンタ73のカウンタ値が各基準カウンタ値よりも小さいとき(カウンタ位相が進み位相のとき)は、−1から−64までの負の位相差となる。
Here, the value of the phase difference PhDat is the phase difference “0” when the counter value when the edge of the HG signal arrives is equal to the reference counter value corresponding to the edge of the HG signal. Is larger than each reference counter value (when the counter phase is a lag phase), a positive phase difference from +1 to +64, and when the counter value of the
図2に戻り、位相同期部70の構成の説明を続ける。
増幅器76は、位相差PhDatを増幅し、加算器78に出力するものである。積分器77は、位相差PhDatを積分し、加算器78に出力するものである。加算器78は、増幅器76の出力信号と積分器77の出力信号とを加算し、VCO79に出力するようになっている。以上の構成により、HG信号の周波数が平均的に一定周波数のとき、積分器77の出力が平均的に一定値になり、位相差PhDatは平均的に"0"に制御される。したがって、位相同期部70は、積分器77の効果により定常位相差を持たないので、正確な絶対位相情報を出力することができる。
Returning to FIG. 2, the description of the configuration of the
The
なお、増幅器76、積分器77及び加算器78による構成は、位相差PhDatを増幅する誤差増幅器であり、低周波領域では積分器77によってよりゲインが上がる、公知のPI(Propotinal+Integrational)制御器となっている。
The configuration of the
VCO79は、デジタル方式の電圧制御発振器であり、加算器78の出力信号の値に比例した周波数のクロック信号VcoCkを出力するようになっている。すなわち、位相差PhDatが正(カウンタ位相が遅れ位相)のときは、より周波数を高くしてカウンタ位相を進ませ、位相差PhDatが負(カウンタ位相が進み位相)のときは、より周波数を低くしてカウンタ位相を遅らせる。この結果、位相差PhDatの値が"0"になるようクロック信号VcoCkの周波数とカウンタ73の絶対位相とが制御されることとなる。なお、本実施の形態においては、クロック信号VcoCkは、HG信号の768逓倍の周波数を持つものとする。また、VCO79は、本発明のパルス信号生成器に対応する。
The
VCO79の構成は、例えば図4に示すように、入力データVcoInを加算器79aとレジスタ79bとで累積加算させ、そのキャリ信号をクロック信号VcoCkとすることで実現できる。レジスタ79bに入力する加算クロック信号clkは固定周波数fclkのクロック信号であり、この固定周波数fclkはクロック信号VcoCkより十分高い周波数が好ましい。また、クロック信号VcoCkの周波数fVcoCkは、累積加算データのビット幅をnビットとすると次式で得られ、入力データVcoInに比例する。
For example, as shown in FIG. 4, the configuration of the
fVcoCk=VcoIn×(1/2n)×fclk (Hz)
なお、VCO79の構成は、図4に示されたものに限定されず、例えばD/A変換器で入力データVcoInをアナログ信号に変換した後、この信号をアナログ方式のVCOの制御電圧として入力する構成としてもよい。
f VcoCk = VcoIn × (1/2 n ) × f clk (Hz)
The configuration of the
図1に戻り、位相同期部70の構成の説明を続ける。
分周器80は、クロック信号VcoCkを1/4に分周して正弦波生成用のクロック信号SinCkを出力するようになっている。ここで、分周器80を設けた理由を説明する。前述のように、クロック信号VcoCkは、HG信号周波数の768倍のクロックとしているので、位相差のレンジを広く(±64の範囲)確保することができ、PLL回路を安定に動作させることができる。ただし、一般にモータ駆動のための正弦波としてはHG信号周波数の768倍のクロックを用いるような高い分解能は必要ないことが多いので分周器80を設け、クロック信号VcoCkを1/4に分周し、HG信号周波数の192倍となる周波数のクロック信号SinCkを出力する構成としている。
Returning to FIG. 1, the description of the configuration of the
The
ロード信号発生器81は、カウンタ73に接続されており、カウンタ73のカウンタ値が0になったときLoad信号を発生して出力するようになっている。ロード信号発生器81がLoad信号を出力するタイミングは、例えば図3に示すように、ホール信号HUの立ち上がりエッジURの少し手前としている。この位置は、位相同期部70の構成の説明で述べた所定の絶対位相に相当するものである。なお、図3において、2つ目のLoad信号の出力位置における絶対位相を0度とすることにより、HG信号の例えば1周期分の絶対位相を定めることができる。
The
以上のように、本実施の形態における位相同期部70は、PLL回路で構成され、HG信号を入力して正弦波生成用のクロック信号SinCkを出力するものである。一般にPLL回路は、フィードバックループによって入力信号位相のノイズ的な変化が平滑化され、出力クロック信号の位相変化を小さく抑えることができるという平滑化効果を有する。したがって、位相同期部70は、PLL回路の平滑化効果によって、入力信号であるHG信号の位相変化を抑えることができる。
As described above, the
ここで、平滑化について図5及び図6を用いて説明する。
図5(a)は、HG信号の1つの波形(例えばホール信号HU)を示しており、ある絶対位相を基準としてモータ5回転分の波形を取り込んだ状態を示す概念図である。理想的なモータにおいては、HG信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジは、複数周期の期間において同一の位置に現れるが、現実にはHG信号の各エッジ位置は、ホールセンサや永久磁石等の部品の取り付け精度誤差、外来ノイズ等によってΔTの幅でばらつくものとなる。しかしながら、位相同期部70は、PLL回路で構成されているので、その平滑化特性により、図5(b)に示すように平滑化することができる。
Here, smoothing will be described with reference to FIGS.
FIG. 5A shows one waveform of the HG signal (for example, the hall signal HU), and is a conceptual diagram showing a state in which a waveform corresponding to five rotations of the motor is taken with a certain absolute phase as a reference. In an ideal motor, the rising edge and the falling edge of the HG signal appear at the same position in a plurality of periods, but in reality, each edge position of the HG signal is the position of a component such as a hall sensor or a permanent magnet. Variations in the width of ΔT due to mounting accuracy errors, external noise, and the like. However, since the
PLL回路による平滑化の波形は、例えば図6に示すようなものとなる。図6は、入力信号の位相と出力信号の位相との位相ずれを概念的に示している。PLL回路による平滑化効果により、入力信号のノイズ的な位相変化として例えば任意単位"1"の変化があっても、出力クロックの位相変化を例えば"0.1"程度に抑えることができる。換言すれば、ホール信号の電気角ずれが例えば10度相当あっても、電気角で例えば1度相当に抑えることができる。このような効果はPLL回路のループ帯域設計を適切に行うことで実現できることはよく知られている。ループ帯域の特性は、図2に示した位相同期部70の回路においては、増幅器76、積分器77及び加算器78の構成に関わり、例えば増幅器76のゲインを下げていくと位相同期の追従速度は低下するが平滑化特性は向上するものとなる。
The waveform of smoothing by the PLL circuit is, for example, as shown in FIG. FIG. 6 conceptually shows the phase shift between the phase of the input signal and the phase of the output signal. Due to the smoothing effect of the PLL circuit, the phase change of the output clock can be suppressed to, for example, about “0.1” even if there is a change of, for example, an arbitrary unit “1” as the noise-like phase change of the input signal. In other words, even if the electrical angle deviation of the Hall signal is 10 degrees, for example, the electrical angle can be suppressed to 1 degree, for example. It is well known that such an effect can be realized by appropriately designing the loop bandwidth of the PLL circuit. The characteristics of the loop band are related to the configuration of the
以上のように、位相同期部70は、HG信号の各エッジ位置が、ホールセンサ12や永久磁石の取り付け精度誤差、外来ノイズ等によってばらついても、PLL回路の平滑化特性によって、HG信号の各エッジ位置のばらつきを解消することができるので、従来のものよりも位相変化が十分に小さいクロック信号SinCkを出力することができる。
As described above, even if the edge positions of the HG signal vary due to the mounting accuracy error of the
図2に戻り、続いてロック判定部43の構成を説明する。
図2に示すように、ロック判定部43は、データ比較器43aと、モノマルチバイブレータ(以下「MM」という。)43bと、ロジック回路43cとを備え、位相同期部70における入力信号であるHG信号の位相と、VCO79の出力信号であるクロック信号VcoCkの位相とが同期しているか否かを判定するようになっている。以下の説明において、HG信号の位相とクロック信号VcoCkの位相とが同期している状態を「ロック状態」といい、両者が同期していない状態を「アンロック状態」という。このロック状態は、特許請求の範囲に記載の位相同期状態に対応する。なお、「同期している」とは、HG信号の位相とクロック信号VcoCkの位相とが完全に一致している状態のみをいうものではなく、所定の幅を持って両者が一致している状態も含むものである。
Returning to FIG. 2, the configuration of the
As shown in FIG. 2, the
データ比較器43aは、位相比較器75に接続されており、位相差PhDatと予め定められた基準値(例えば"32")とを比較し、その結果を出力するようになっている。具体的には、データ比較器43aは、位相差PhDatの絶対値が"32"より小さいか否かを比較し、小さいときに判定結果としてPdOK=1の信号を出力するものである。前述のように、位相差PhDatのレンジを±64としているので、データ比較器43aは、位相差PhDatが±32の範囲内か否かを判定していることになる。
The
MM43bは、PdOK信号の立ち上がりエッジでトリガされ、所定時間だけ"1"を示す信号を出力するようになっている。
The
ロジック回路43cは、PdOK信号が"1"でMM43bの出力信号が"0"のとき、位相同期部70がロック状態にあると判定し、判定結果を示すPLL_LOCK信号を"1"として出力するようになっている。すなわち、ロジック回路43cは、位相差が±32の範囲内の状態が設定時間tMMだけ連続したら、位相同期部70がロック状態にあると判定するものである。
When the PdOK signal is “1” and the output signal of the
具体的に信号波形で説明すると、ロック判定部43の動作は、図7に示すように、位相差PhDatが±32の範囲内にあるときPdOK=1の信号を出力し、位相差PhDatが±32の範囲内にないときPdOK=0の信号を出力する。MM43bは、PdOK信号の立ち上がりエッジでトリガされ、"1"を示す信号を出力する。ロジック回路43cは、MM43bの出力信号=1の状態が設定時間tMMだけ連続してからPdOK信号=0となるまでの間にPLL_LOCK=1の信号を出力する。したがって、ロジック回路43cがPLL_LOCK=1の信号を出力する期間は、位相同期部70のロック状態の期間に相当する。
More specifically, the operation of the
図1に戻り、正弦波信号出力手段40の構成の説明を続ける。
カウンタ41は、位相同期部70が出力するLoad信号で所定値(例えば"0")に初期化され、クロック信号SinCkでカウントアップするようになっている。位相同期部70の分周器80及びロード信号発生器81の構成(図2参照)により、カウンタ41が"0"から"191"までカウントするとカウンタ41のカウンタ値は"0"に戻る。このカウンタ値が、HG信号1周期分(電気角360度)の絶対位相を表し、電気角60度当たり32カウントになる。前述のようにカウンタ41が"0"から"191"まで192カウントする構成は、HG信号1周期分で絶対位相を表した場合であり、例えばHG信号2周期分で絶対位相を表した場合は、カウンタ41が384(=192×2)カウントする構成とすればよい。
Returning to FIG. 1, the description of the configuration of the sine wave signal output means 40 will be continued.
The
なお、位相同期部70及びカウンタ41は、本発明の絶対位相情報出力手段に対応する。また、カウンタ41のカウンタ値は、特許請求の範囲に記載の「絶対位相情報」に対応する。これに対し、カウンタ73(図2参照)のカウンタ値は、特許請求の範囲に記載の「絶対位相情報に対応する位相」に対応する。前述のように、カウンタ41とカウンタ73との違いは、位相の分解能(192分割/HG周期か768分割/HG周期か)の違いだけである。したがって、カウンタ41の代わりにカウンタ73を直接使って正弦波を生成する「絶対位相情報」としてもよい。この場合は「絶対位相情報」と「絶対位相情報に対応する位相」とが同じ構成要素になる。
The
正弦波発生器42は、カウンタ41のカウンタ値に基づいて、モータコイル11のU相、V相及びW相に印加すべき3相の正弦波状の波形を正規化(振幅を±1に正規化)して出力するようになっている。この正規化された正弦波信号(以下「正規化正弦波信号」という。)に基づいてU相、V相及びW相を駆動することで、正弦波電流がモータコイル11に流れ、ブラシレスモータ10が回転することとなる。なお、正弦波発生器42は、本発明の正弦波駆動手段に対応する。
The
前述したように、位相同期部70は、PLL回路の平滑化特性によってHG信号のエッジのばらつきを解消することができるので、従来のものよりも位相変化が十分に小さいクロック信号SinCkを出力することができるものである。正弦波発生器42は、このクロック信号SinCkによってカウントアップするカウンタ41のカウンタ値に基づいて正規化正弦波信号を生成するものである。したがって、正弦波発生器42が生成した正規化正弦波信号は、従来のものよりも波形の乱れも小さく抑えられたものとなり、その結果、モータ回転に及ぼす影響も少なく抑えられる。
As described above, the
次に、動作モード設定手段50の構成について説明する。
Next, the configuration of the operation
動作モード設定手段50は、乗算器51(51U、51V、51W)と、セレクタ52(52U、52V、52W)と、動作モード指令部53とを備え、位相同期部70がロック状態にあるかアンロック状態にあるかに応じてブラシレスモータ10の動作モードを設定するようになっている。ここで、ブラシレスモータ10の動作モードは、ブラシレスモータ10を正弦波で駆動する「正弦波通電モード」と、矩形波で駆動する「矩形波通電モード」とを含む。
The operation mode setting means 50 includes a multiplier 51 (51U, 51V, 51W), a selector 52 (52U, 52V, 52W), and an operation
乗算器51は、制御データ生成手段30が出力する制御データと、正弦波発生器42が出力する正規化正弦波信号とを乗算するようになっている。例えば、乗算器51Uは、制御データと、正弦波発生器42Uが出力する正規化正弦波信号とを乗算するものである。
The multiplier 51 multiplies the control data output from the control data generating means 30 and the normalized sine wave signal output from the
セレクタ52は、ロック判定部43からPLL_LOCK信号を入力し、位相同期部70がロック状態にあるかアンロック状態にあるかに応じて、制御データ生成手段30が出力する制御データ及び乗算器51の出力信号のいずれか一方を選択して出力するものである。なお、セレクタ52の出力データを以下「駆動データ」という。図1においては、セレクタ52U、52V及び52Wの出力データを、それぞれ、駆動データdataU、dataV及びdataWと表している。
The
具体的には、位相同期部70がロック状態にあるとき(PLL_LOCK=1)、セレクタ52U、52V及び52Wは、それぞれ、乗算器51U、51V及び51Wの出力信号を選択するようになっている。一方、セレクタ52U、52V及び52Wは、位相同期部70がアンロック状態にあるとき(PLL_LOCK=0)、制御データ生成手段30が出力する制御データを選択するようになっている。したがって、位相同期部70がアンロック状態にあるとき、駆動データdataU、dataV、dataWは同一のデータになる。
Specifically, when the
動作モード指令部53は、ホールアンプ21及びロック判定部43に接続され、位相同期部70がロック状態にあるかアンロック状態にあるかに応じて、駆動電圧制御手段60の動作モードを指令するための動作モード指令信号を出力するようになっている。なお、動作モード指令部53は、本発明の矩形波駆動手段に対応する。
The operation
例えば、動作モード指令部53は、位相同期部70がロック状態にあるとき(PLL_LOCK=1)、駆動電圧制御手段60が「正弦波通電モード」で動作するよう制御するための動作モード指令信号ph_U、ph_V、ph_Wを駆動電圧制御手段60に出力するようになっている。
For example, the operation
一方、動作モード指令部53は、位相同期部70がアンロック状態にあるとき(PLL_LOCK=0)、駆動電圧制御手段60が「矩形波通電モード」で動作するよう、ホール信号HU、HV及びHW信号の状態に応じて動作モード指令信号ph_U、ph_V、ph_Wを駆動電圧制御手段60に出力するようになっている。
On the other hand, when the
次に、駆動電圧制御手段60の構成について説明する。 Next, the configuration of the drive voltage control means 60 will be described.
駆動電圧制御手段60は、パルス幅変調(Pulse Width Modulation:以下「PWM」という。)を行うPWM駆動部61(61U、61V、61W)を備えている。 The drive voltage control means 60 includes a PWM drive unit 61 (61U, 61V, 61W) that performs pulse width modulation (hereinafter referred to as “PWM”).
PWM駆動部61は、セレクタ52から駆動データを入力し、動作モード指令部53が出力する動作モード指令信号に基づいて動作するようになっている。なお、PWM駆動部61は、本発明の正弦波駆動手段、矩形波駆動手段、正弦波振幅変調手段及び駆動信号振幅変調手段に対応する。
The PWM drive unit 61 receives drive data from the
例えば、PWM駆動部61は、動作モード指令部53が「矩形波通電モード」で動作するよう制御するための動作モード指令信号を出力しているとき、制御データ生成手段30が生成した制御データをセレクタ52から駆動データとして入力し、駆動データに比例したパルス幅でモータコイル11をPWM駆動して電流を流す。
For example, the PWM drive unit 61 outputs the control data generated by the control
具体的には、図8に示すように、ホール信号HU、UV及びHWに対して、位相同期部70がアンロック状態(PLL_LOCK=0)にあるときの矩形波駆動波形U、V、Wは図8中段に示すような位相関係となる。ここで「M」、「PWM_H」及び「PWM_L」の記号で示した信号が、動作モード指令部53から指令される動作モード指令信号ph_U、ph_V及びph_Wにそれぞれ対応している。
Specifically, as shown in FIG. 8, the rectangular wave drive waveforms U, V, and W when the
次に、図9にPWM駆動部61の矩形波駆動時の各動作モード「M」「PWM_H」「PWM_L」に対応したPWMパルス例を示す。モード「M」は、モータコイル11には電流を流さないモードであり、デューティ50%のパルスが出力される。モード「PWM_H」では、駆動データ(ここでは常に正)に応じてハイレベルの時間を50%よりも長くして駆動される。モード「PWM_L」では、駆動データ(ここでは常に正)に応じてハイレベルの時間を逆に50%よりも短くして駆動される。
Next, FIG. 9 shows an example of PWM pulses corresponding to each operation mode “M”, “PWM_H”, and “PWM_L” when the PWM drive unit 61 drives the rectangular wave. The mode “M” is a mode in which no current flows through the
一方、PWM駆動部61は、動作モード指令部53が「正弦波通電モード」で動作するよう制御するための動作モード指令信号を出力しているとき、乗算器51が制御データと正規化正弦波信号とを乗算した信号をセレクタ52から駆動データとして入力し、駆動データに比例したパルス幅でモータコイル11をPWM駆動して電流を流す。
On the other hand, when the PWM drive unit 61 outputs an operation mode command signal for controlling the operation
PWM駆動部61における「正弦波通電モード」での動作波形は、図9の「Sin」で示すものとなる。すなわち、駆動データは"0"中心に正負の信号であるので、駆動データが"0"のとき出力パルスのデューティが50%になり、駆動データが正のとき駆動データに応じてパルスのハイレベルの幅が長くなる。駆動データが負のとき駆動データに応じてパルスのハイレベルの幅が短くなる。パルスの基本周期は所定値tpwmである。tpwmは正弦波駆動の周期よりも十分短くするのが好ましい。 The operation waveform in the “sine wave energization mode” in the PWM drive unit 61 is indicated by “Sin” in FIG. 9. That is, since the drive data is a positive / negative signal centered on “0”, the duty of the output pulse is 50% when the drive data is “0”, and the high level of the pulse according to the drive data when the drive data is positive. The width of becomes longer. When the drive data is negative, the high level width of the pulse is shortened according to the drive data. The basic period of the pulse is a predetermined value tpwm. It is preferable that tpwm be sufficiently shorter than the period of the sine wave drive.
図9に示したようなPWM駆動により、モータコイル11が接続された端子間(図示省略)には、パルスデューティの高い端子から低い端子(平均電圧の高い端子から低い端子)に電流が流れ、結果的にモータコイル11のインダクタンス成分によって平滑化され駆動データに応じた正弦波状の電流が流れる。
By the PWM drive as shown in FIG. 9, between the terminals to which the
なお、以上の説明において、位相同期部70をPLL回路で構成する例を挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、回転子の位置を示す位置信号を平滑化し、位置信号に応じた絶対位相情報を出力するものであればよい。また、従来、例えばモータの速度制御にPLL回路が用いられることがある。このような速度制御等に用いられるPLL回路に本発明に係る位相同期部70の機能を持たせてもよいし、速度制御等に用いられるPLL回路とは別個に位相同期部70を備える構成としてもよい。
In the above description, the example in which the
次に、本実施の形態におけるモータ駆動制御装置100の動作について説明する。
Next, the operation of the motor
まず、モータ情報取得手段20において、ホールアンプ21は、ブラシレスモータ10に備えられたホールセンサ12から回転子の位置を示す位置信号を入力して増幅し、正弦波信号出力手段40の位相同期部70と、動作モード設定手段50の動作モード指令部53とにHG信号を出力する。また、FGアンプ22は、ブラシレスモータ10に備えられたFG13から回転子の回転速度を示す信号を入力して増幅し、制御データ生成手段30の周波数比較器32にFG信号を出力する。
First, in the motor information acquisition means 20, the
次に、制御データ生成手段30において、目標周波数発生器31は、ブラシレスモータ10の目標回転数に対応する目標周波数のパルス信号を発生し、周波数比較器32に出力する。
Next, in the control data generating means 30, the
次いで、周波数比較器32は、FGアンプ22が出力するFG信号の周波数と、目標周波数発生器31が出力するパルス信号の周波数とを比較し、両者の周波数の差に応じた誤差信号を誤差増幅器33に出力する。
Next, the
続いて、誤差増幅器33は、周波数比較器32が出力する誤差信号を増幅し、ブラシレスモータ10を駆動する制御データとして動作モード設定手段50に出力する。
Subsequently, the
次に、正弦波信号出力手段40において、位相同期部70は、HG信号を入力して正弦波生成用のクロック信号SinCkを出力する。ここで、位相同期部70は、PLL回路の平滑化効果によって、入力信号であるHG信号の位相変化を抑えることができるので、クロック信号SinCkの位相変化を小さく抑えることができる。
Next, in the sine wave signal output means 40, the
また、位相同期部70は、HG信号の1周期に1回、所定の絶対位相でLoad信号を出力する。本実施の形態においては、位相同期部70は、カウンタ73(図2参照)のカウンタ値が0になったときLoad信号を発生して出力する。
In addition, the
続いて、カウンタ41は、位相同期部70が出力するLoad信号でカウンタ値が例えば"0"に初期化され、クロック信号SinCkでカウントアップする。"0"から"191"までカウントするとカウンタ41のカウンタ値は"0"に戻る。
Subsequently, the
次いで、正弦波発生器42は、カウンタ41のカウンタ値に基づいて、モータコイル11のU相、V相及びW相に印加すべき3相の正弦波状の波形を正規化し、正規化正弦波信号を動作モード設定手段50に出力する。
Next, the
一方、ロック判定部43は、位相同期部70の位相比較器75(図2参照)から位相差PhDatを入力し、位相同期部70がロック状態にあるかアンロック状態にあるかを判定し、判定結果を示すPLL_LOCK信号を動作モード設定手段50に出力する。
On the other hand, the
次に、動作モード設定手段50において、乗算器51は、制御データ生成手段30が出力する制御データと、正弦波発生器42が出力する正規化正弦波信号とを乗算する。
Next, in the operation
また、セレクタ52は、ロック判定部43からPLL_LOCK信号を入力し、位相同期部70がロック状態にあるかアンロック状態にあるかに応じて、制御データ生成手段30が出力する制御データ及び乗算器51の出力信号のいずれか一方を選択し、駆動データとして駆動電圧制御手段60に出力する。例えば、セレクタ52は、位相同期部70がロック状態にあるときは乗算器51の出力信号を選択し、位相同期部70がアンロック状態にあるときは制御データ生成手段30が出力する制御データを選択する。
The
また、動作モード指令部53は、位相同期部70がロック状態にあるかアンロック状態にあるかに応じて、駆動電圧制御手段60の動作モードを指令するための動作モード指令信号を駆動電圧制御手段60に出力する。例えば、動作モード指令部53は、位相同期部70がロック状態にあるとき、駆動電圧制御手段60が「正弦波通電モード」で動作するよう制御するための動作モード指令信号を駆動電圧制御手段60に出力し、位相同期部70がアンロック状態にあるとき、駆動電圧制御手段60が「矩形波通電モード」で動作するよう、HG信号の状態に応じて動作モード指令信号を駆動電圧制御手段60に出力する。
Further, the operation
次に、駆動電圧制御手段60において、PWM駆動部61は、セレクタ52から駆動データを入力し、動作モード指令部53が出力する動作モード指令信号に基づいて動作する。
Next, in the drive voltage control means 60, the PWM drive unit 61 receives drive data from the
例えば、PWM駆動部61は、動作モード指令部53が「矩形波通電モード」で動作するよう制御するための動作モード指令信号を出力しているとき、制御データ生成手段30が生成した制御データをセレクタ52から駆動データとして入力し、駆動データに比例したパルス幅でモータコイル11をPWM駆動して電流を流す。
For example, the PWM drive unit 61 outputs the control data generated by the control
一方、PWM駆動部61は、動作モード指令部53が「正弦波通電モード」で動作するよう制御するための動作モード指令信号を出力しているとき、乗算器51が制御データと正規化正弦波信号とを乗算した信号をセレクタ52から駆動データとして入力し、駆動データに比例したパルス幅でモータコイル11をPWM駆動して電流を流す。その結果、モータコイル11が接続された端子間には、パルスデューティの高い端子から低い端子に電流が流れ、モータコイル11のインダクタンス成分によって平滑化され駆動データに応じた正弦波状の電流が流れる。
On the other hand, when the PWM drive unit 61 outputs an operation mode command signal for controlling the operation
以上のように、本実施の形態におけるモータ駆動制御装置100によれば、位相同期部70は、入力したHG信号を平滑化することによって従来のものよりも位相変化が十分に小さいクロック信号SinCkを出力し、カウンタ41は、クロック信号SinCkでカウントアップしてHG信号の絶対位相情報を示すカウンタ値を出力し、PWM駆動部61は、絶対位相情報に基づいて正弦波駆動及び矩形波駆動を行う構成としたので、回転むら、振動及び騒音の発生を抑えることができる。
As described above, according to the motor
したがって、本発明のモータ駆動制御装置は、正弦波駆動信号の歪みや不連続性を従来のものよりも小さくすることができ、低騒音、低振動で、かつ精密なモータ駆動制御を行うことができる。 Therefore, the motor drive control device of the present invention can make distortion and discontinuity of the sine wave drive signal smaller than the conventional one, and can perform precise motor drive control with low noise and vibration. it can.
なお、起動時や意図的な変速時等のように、HG信号が極端に低い周波数の場合や、周波数変化が非常に速いときは、これに位相同期する位相同期部70が正常にロックできないおそれがある。このため、本実施の形態におけるモータ駆動制御装置100は、位相同期部70がアンロック状態にあるときは矩形波駆動とし、ロック状態あるときは正弦波駆動にする構成としたので、常に安定したモータ駆動が可能になる。
When the HG signal has an extremely low frequency, such as during startup or intentional shifting, or when the frequency change is very fast, the
ここで、矩形波駆動になるのは、起動時や意図的な変速時など、過渡的な場合に過ぎないので、矩形波駆動特有の振動や騒音問題が起こるのは実使用上無視できる程度のごくわずかな時間である。ほとんどの時間は正弦波駆動で動作するので、正弦波駆動の特長である低振動や低騒音の効果は十分保たれる。 Here, the rectangular wave drive is only a transitional case such as start-up or intentional shifting, so the vibration and noise problems peculiar to the rectangular wave drive are negligible in practical use. Very little time. Since it operates with sine wave drive most of the time, the effects of low vibration and low noise, which are the features of sine wave drive, are sufficiently maintained.
なお、前述の実施の形態において、FG13及びFGアンプ22の出力信号を、ホール素子信号HU、HV、HWのいずれか、あるいは組み合わせた信号で代用することもできる。この場合でもモータ回転数に比例した周波数が生成されるからである。ただし、FG13をホールセンサ12とは別に設けると、パルス数をHG信号によるパルスより多くできるため、より精密な速度制御ができるので好ましい。
In the above-described embodiment, the output signals of the
以上のように、本発明に係るモータ駆動制御装置は、従来のものよりも、低騒音、低振動で、かつ精密なモータ駆動制御を行うことができるという効果を有し、複数の電機子巻線を有するブラシレスモータの駆動を制御するモータ駆動制御装置等として有用である。 As described above, the motor drive control device according to the present invention has the effect of being able to perform precise motor drive control with lower noise and vibration than the conventional one, and a plurality of armature windings. This is useful as a motor drive control device for controlling the drive of a brushless motor having a wire.
10 ブラシレスモータ
11 モータコイル
12(12a〜12c) ホールセンサ
13 FG
20 モータ情報取得手段
21 ホールアンプ(位置信号出力手段)
22 FGアンプ(周波数検出手段)
30 制御データ生成手段
31 目標周波数発生器
32 周波数比較器(周波数差検出手段)
33 誤差増幅器(制御信号生成手段)
40 正弦波信号出力手段
41 カウンタ(絶対位相情報出力手段)
42(42U、42V、42W) 正弦波発生器(正弦波駆動手段)
43 ロック判定部
43a データ比較器
43b MM
43c ロジック回路
50 動作モード設定手段
51(51U、51V、51W) 乗算器
52(52U、52V、52W) セレクタ
53 動作モード指令部(矩形波駆動手段)
60 駆動電圧制御手段
61(61U、61V、61W) PWM駆動部(正弦波駆動手段、矩形波駆動手段、正弦波振幅変調手段、駆動信号振幅変調手段)
70 位相同期部(絶対位相情報出力手段、位相同期回路)
71 エッジ検出器
72 オフセット生成器
73 カウンタ(位相信号生成器)
74 レジスタ
75 位相比較器(位相比較器)
76 増幅器
77 積分器
78 加算器
79 VCO(パルス信号生成器)
79b レジスタ
80 分周器
81 ロード信号発生器
100 モータ駆動制御装置
10
20 Motor information acquisition means 21 Hall amplifier (position signal output means)
22 FG amplifier (frequency detection means)
30 Control data generating means 31
33 Error amplifier (control signal generating means)
40 sine wave signal output means 41 counter (absolute phase information output means)
42 (42U, 42V, 42W) Sine wave generator (sine wave drive means)
43
60 Drive voltage control means 61 (61U, 61V, 61W) PWM drive section (sine wave drive means, rectangular wave drive means, sine wave amplitude modulation means, drive signal amplitude modulation means)
70 Phase synchronization unit (absolute phase information output means, phase synchronization circuit)
71
74
76
Claims (7)
前記回転子の回転位置に応じて周期的な位置信号を出力する位置信号出力手段と、前記位置信号を平滑化して前記位置信号に応じた絶対位相情報を出力する絶対位相情報出力手段と、前記絶対位相情報に応じて前記複数相の電機子巻線に正弦波状の電流を流すための正弦波駆動信号を出力する正弦波駆動手段とを備えたことを特徴とするモータ駆動制御装置。 A motor drive control device that rotates the rotor by passing a periodic current through a plurality of armature windings according to the rotational position of the rotor of the motor,
Position signal output means for outputting a periodic position signal according to the rotational position of the rotor, absolute phase information output means for smoothing the position signal and outputting absolute phase information according to the position signal, and A motor drive control device comprising: sine wave drive means for outputting a sine wave drive signal for causing a sine wave current to flow through the plurality of armature windings according to absolute phase information.
前記位相同期回路が前記位相同期状態にあるとき前記正弦波駆動信号によって前記モータを駆動し、前記位相同期回路が前記位相同期状態にないとき前記矩形波駆動信号によって前記モータを駆動することを特徴とする請求項2又は請求項3に記載のモータ駆動制御装置。 A rectangular wave driving means for outputting a rectangular wave driving signal for causing a rectangular wave current to flow through the armature windings of the plurality of phases according to the position signal;
The motor is driven by the sine wave drive signal when the phase synchronization circuit is in the phase synchronization state, and the motor is driven by the rectangular wave drive signal when the phase synchronization circuit is not in the phase synchronization state. The motor drive control device according to claim 2 or 3.
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- 2007-03-16 JP JP2007068851A patent/JP2008236831A/en active Pending
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