JP2014103809A - Motor Drive system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor drive system capable of performing electrification control at least equal to the prior arts by using magnetic detection elements less than the prior arts.SOLUTION: The motor drive system comprises a permanent magnet 3 for torque generation which is magnetized to (p) poles (p=2, 4, ...); and a permanent magnet 4 for position detection which is magnetized to 3p poles. A magnetic field by the permanent magnet 4 is detected by a single magnetic detection element 5 and a detection signal is outputted. An edge counter 6 counts the number of rising/falling edges which appear in the detection signal. Before starting a commutation, a rotor 1r is positioned in an initial location, and a count value of the edge counter 6 is initialized. After the commutation is started, the commutation is performed in accordance with a predetermined electrification pattern corresponding to the count value.

Description

本発明は、ロータにトルク発生用の永久磁石を備えたモータを駆動するモータ駆動システムに関する。   The present invention relates to a motor drive system that drives a motor having a rotor with a permanent magnet for generating torque.

ロータに永久磁石を備えるDCブラシレスモータは、ブラシを有するDCモータと比較して小型化でき、耐久性が高いなどの特徴を有している。DCブラシレスモータ(以下、モータと言う)を駆動するには、ロータの磁極位置の検出が不可欠である。一般的には、ステータ側に、トルク発生用の永久磁石と対向するように120°(電気角)の間隔で3つの磁気検出素子例えばホールICを配置し、そのホールICから出力される位置信号に基づいて60°ごとの回転位置を検出している。   A DC brushless motor having a permanent magnet in the rotor has features such that it can be reduced in size as compared with a DC motor having a brush and has high durability. In order to drive a DC brushless motor (hereinafter referred to as a motor), detection of the magnetic pole position of the rotor is indispensable. In general, three magnetic detection elements such as Hall ICs are arranged on the stator side at an interval of 120 ° (electrical angle) so as to face a permanent magnet for generating torque, and a position signal output from the Hall IC. Based on this, the rotational position is detected every 60 °.

この構成では、永久磁石の漏れ磁束を検出することになるので、ホールICを永久磁石に極力接近させて配置する必要があるなど構造上の制約が生じ、実際にモータを設計、製造する際に実現が難しい場合があった。そこで、特許文献1では、トルク発生用の永久磁石と同軸に、当該永久磁石と同極数の磁極を持つ位置検出用の永久磁石を備えたモータを採用している。この位置検出用の永久磁石も120°の間隔で配置されているので、上述したようにホールICから出力される位置信号に基づいて60°ごとの位置を検出することができる。   In this configuration, the leakage magnetic flux of the permanent magnet is detected, so there are structural limitations such as the need to place the Hall IC as close as possible to the permanent magnet. When actually designing and manufacturing the motor, It was sometimes difficult to realize. Therefore, Patent Document 1 employs a motor including a position detecting permanent magnet having the same number of magnetic poles as the permanent magnet coaxially with the torque generating permanent magnet. Since the permanent magnets for position detection are also arranged at intervals of 120 °, the position every 60 ° can be detected based on the position signal output from the Hall IC as described above.

なお、近年では、ホールICなどの磁気検出素子を使用せず、モータの速度起電力を直接または間接的に検出することにより、ロータの磁極位置を検出するセンサレス制御も用いられている。しかし、センサレス制御は、停止時および低速時に位置検出ができず、マイコンにかかる負荷が大きくなるため処理能力の高いマイコンを必要とするなどの不都合がある。   In recent years, sensorless control for detecting the magnetic pole position of the rotor by directly or indirectly detecting the speed electromotive force of the motor without using a magnetic detection element such as a Hall IC is also used. However, the sensorless control cannot detect the position at the time of stopping and at a low speed, and has a disadvantage that a microcomputer having high processing capability is required because the load on the microcomputer becomes large.

特開2005−229688号公報JP 2005-229688 A

トルク発生用の永久磁石に加え位置検出用の永久磁石を備えたモータを用いると、磁気検出素子を配設する上での自由度が高まる。しかし、依然として3つの磁気検出素子が必要であり、より簡易な構成による位置検出手段が望まれている。   When a motor including a permanent magnet for position detection in addition to a permanent magnet for generating torque is used, the degree of freedom in disposing the magnetic detection element increases. However, three magnetic detection elements are still required, and a position detection means with a simpler configuration is desired.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、従来よりも少ない数の磁気検出素子を用いて、少なくとも従来と同等の通電制御を行うことができるモータ駆動システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a motor drive system capable of performing at least an energization control equivalent to that in the past by using a smaller number of magnetic detection elements than in the past. is there.

請求項1に記載したモータ駆動システムは、ステータに3相巻線が巻装され、ロータにp極(p=2、4、6、…)のトルク発生用の永久磁石および等角度幅で3p極に着磁された位置検出用の永久磁石とを備えたモータを駆動する。通電手段は、モータの巻線に通電する。位置検出手段は、第1の磁気検出素子(ホールIC)を有し、位置検出用の永久磁石による磁界を検出してHレベルとLレベルとからなる第1の検出信号を出力する。カウンタは、第1の検出信号に現れる立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの数を計数する。そして、転流を開始する前に、通電手段により巻線の所定相に通電してロータを初期位置に位置決めするとともにカウンタの計数値を初期化し、前記通電手段により巻線に所定の相順で転流を開始した後、カウンタの計数値に対応した所定の通電パタンに従って巻線への通電を制御することによりモータを駆動する。   In the motor drive system according to claim 1, a three-phase winding is wound around the stator, a permanent magnet for generating torque of p poles (p = 2, 4, 6,...) And 3p with an equal angular width are provided on the rotor. A motor having a permanent magnet for position detection magnetized on the pole is driven. The energizing means energizes the windings of the motor. The position detection means has a first magnetic detection element (Hall IC), detects a magnetic field generated by a permanent magnet for position detection, and outputs a first detection signal composed of an H level and an L level. The counter counts the number of rising edges and falling edges that appear in the first detection signal. Before starting commutation, the energizing means energizes a predetermined phase of the winding to position the rotor at the initial position and initializes the count value of the counter. After commutation is started, the motor is driven by controlling energization of the windings according to a predetermined energization pattern corresponding to the count value of the counter.

この構成によれば、カウンタ値によってロータの回転位置を検出できるため、従来よりも少ない1つの磁気検出素子を用いて、従来と同等の通電制御を行うことができる。
請求項2に記載したモータ駆動システムによれば、位置検出手段は、第1の磁気検出素子に対しトルク発生用の永久磁石の30°(電気角)に相当する角度差をもって配される第2の磁気検出素子を有している。第2の磁気検出素子は、位置検出用の永久磁石による磁界を検出して第2の検出信号を出力する。カウンタは、第1および第2の検出信号に現れる立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの数を計数する。
According to this configuration, since the rotational position of the rotor can be detected by the counter value, it is possible to perform energization control equivalent to the conventional one using one magnetic detection element that is smaller than the conventional one.
According to the motor drive system of the second aspect, the position detection means is arranged with an angle difference corresponding to 30 ° (electrical angle) of the permanent magnet for generating torque with respect to the first magnetic detection element. The magnetic detection element is provided. The second magnetic detection element detects a magnetic field generated by the position detecting permanent magnet and outputs a second detection signal. The counter counts the number of rising edges and falling edges that appear in the first and second detection signals.

この構成によれば、2倍の精度でロータの回転位置を検出することができる。従って、従来よりも少ない2つの磁気検出素子を用いて、従来行われていた120°通電制御よりも高精度の制御を実現することができ、トルクリプルおよび騒音を低減できる。   According to this configuration, the rotational position of the rotor can be detected with double accuracy. Accordingly, it is possible to realize control with higher accuracy than the conventional 120 ° energization control using two magnetic detection elements fewer than the conventional one, and to reduce torque ripple and noise.

請求項3に記載したモータ駆動システムによれば、カウンタは、第1の検出信号に現れる立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの数と第2の検出信号に現れる立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの数とを別々に計数する。そして、制御手段は、第1の検出信号の計数値と第2の検出信号の計数値との関係に基づいて第1および第2の磁気検出素子の故障の有無を判定する。何れの磁気検出素子も正常と判定した場合には第1の検出信号の計数値と第2の検出信号の計数値に基づいて巻線への通電を制御する。第1の磁気検出素子が故障していると判定した場合には第2の検出信号の計数値に基づいて巻線への通電を制御する。第2の磁気検出素子が故障していると判定した場合には第1の検出信号の計数値に基づいて巻線への通電を制御する。   According to the motor drive system described in claim 3, the counter separately determines the number of rising edges and falling edges that appear in the first detection signal, and the number of rising edges and falling edges that appear in the second detection signal. To count. And a control means determines the presence or absence of the failure of a 1st and 2nd magnetic detection element based on the relationship between the count value of a 1st detection signal, and the count value of a 2nd detection signal. When any of the magnetic detection elements is determined to be normal, energization to the winding is controlled based on the count value of the first detection signal and the count value of the second detection signal. When it is determined that the first magnetic detection element has failed, energization to the winding is controlled based on the count value of the second detection signal. When it is determined that the second magnetic detection element has failed, energization to the winding is controlled based on the count value of the first detection signal.

この構成によれば、2つの磁気検出用素子のうち一つが故障しても、他方の磁気検出素子によって検出した検出信号に基づいてモータを駆動することができるため、耐故障性が向上する。   According to this configuration, even if one of the two magnetic detection elements fails, the motor can be driven based on the detection signal detected by the other magnetic detection element, so that the fault tolerance is improved.

請求項4に記載したモータ駆動システムによれば、制御手段は、転流を開始した後、第1、第2の検出信号の位相差に基づいてロータの回転方向を判定する。
この構成によれば、転流開始時にロータの回転位置が所定の初期位置からずれている等の理由により逆回転し始めた場合、これを検出することが可能となる。
According to the motor drive system described in claim 4, after starting commutation, the control means determines the rotation direction of the rotor based on the phase difference between the first and second detection signals.
According to this configuration, it is possible to detect when the rotor starts rotating in reverse due to the rotational position of the rotor deviating from a predetermined initial position at the start of commutation.

本発明の第1の実施形態を示すモータ駆動システムの構成図The block diagram of the motor drive system which shows the 1st Embodiment of this invention トルク発生用永久磁石と位置検出用永久磁石を備えたロータを模式的に示す斜視図The perspective view which shows typically the rotor provided with the permanent magnet for torque generation, and the permanent magnet for position detection 2極モータについての磁極と巻線の位置関係を示す説明図Explanatory drawing showing the positional relationship between magnetic poles and windings for a 2-pole motor モータ駆動制御の信号対応表Motor drive control signal correspondence table モータ駆動制御のフローチャートMotor drive control flowchart 本発明の第2の実施形態における図3相当図FIG. 3 equivalent view in the second embodiment of the present invention. 図4相当図4 equivalent diagram 図5相当図Figure equivalent to FIG. 本発明の第3の実施形態における図3相当図FIG. 3 equivalent diagram in the third embodiment of the present invention 図4相当図4 equivalent diagram 図5相当図Figure equivalent to FIG. 本発明の第4の実施形態における図3相当図FIG. 3 equivalent diagram in the fourth embodiment of the present invention 図4相当図4 equivalent diagram 磁気検出素子の出力レベルの信号対応表Magnetic sensor output level signal correspondence table 図5相当図Figure equivalent to FIG. 本発明の第5の実施形態における図5相当図FIG. 5 equivalent diagram in the fifth embodiment of the present invention

各実施形態において実質的に同一部分には同一符号を付して説明を省略する。また説明において用いる角度は、トルク発生用の永久磁石の電気角に基づく角度である。
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態について図1から図5を参照しながら説明する。本実施形態で用いるモータ1は、3相の120°通電方式により駆動される。モータ1は、ステータ1sに3相巻線が巻装され、ロータ1rのロータヨーク2の表面にp極(p=2、4、6、…)のトルク発生用の永久磁石3が貼り付けられたSPM(Surface Permanent Magnet)DCブラシレスモータである。図1、図2は、p=4の場合について示している。
In each embodiment, substantially the same parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The angle used in the description is an angle based on the electrical angle of the permanent magnet for generating torque.
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The motor 1 used in this embodiment is driven by a three-phase 120 ° energization method. In the motor 1, a three-phase winding is wound around a stator 1s, and a permanent magnet 3 for generating torque of p poles (p = 2, 4, 6,...) Is attached to the surface of the rotor yoke 2 of the rotor 1r. This is a SPM (Surface Permanent Magnet) DC brushless motor. 1 and 2 show the case where p = 4.

回転軸には、ロータヨーク2の軸方向端面に近接して、円盤状に形成された位置検出用の永久磁石4が嵌着されている。永久磁石4は永久磁石3の磁極数pの3倍の12極に等角度幅で着磁されている。ステータ1sには、永久磁石4の磁極部と対向する位置に、単一の磁気検出素子5(位置検出手段)が設置されている。磁気検出素子5は、永久磁石4による磁界を検出し、ロータ1rが回転すると、60°間隔でHレベルとLレベルとの間で反転する第1の検出信号を出力する。磁気検出素子5としては例えばホールICが用いられる。   A permanent magnet 4 for position detection formed in a disk shape is fitted to the rotating shaft in the vicinity of the axial end face of the rotor yoke 2. The permanent magnet 4 is magnetized with an equiangular width on 12 poles, which is three times the number of magnetic poles p of the permanent magnet 3. In the stator 1s, a single magnetic detection element 5 (position detection means) is installed at a position facing the magnetic pole portion of the permanent magnet 4. The magnetic detection element 5 detects a magnetic field generated by the permanent magnet 4, and outputs a first detection signal that is inverted between the H level and the L level at 60 ° intervals when the rotor 1r rotates. As the magnetic detection element 5, for example, a Hall IC is used.

エッジカウンタ6は、磁気検出素子5からの検出信号を入力し、この検出信号の矩形波の立ち上がりエッジと立ち下りエッジの数をカウントする。エッジカウンタ6は、0から5まで順次カウントして、再び0に戻るリングカウンタである。   The edge counter 6 receives a detection signal from the magnetic detection element 5 and counts the number of rising edges and falling edges of the rectangular wave of this detection signal. The edge counter 6 is a ring counter that sequentially counts from 0 to 5 and returns to 0 again.

マイコン7(巻線への通電を制御する制御手段)は、エッジカウンタ6からのカウント信号を受け取り、3相120°通電方式での駆動信号Up、Vp、Wp、Un、Vn、Wnを出力する。駆動信号Up、Vp、Wp、Un、Vn、Wnの通電パタンについては後述する。   The microcomputer 7 (control means for controlling energization of the winding) receives the count signal from the edge counter 6 and outputs drive signals Up, Vp, Wp, Un, Vn, Wn in the three-phase 120 ° energization method. . The energization patterns of the drive signals Up, Vp, Wp, Un, Vn, Wn will be described later.

インバータ回路8(通電手段)は、車載バッテリなどの直流電源12が接続された電源線11a、11b間に、6個のトランジスタ(IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの半導体スイッチング素子)9a〜9fを3相ブリッジ接続した構成を備えている。各トランジスタ9a〜9fのコレクタ−エミッタ間には、還流ダイオード10a〜10fが接続されている。トランジスタ9a〜9fには、それぞれ、マイコン7から駆動信号Up、Vp、Wp、Un、Vn、Wnが入力される。インバータ回路8の各相の上下アームの接続点(出力端子)には、それぞれU相、V相、W相の各駆動巻線13u、13v、13wが接続されている。   The inverter circuit 8 (energizing means) includes six transistors (semiconductor switching elements such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors)) 9a to 9f between power lines 11a and 11b to which a DC power source 12 such as an in-vehicle battery is connected. It has a configuration with a three-phase bridge connection. Freewheeling diodes 10a to 10f are connected between the collectors and emitters of the transistors 9a to 9f. Drive signals Up, Vp, Wp, Un, Vn, and Wn are input from the microcomputer 7 to the transistors 9a to 9f, respectively. U-phase, V-phase, and W-phase drive windings 13u, 13v, and 13w are connected to the connection points (output terminals) of the upper and lower arms of each phase of the inverter circuit 8, respectively.

次に、本実施形態のモータ駆動システムにおける制御方法を説明する。図3は、トルク発生用の永久磁石3を2極とし、且つ磁極の位置を単純化した上で、永久磁石3、永久磁石4、磁気検出素子5及び巻線13u、13v、13wの電気角での位置関係を示す説明図である。   Next, a control method in the motor drive system of this embodiment will be described. In FIG. 3, the permanent magnet 3 for generating torque has two poles and the positions of the magnetic poles are simplified, and the electrical angles of the permanent magnet 3, the permanent magnet 4, the magnetic detection element 5, and the windings 13u, 13v, and 13w are shown. It is explanatory drawing which shows the positional relationship in.

永久磁石4は、6極(=3×2極)に等角度幅に着磁されている。永久磁石4は、N極14a、14b、14cと、S極15a、15b、15cとを有し、反時計回りに14a、15a、14b、15b、14c、15cの順に並んでいる。永久磁石4のN極14aは、永久磁石3のN極と対峙した位置関係となるように固定されている。   The permanent magnet 4 is magnetized to 6 poles (= 3 × 2 poles) with an equiangular width. The permanent magnet 4 has N poles 14a, 14b, and 14c and S poles 15a, 15b, and 15c, and is arranged in the order of 14a, 15a, 14b, 15b, 14c, and 15c counterclockwise. The N pole 14 a of the permanent magnet 4 is fixed so as to be in a positional relationship facing the N pole of the permanent magnet 3.

ステータ1sにおいて、U相巻線13uに正の向きに通電し、V相巻線13vとW相巻線13wに負の向きに通電した場合に、電流がU相巻線13uのインバータ接続点を始点にして、U相巻線13uを流れ、その後、V相巻線13vとW相巻線13wに分岐して流れることによって、S極が生じる方向を0°の位置(図3において、U相の向きを示す矢印の位置)とする。磁気検出用素子5は、ステータ1sの0°の位置に対応して設置されている。   In the stator 1s, when the U-phase winding 13u is energized in the positive direction and the V-phase winding 13v and the W-phase winding 13w are energized in the negative direction, the current flows through the inverter connection point of the U-phase winding 13u. Starting from the U-phase winding 13u, and then branching and flowing into the V-phase winding 13v and the W-phase winding 13w, the direction in which the S pole is generated is at the 0 ° position (in FIG. The position of the arrow indicating the direction of. The magnetic detection element 5 is installed corresponding to the 0 ° position of the stator 1s.

図3に示すロータ1rの磁気検出素子5に対する位置は、起動前通電パタンによって位置決めされた初期位置であり、永久磁石4のN極14aが磁気検出素子5に対峙した位置関係となっている。   The position of the rotor 1r shown in FIG. 3 with respect to the magnetic detection element 5 is an initial position determined by the pre-start-up energization pattern, and the N pole 14a of the permanent magnet 4 faces the magnetic detection element 5.

図4は、磁気検出素子5の検出信号の出力レベルと、エッジカウンタ6でのカウンタ値、起動前通電パタン及び起動後通電パタンの対応関係を示す信号対応表である。起動後通電パタンa、c、e、g、i、kは、カウンタ値0、1、2、3、4、5に対応している。通電パタンにおける「1」はトランジスタがオンし、「0」はトランジスタがオフすることを表している。ここで、起動後通電パタンの符号がa、c、e…とアルファベット一つ置きになっているのは、他の実施形態の説明で使用する同一の通電パタンに対し、同じ符号を付して説明するためである。   FIG. 4 is a signal correspondence table showing a correspondence relationship between the output level of the detection signal of the magnetic detection element 5, the counter value in the edge counter 6, the energization pattern before activation and the energization pattern after activation. The post-start-up energization patterns a, c, e, g, i, and k correspond to counter values 0, 1, 2, 3, 4, and 5, respectively. In the energization pattern, “1” indicates that the transistor is turned on, and “0” indicates that the transistor is turned off. Here, the symbols of the energization pattern after startup are placed in alphabetical order such as a, c, e..., Because the same code is used for the same energization pattern used in the description of the other embodiments. This is for explanation.

図5はマイコン7が実行するモータ1の駆動制御を示すフローチャートである。マイコン7は、起動前すなわち転流を開始する前に、起動前通電パタンinitを一定時間例えば1秒出力する(S101、S102)。起動前通電パタンinitは駆動信号(Up、Vp、Wp、Un、Vn、Wn)=(1、0、0、0、1、1)である。この通電によって、図3におけるFinitの向きの磁束が発生し、トルク発生用の永久磁石3のS極がFinit方向に位置決めされる。   FIG. 5 is a flowchart showing drive control of the motor 1 executed by the microcomputer 7. The microcomputer 7 outputs the pre-start-up energization pattern init for a predetermined time, for example, 1 second before starting, that is, before starting commutation (S101, S102). The pre-start energization pattern init is a drive signal (Up, Vp, Wp, Un, Vn, Wn) = (1, 0, 0, 0, 1, 1). This energization generates a magnetic flux in the direction of Finit in FIG. 3, and the S pole of the permanent magnet 3 for generating torque is positioned in the Finit direction.

次に、エッジカウンタ6のカウンタ値を初期化して「0」とする(S103)。その後、起動して転流を開始する(S104)。最初の起動後通電パタンa(0、0、1、0、1、0)によって、ステータ1sの磁束が初期位置の永久磁石3に対して最大トルクを発生させるFaの向きとなり、ロータ1rは、CW方向に回転を始める。エッジカウンタ6がカウントアップするまで、起動後通電パタンaを出力し続ける(S105、S106)。   Next, the counter value of the edge counter 6 is initialized to “0” (S103). Then, it starts and commutation is started (S104). The initial energization pattern a (0, 0, 1, 0, 1, 0) causes the direction of Fa that causes the magnetic flux of the stator 1s to generate the maximum torque with respect to the permanent magnet 3 at the initial position. Start rotating in the CW direction. Until the edge counter 6 counts up, it continues to output the energization pattern a after startup (S105, S106).

ロータ1rが初期位置から30°回転すると、磁気検出素子5は、永久磁石4のN極14aからS極15aへの磁極の切り替わりを検出するので、磁気検出素子5が出力する検出信号はLレベルからHレベルに変化する。この立ち上がりエッジにより、エッジカウンタ6のカウンタ値は「0」から「1」にカウントアップし(S105)、マイコン7はこのカウンタ値の入力を受けて起動後通電パタンc(0、0、1、1、0、0)を出力する(S107)。これにより、ステータ1sの磁束がFcの向きとなり、ロータ1rはCW方向に回転する。   When the rotor 1r rotates 30 ° from the initial position, the magnetic detection element 5 detects the switching of the magnetic pole from the N pole 14a to the S pole 15a of the permanent magnet 4, so that the detection signal output by the magnetic detection element 5 is L level. Changes from H to H level. With this rising edge, the counter value of the edge counter 6 is incremented from “0” to “1” (S105), and the microcomputer 7 receives the input of this counter value and starts energization pattern c (0, 0, 1,. 1, 0, 0) is output (S107). Thereby, the magnetic flux of the stator 1s becomes the direction of Fc, and the rotor 1r rotates in the CW direction.

次に、さらにロータ1rが60°回転すると、磁気検出素子5は、永久磁石4のS極15aからN極14bへの磁極の切り替わりを検出するので、磁気検出素子5が出力する検出信号はHレベルからLレベルに変化する。この検出信号の立ち下がりエッジにより、エッジカウンタ6のカウンタ値は「1」から「2」にカウントアップし(S105)、マイコン7はこのカウンタ値の入力を受けて起動後通電パタンe(0、1、0、1、0、0)を出力する(S108)。これにより、ステータ1sの磁束がFeの向きとなり、ロータ1rはCW方向に回転する。   Next, when the rotor 1r further rotates by 60 °, the magnetic detection element 5 detects the switching of the magnetic pole from the S pole 15a to the N pole 14b of the permanent magnet 4, so that the detection signal output by the magnetic detection element 5 is H It changes from level to L level. Due to the falling edge of this detection signal, the counter value of the edge counter 6 is incremented from “1” to “2” (S105), and the microcomputer 7 receives the input of this counter value and starts energization pattern e (0, 1, 0, 1, 0, 0) is output (S108). Thereby, the magnetic flux of the stator 1s becomes the direction of Fe, and the rotor 1r rotates in the CW direction.

さらに回転が進んで、磁気検出素子5と対向する永久磁石4の磁極がN極とS極の間で変化する毎に、検出信号には60°間隔で立下りエッジと立ち上がりエッジが交互に現れ、カウンタ値が1ずつ増加する(S105)。これに伴い、マイコン7は図4に示すように起動後通電パタンをg、i、k…と順次切り替えることにより(S109、S110、S111)、ステータ1sの磁束の向きがFg、Fi、Fk…と切り替わる。   When the rotation further proceeds and the magnetic pole of the permanent magnet 4 facing the magnetic detection element 5 changes between the N pole and the S pole, a falling edge and a rising edge appear alternately at 60 ° intervals in the detection signal. The counter value is incremented by 1 (S105). Accordingly, the microcomputer 7 sequentially switches the energization pattern after startup to g, i, k... (S109, S110, S111) as shown in FIG. 4 so that the direction of the magnetic flux of the stator 1s is Fg, Fi, Fk. And switch.

以上の転流制御は、S112において停止信号が与えられない限り継続し、モータ1が回転し続ける。S112において停止信号が与えられると、すべてのトランジスタをオフ、又は各相の上アーム又は下アームのトランジスタをオンする停止処理を実行する(S113)。   The above commutation control is continued unless a stop signal is given in S112, and the motor 1 continues to rotate. When a stop signal is given in S112, stop processing is performed to turn off all the transistors or turn on the upper arm or lower arm transistors of each phase (S113).

以上説明したように、本実施形態によれば、従来より少ない1個の磁気検出素子5を用いて、ロータ1rの位置検出を可能とし、且つ、従来と同等の3相120°通電方式のモータの駆動制御を可能とする。   As described above, according to the present embodiment, the position of the rotor 1r can be detected by using one magnetic detection element 5 that is smaller than the conventional one, and the motor of the three-phase 120 ° energization method equivalent to the conventional one is used. Can be controlled.

(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態について図6から図8を参照して説明する。第2の実施形態におけるモータ駆動システムは、磁気検出素子を2個使用する。第1の磁気検出素子5aは図3に示す磁気検出用素子と同じ位置に配置される。第2の磁気検出素子5bは、トルク発生用の永久磁石3の電気角でみた場合、磁気検出素子5aに対して30°に相当する角度差をもって、CCW方向の位置に配置される。磁気検出素子5a、5bは、それぞれ検出信号Ha、Hbを出力する。検出信号Ha、Hbはエッジカウンタ6に入力される。その他の構成は第1の実施形態と同じである。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The motor drive system in the second embodiment uses two magnetic detection elements. The first magnetic detection element 5a is arranged at the same position as the magnetic detection element shown in FIG. The second magnetic detection element 5b is arranged at a position in the CCW direction with an angle difference corresponding to 30 ° with respect to the magnetic detection element 5a when viewed from the electrical angle of the permanent magnet 3 for torque generation. The magnetic detection elements 5a and 5b output detection signals Ha and Hb, respectively. The detection signals Ha and Hb are input to the edge counter 6. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

上述の構成を採ることによって、モータ1がCW方向に回転している時には、検出信号Haは検出信号Hbに対して30°位相が遅れた関係となり、検出信号HaとHbには30°間隔で立ち上がりエッジと立下りエッジが現れる。エッジカウンタ6は、これらの検出信号Ha、Hbの立ち上がりエッジと立ち下りエッジの数をカウントする。従って、エッジカウンタ6は、第1の実施形態では60°間隔でエッジの数をカウントするのに対して、本実施形態では30°間隔でエッジの数をカウントすることになる。エッジカウンタ6は、0から11まで順次カウントして、再び0に戻るリングカウンタである。   By adopting the above configuration, when the motor 1 is rotating in the CW direction, the detection signal Ha has a relationship delayed by 30 ° with respect to the detection signal Hb, and the detection signals Ha and Hb are spaced at intervals of 30 °. Rising and falling edges appear. The edge counter 6 counts the number of rising edges and falling edges of these detection signals Ha and Hb. Therefore, the edge counter 6 counts the number of edges at 60 ° intervals in the first embodiment, whereas the edge counter 6 counts the number of edges at 30 ° intervals in the present embodiment. The edge counter 6 is a ring counter that sequentially counts from 0 to 11 and returns to 0 again.

図7は、磁気検出素子5a、5bの検出信号Ha、Hbの出力レベル、エッジカウンタ6のカウンタ値、起動前通電パタン、起動後通電パタンの対応関係を示す信号対応表である。図8はマイコン7が実行するモータ1の駆動制御を示すフローチャートである。   FIG. 7 is a signal correspondence table showing the correspondence between the output levels of the detection signals Ha and Hb of the magnetic detection elements 5a and 5b, the counter value of the edge counter 6, the energization pattern before activation, and the energization pattern after activation. FIG. 8 is a flowchart showing drive control of the motor 1 executed by the microcomputer 7.

まず、マイコン7が転流を開始する前に起動前通電パタンinitを出力し、ロータ1rが初期位置に位置決めされ、エッジカウンタ6がカウンタ値「0」に初期化されるまでは、第1の実施形態と同じである(S201〜S203)。その後、転流を開始する(S204)。起動後通電パタンa〜lは、エッジカウンタ6のカウンタ値0〜11に対応している。第1の実施形態と同じ符号の通電パタンa、c、e、g、i、kは第1の実施形態と同一の通電パタンを示している。   First, before the microcomputer 7 starts commutation, the pre-start energization pattern init is output, the rotor 1r is positioned at the initial position, and the edge counter 6 is initialized to the counter value “0” until the first counter 1 is initialized. The same as the embodiment (S201 to S203). Thereafter, commutation is started (S204). The post-start-up energization patterns a to l correspond to the counter values 0 to 11 of the edge counter 6. The energization patterns a, c, e, g, i, and k having the same reference numerals as those in the first embodiment indicate the same energization patterns as in the first embodiment.

なお、起動前通電パタンinitを出力してトルク発生用の永久磁石3を初期位置に位置決めする場合に、磁気検出素子5bは位置検出用の永久磁石4のN極14aとS極15aの境界近傍に存在する。従って、位置決め動作中のロータ1rの僅かな動きによって、磁気検出素子5bがN極14aとS極15aの磁極の切り替わりを検出し、意図しない検出信号Hbを出力してしまうことが懸念される。これについては、トルク発生用の永久磁石3を初期位置に位置決めする動作中は検出信号Hbをマスクすることで、意図しない検出信号Hbによるエッジカウンタ6でのカウントアップを防止できる。   When the pre-start energization pattern init is output to position the torque generating permanent magnet 3 at the initial position, the magnetic detection element 5b is near the boundary between the N pole 14a and the S pole 15a of the position detecting permanent magnet 4. Exists. Therefore, there is a concern that the magnetic detection element 5b detects the switching of the magnetic poles of the N pole 14a and the S pole 15a and outputs an unintended detection signal Hb due to a slight movement of the rotor 1r during the positioning operation. As for this, during the operation of positioning the permanent magnet 3 for generating torque at the initial position, the detection signal Hb is masked to prevent the edge counter 6 from counting up due to the unintended detection signal Hb.

最初の起動後通電パタンaは(0、0、1、0、1、0)であり、これによってステータ1sの磁束が、初期位置に対して最大トルクを発生させるFaの向きとなり、ロータ1rは、CW方向に回転を始める。エッジカウンタ6がカウントアップするまで、起動後通電パタンaを出力し続ける(S205、S206)。   The first energization pattern a after start-up is (0, 0, 1, 0, 1, 0), whereby the magnetic flux of the stator 1s becomes the direction of Fa that generates the maximum torque with respect to the initial position, and the rotor 1r , Start rotating in the CW direction. Until the edge counter 6 counts up, it continues to output the energization pattern a after startup (S205, S206).

ロータ1rが初期位置から30°回転すると、磁気検出素子5aは永久磁石4のN極14aからS極15aへの磁極の変化を検出し、検出信号HaがLレベルからHレベルに変化する。この立ち上がりエッジにより、エッジカウンタ6のカウンタ値は「0」から「1」にカウントアップし、マイコン7は起動後通電パタンb(0、0、1、1、1、0)を出力する(S207)。これにより、ステータ1sの磁束はCW方向に30°進んだFbの向きとなり、ロータ1rはCW方向に回転する。この間、磁気検出素子5bはS極15aを検出し続けているので検出信号Hbのレベル変化はない。   When the rotor 1r rotates 30 ° from the initial position, the magnetic detection element 5a detects the change of the magnetic pole of the permanent magnet 4 from the N pole 14a to the S pole 15a, and the detection signal Ha changes from the L level to the H level. With this rising edge, the counter value of the edge counter 6 is incremented from “0” to “1”, and the microcomputer 7 outputs the energization pattern b (0, 0, 1, 1, 1, 0) after startup (S207). ). As a result, the magnetic flux of the stator 1s becomes the direction of Fb advanced by 30 ° in the CW direction, and the rotor 1r rotates in the CW direction. During this time, since the magnetic detection element 5b continues to detect the S pole 15a, the level of the detection signal Hb does not change.

ロータ1rがさらに30°回転し、初期位置から60°回転すると、磁気検出素子5bは、永久磁石4のS極15aからN極14bへの磁極の切り替わりを検出するので、磁気検出素子5bが出力する検出信号HaはHレベルからLレベルに変化する。この立ち下がりエッジにより、エッジカウンタ6のカウンタ値は「1」から「2」にカウントアップするので(S205)、マイコン7は、起動後通電パタンc(0、0、1、1、0、0)を出力する(S208)。これにより、ステータ1sの磁束がさらにCW方向に30°進んだFcの向きとなり、ロータ1rはCW方向に回転する。   When the rotor 1r further rotates by 30 ° and then by 60 ° from the initial position, the magnetic detection element 5b detects the switching of the magnetic pole from the S pole 15a to the N pole 14b of the permanent magnet 4, so that the magnetic detection element 5b outputs The detection signal Ha to be changed changes from the H level to the L level. Due to this falling edge, the counter value of the edge counter 6 is incremented from “1” to “2” (S205), so that the microcomputer 7 starts energization pattern c (0, 0, 1, 1, 0, 0). ) Is output (S208). As a result, the magnetic flux of the stator 1 s is in the direction of Fc further advanced by 30 ° in the CW direction, and the rotor 1 r rotates in the CW direction.

さらにロータ1rが30°回転し、初期位置から90°回転すると、磁気検出素子5aは、永久磁石4のS極15aからN極14bへの磁極の切り替わりを検出するので、磁気検出素子5aが出力する検出信号HaはHレベルからLレベルに変化する。この立ち下がりエッジにより、エッジカウンタ6のカウンタ値は「2」から「3」にカウントアップするので(S205)、マイコン7は、起動後通電パタンd(0、1、1、1、0、0)を出力する(S209)。   When the rotor 1r further rotates by 30 ° and 90 ° from the initial position, the magnetic detection element 5a detects the switching of the magnetic pole from the S pole 15a to the N pole 14b of the permanent magnet 4, so that the magnetic detection element 5a outputs The detection signal Ha to be changed changes from the H level to the L level. Due to this falling edge, the counter value of the edge counter 6 is incremented from “2” to “3” (S205), and therefore the microcomputer 7 starts energization pattern d (0, 1, 1, 1, 0, 0). ) Is output (S209).

さらに回転が進むと、磁気検出素子5a、5bの検出信号Ha、Hbには、30°間隔で交互にエッジが現れ、カウンタ値が1ずつ増加する(S205)。これに伴い、マイコン7は図7に示すように起動後通電パタンをe、f、g、h、i、j、k、l…と順次切り替え(S210、S211、S212、S213、S214、S215、S216、S217)、ステータ1sの磁束の向きがCW方向に30°間隔でFe、Ff、Fg、Fh、Fi、Fj、Fk、Fl…と切り替わる。
以上の転流制御は、S218において停止信号が与えられない限り継続し、モータ1が回転し続ける。停止処理については第1の実施形態と同じである(S218、S219)。
As the rotation further proceeds, edges appear alternately at 30 ° intervals in the detection signals Ha, Hb of the magnetic detection elements 5a, 5b, and the counter value increases by 1 (S205). Accordingly, as shown in FIG. 7, the microcomputer 7 sequentially switches the energization pattern after startup to e, f, g, h, i, j, k, l... (S210, S211, S212, S213, S214, S215, S216, S217), the direction of the magnetic flux of the stator 1s is switched to Fe, Ff, Fg, Fh, Fi, Fj, Fk, Fl,... At intervals of 30 ° in the CW direction.
The above commutation control continues unless a stop signal is given in S218, and the motor 1 continues to rotate. The stop process is the same as that in the first embodiment (S218, S219).

以上説明したように、本実施形態では、従来より少ない2個の磁気検出素子5a、5bを用いることにより、ロータ1rの30°間隔での回転位置検出が可能となる。このように精度が高くなった回転位置検出結果を利用して、第1の実施形態では60°間隔で制御していた起動後通電パタンを、従来より少ない2個の磁気検出素子5a、5bを用いて、30°間隔でモータ駆動を制御することができるため、より高精度のモータ制御が可能となり、低トルクリプル、低騒音なモータ制御を実現することが可能となる。   As described above, in this embodiment, the rotational position of the rotor 1r can be detected at intervals of 30 ° by using two magnetic detection elements 5a and 5b, which are fewer than the conventional ones. By using the rotation position detection result with higher accuracy in this way, the post-start-up energization pattern that is controlled at 60 ° intervals in the first embodiment is replaced with two magnetic detection elements 5a and 5b that are smaller than the conventional ones. Therefore, since the motor drive can be controlled at intervals of 30 °, more accurate motor control can be performed, and motor control with low torque ripple and low noise can be realized.

(第3の実施形態)
第3の実施形態について図9から図11を参照して説明する。本実施形態によれば、磁気検出素子5a、5bの故障を検出することにより、二つある磁気検出素子のうち一方が故障した場合においてもモータ1の回転を継続することができる。本実施形態では、磁気検出素子5a、5bの検出信号Ha、Hbを、カウンタ6a、6bでそれぞれ別々に計数する構成となっている。すなわち、検出信号Haをエッジカウンタ6aで計数し、検出信号Hbをエッジカウンタ6bで計数する。エッジカウンタ6a、6bのカウンタ値Ka、Kbをマイコン7に入力する。その他の構成は第2の実施形態と同様である。
(Third embodiment)
A third embodiment will be described with reference to FIGS. 9 to 11. According to the present embodiment, by detecting the failure of the magnetic detection elements 5a and 5b, the rotation of the motor 1 can be continued even when one of the two magnetic detection elements fails. In the present embodiment, the detection signals Ha and Hb of the magnetic detection elements 5a and 5b are separately counted by the counters 6a and 6b, respectively. That is, the detection signal Ha is counted by the edge counter 6a, and the detection signal Hb is counted by the edge counter 6b. The counter values Ka and Kb of the edge counters 6a and 6b are input to the microcomputer 7. Other configurations are the same as those of the second embodiment.

図10は、磁気検出素子5a、5bそれぞれの検出信号Ha、Hb、カウンタ値Ka、Kb、起動前通電パタン、起動後通電パタンの対応関係を示す信号対応表である。図11は、マイコン7が実行するモータ駆動制御を示すフローチャートである。   FIG. 10 is a signal correspondence table showing the correspondence between the detection signals Ha and Hb, the counter values Ka and Kb, the pre-start energization pattern, and the post-start energization pattern of each of the magnetic detection elements 5a and 5b. FIG. 11 is a flowchart showing motor drive control executed by the microcomputer 7.

まず、マイコン7が転流を開始する前に起動前通電パタンinitを出力し、ロータ1rが初期位置に位置決めされる(S301、302)。次に、エッジカウンタ6a、6bのカウンタ値を「0」に初期化し、あわせて磁気検出素子故障フラグを(0、0)に初期化する(S303)。その後、通電パタンaによる通電を開始すると、モータ1がCW方向に回転し始める(S304)。   First, before the microcomputer 7 starts commutation, the pre-start energization pattern init is output, and the rotor 1r is positioned at the initial position (S301, 302). Next, the counter values of the edge counters 6a and 6b are initialized to “0”, and the magnetic detection element failure flag is initialized to (0, 0) (S303). Thereafter, when energization by the energization pattern a is started, the motor 1 starts to rotate in the CW direction (S304).

次のステップS305で、磁気検出素子故障フラグ(F1、F2)の状態に応じて、S306(故障なしの場合)、S330(磁気検出素子5bが故障している場合)またはS340(磁気検出素子5aが故障している場合)に分岐する。磁気検出素子5aの故障フラグF1と、磁気検出素子5bの故障フラグF2は、それぞれ故障がない場合には「0」とされ、故障がある場合には「1」とされる。   In the next step S305, depending on the state of the magnetic detection element failure flag (F1, F2), S306 (when there is no failure), S330 (when the magnetic detection element 5b has failed) or S340 (magnetic detection element 5a). Branches to (if is faulty). The failure flag F1 of the magnetic detection element 5a and the failure flag F2 of the magnetic detection element 5b are set to “0” when there is no failure, and are set to “1” when there is a failure.

磁気検出素子故障フラグが(0、0)の場合、すなわち故障がない場合には、第2の実施形態と同様に30°毎に切り替わる転流パタンを用いて順次通電し(S306〜S318)、モータ1を駆動する。起動後通電パタンは、カウンタ値Ka、Kbの組み合わせから決定される。例えば、(Ka、Kb)=(0、0)の場合は通電パタンa(S307)であり、(1、0)の場合は通電パタンb(S308)であり、(1、1)の場合は通電パタンc(S309)である。   When the magnetic detection element failure flag is (0, 0), that is, when there is no failure, energization is sequentially performed using a commutation pattern that switches every 30 ° as in the second embodiment (S306 to S318). The motor 1 is driven. The post-start-up energization pattern is determined from the combination of the counter values Ka and Kb. For example, when (Ka, Kb) = (0, 0), the energization pattern a (S307), when (1, 0) is the energization pattern b (S308), and when (1, 1) The energization pattern c (S309).

磁気検出素子故障フラグが(0、1)の場合、すなわち磁気検出素子5bが故障している場合には、磁気検出素子5aからの検出信号によるカウンタ値Kaによって通電パタンを決定する。すなわち、60°間隔で切り替わる通電パタンa、c、e、g、i、kによってモータ1を駆動する(S330〜S336)。   When the magnetic detection element failure flag is (0, 1), that is, when the magnetic detection element 5b is defective, the energization pattern is determined by the counter value Ka based on the detection signal from the magnetic detection element 5a. That is, the motor 1 is driven by the energization patterns a, c, e, g, i, and k that are switched at intervals of 60 ° (S330 to S336).

磁気検出素子故障フラグが(1、0)の場合、すなわち磁気検出素子5aが故障している場合には、磁気検出素子5bからの検出信号によるカウンタ値Kbによって通電パタンを決定する。すなわち、60°間隔で切り替わる通電パタンb、d、f、h、j、lによってモータ1を駆動する(S340〜S346)。   When the magnetic detection element failure flag is (1, 0), that is, when the magnetic detection element 5a has failed, the energization pattern is determined by the counter value Kb based on the detection signal from the magnetic detection element 5b. That is, the motor 1 is driven by the energization patterns b, d, f, h, j, and l that are switched at intervals of 60 ° (S340 to S346).

磁気検出素子5a、5bの故障の有無は、エッジカウンタ6a、6bのカウンタ値Ka、Kbの関係によって判定する。すなわち、カウンタ値Ka、Kbが、Ka=KbまたはKa−1=Kbの関係になっている場合には、磁気検出素子5a、5bが正常に動作している。この場合には、ステップS306で、ステップS307〜S318に分岐する。   The presence / absence of failure of the magnetic detection elements 5a and 5b is determined by the relationship between the counter values Ka and Kb of the edge counters 6a and 6b. That is, when the counter values Ka and Kb are in the relationship of Ka = Kb or Ka-1 = Kb, the magnetic detection elements 5a and 5b are operating normally. In this case, the process branches to steps S307 to S318 in step S306.

これに対し、カウント値Ka,Kbに上記関係が成立せず、ステップS307〜S318への分岐条件を満たさない場合には、磁気検出素子5aまたは5bが故障していると判断し、ステップS319において磁気検出素子故障フラグ(F1、F2)を設定する。   On the other hand, if the above relationship is not established between the count values Ka and Kb and the branch condition to Steps S307 to S318 is not satisfied, it is determined that the magnetic detection element 5a or 5b has failed, and in Step S319 A magnetic detection element failure flag (F1, F2) is set.

故障の判定は以下のように行う。すなわち、磁気検出素子5a、5bの一方が故障した場合には、故障した方のエッジカウンタがカウントアップを停止する。例えば(Ka、Kb)=(3、1)の場合には、エッジカウンタ6bのカウントアップが停止しているので、磁気検出素子5bが故障していると判定できる。この場合は、磁気検出素子故障フラグ(0、1)を設定する。また、例えば(Ka、Kb)=(2、3)の場合には、エッジカウンタ6aのカウントアップが停止しているので、磁気検出素子5aが故障していると判定できる。この場合は、磁気検出素子故障フラグ(1、0)を設定する。   A failure is determined as follows. That is, when one of the magnetic detection elements 5a and 5b fails, the failed edge counter stops counting up. For example, when (Ka, Kb) = (3, 1), the count-up of the edge counter 6b is stopped, so it can be determined that the magnetic detection element 5b has failed. In this case, a magnetic detection element failure flag (0, 1) is set. For example, when (Ka, Kb) = (2, 3), the count-up of the edge counter 6a is stopped, so that it can be determined that the magnetic detection element 5a has failed. In this case, a magnetic detection element failure flag (1, 0) is set.

以上の転流制御は、S320において停止信号が与えられない限り継続し、停止処理については第1の実施形態と同じである(S321)。
また、磁気検出素子の故障を検出した後に停止処理を行い(S321)、故障したまま再起動し、モータを回転させる場合は、以下のように制御しても良い。すなわち、停止処理(S321)の後も磁気検出素子故障フラグを保持し、再起動時にステップS303において当該磁気検出素子故障フラグの初期化を行わないようにする。そして、前回検出した磁気検出素子の故障に基づく磁気検出素子故障フラグを用いてモータ1を回転するフローにする。
The above commutation control is continued unless a stop signal is given in S320, and the stop process is the same as in the first embodiment (S321).
Further, in the case where the stop process is performed after detecting the failure of the magnetic detection element (S321), the apparatus is restarted with the failure and the motor is rotated, the following control may be performed. That is, the magnetic detection element failure flag is retained even after the stop process (S321), and the magnetic detection element failure flag is not initialized in step S303 upon restart. Then, the flow of rotating the motor 1 is made using the magnetic detection element failure flag based on the failure of the magnetic detection element detected last time.

さらに、再起動時に初期位置に位置決めする通電パタンに関し、磁気検出素子5aが故障している場合には、初期位置に位置決めされたトルク発生用の永久磁石3に対して最大トルクを発生させる磁束がFbの向きになるように、初期位置に位置決めする通電パタンを通電パタンkに変更しても良い。   Further, regarding the energization pattern that is positioned at the initial position at the time of restart, when the magnetic detection element 5a is out of order, the magnetic flux that generates the maximum torque for the permanent magnet 3 for torque generation positioned at the initial position is generated. The energization pattern positioned at the initial position may be changed to the energization pattern k so as to be in the direction of Fb.

以上説明したように、本実施形態によれば、カウンタ値Ka、Kbの組み合わせによって磁気検出素子5a、6bの故障を検出することができる。また、磁気検出素子5a、5bの一方が故障した場合であっても、30°間隔のモータ駆動制御から、60°間隔のモータ駆動制御に移行することによって、モータ駆動を継続することが可能である。   As described above, according to the present embodiment, the failure of the magnetic detection elements 5a and 6b can be detected by the combination of the counter values Ka and Kb. Even if one of the magnetic detection elements 5a and 5b breaks down, the motor drive can be continued by shifting from the motor drive control at 30 ° intervals to the motor drive control at 60 ° intervals. is there.

(第4の実施形態)
第4の実施形態について図12から図15を参照して説明する。図12に示すように、本実施形態におけるモータ駆動システムは、二つの磁気検出素子5a、5bとエッジカウンタ6を備えている。エッジカウンタ6のカウンタ値Ka、磁気検出素子5a、5bの検出信号HaおよびHbはマイコン7に入力されている。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 12, the motor drive system according to the present embodiment includes two magnetic detection elements 5 a and 5 b and an edge counter 6. The counter value Ka of the edge counter 6 and the detection signals Ha and Hb of the magnetic detection elements 5 a and 5 b are input to the microcomputer 7.

図13は、正常回転(本実施形態ではCW方向回転)の場合の検出信号Ha、Hbの出力レベルと、検出信号Haによるカウンタ値Ka、起動前通電パタン、起動後通電パタンの関係を示している。図12に示す磁気検出素子5a、5bの配置によれば、正常回転時には、検出信号Haは、検出信号Hbに対して30°位相が遅れた関係となり、逆回転時には、検出信号Haは、検出信号Hbに対して30°位相が進んだ関係となる。   FIG. 13 shows the relationship between the output levels of the detection signals Ha and Hb in normal rotation (in this embodiment, rotation in the CW direction), the counter value Ka based on the detection signal Ha, the energization pattern before activation, and the energization pattern after activation. Yes. According to the arrangement of the magnetic detection elements 5a and 5b shown in FIG. 12, the detection signal Ha has a relationship delayed by 30 ° from the detection signal Hb during normal rotation, and the detection signal Ha is detected during reverse rotation. The relationship is that the phase is advanced by 30 ° with respect to the signal Hb.

従って、図13に示すように、正常回転の場合、検出信号Haの立ち上がり時には、検出信号HbはHレベルを示しており、検出信号Haの立下り時には、検出信号HbはLレベルを示している。すなわち、正常回転の場合には、検出信号Haの立ち上がりおよび立下り時、すなわちカウンタ値Kaのカウントアップ時に、Ha=Hbの関係である。   Therefore, as shown in FIG. 13, in normal rotation, when the detection signal Ha rises, the detection signal Hb shows an H level, and when the detection signal Ha falls, the detection signal Hb shows an L level. . That is, in the case of normal rotation, the relationship of Ha = Hb is established when the detection signal Ha rises and falls, that is, when the counter value Ka is counted up.

一方、図14は、逆回転の場合の磁気検出素子5a、5bの検出信号Ha、Hbの関係を示している。逆回転の場合、検出信号Haの立ち上がり時には、検出信号HbはLレベルを示し、検出信号Haの立下り時には、検出信号HbはHレベルを示している。すなわち、逆回転の場合には、検出信号Haの立ち上がりおよび立下り時、すなわちカウンタ値Kaのカウントアップ時に、Ha≠Hbの関係である。   On the other hand, FIG. 14 shows the relationship between the detection signals Ha and Hb of the magnetic detection elements 5a and 5b in the case of reverse rotation. In the case of reverse rotation, the detection signal Hb indicates the L level when the detection signal Ha rises, and the detection signal Hb indicates the H level when the detection signal Ha falls. That is, in the case of reverse rotation, the relationship of Ha ≠ Hb is established when the detection signal Ha rises and falls, that is, when the counter value Ka is counted up.

このように、検出信号Haの立ち上がりおよび立下り時に、Ha=Hbの関係である場合は正常回転であると判定でき、Ha≠Hbの関係である場合には逆回転であると判定できる。本実施形態では、この関係を利用して、カウント値Ka、検出信号HaおよびHbをマイコン7に入力し、カウント値Kaのカウントアップ時に検出信号HaとHbを比較することによって、モータ1の逆回転を検出する。   Thus, at the rise and fall of the detection signal Ha, it can be determined that the rotation is normal when Ha = Hb and the reverse rotation when Ha ≠ Hb. In the present embodiment, by utilizing this relationship, the count value Ka and the detection signals Ha and Hb are input to the microcomputer 7, and when the count value Ka is counted up, the detection signals Ha and Hb are compared to thereby reverse the motor 1. Detect rotation.

次に、図15を用いて、本実施形態での制御フローを説明する。ステップS401〜S404の処理は、図5に示すステップS101〜S104と同様である。
回転が開始し、磁気検出素子5aからの検出信号Haを受けて、エッジカウンタ6aがエッジを検出するまで通電パタンaを入力し続ける(S405)。エッジを検出したら、磁気検出素子5a、5bの検出信号HaとHbを比較し、Ha=Hbであれば正常回転であると判断し(S406)、以後、停止処理が行われない限り通常時のモータ駆動制御の転流パタンを出力する(S408〜S415)。
Next, a control flow in this embodiment will be described with reference to FIG. The processing in steps S401 to S404 is the same as that in steps S101 to S104 shown in FIG.
The rotation starts, receives the detection signal Ha from the magnetic detection element 5a, and continues to input the energization pattern a until the edge counter 6a detects an edge (S405). When the edge is detected, the detection signals Ha and Hb of the magnetic detection elements 5a and 5b are compared, and if Ha = Hb, it is determined that the rotation is normal (S406). A commutation pattern for motor drive control is output (S408 to S415).

一方、Ha≠Hbである場合は、モータ1が逆回転していることを検出する(S406、S407)。この場合は、再起動を行うため、再度通電パタンinitを通電し(S401、S402)、ロータ1rを初期位置に位置決めする。その後のフローは上述のとおりであり、モータ1の正常回転を検出するまで、再起動処理が行われる。   On the other hand, when Ha ≠ Hb, it is detected that the motor 1 is rotating in the reverse direction (S406, S407). In this case, in order to restart, the energization pattern init is energized again (S401, S402), and the rotor 1r is positioned at the initial position. The subsequent flow is as described above, and the restart process is performed until the normal rotation of the motor 1 is detected.

なお、ここでは、磁気検出素子5aからの検出信号Haによるカウンタ値Kaを用いて60°間隔でモータ駆動制御を行う例を示しているが、第2の実施形態のように、カウンタ値Ka、Kbを用いて、30°間隔でのモータ駆動制御を行っても良い。また、逆回転を一定回数連続で検出した場合は、モータ駆動を停止して、アラームを通知するようにしても良い。   Here, an example is shown in which motor drive control is performed at 60 ° intervals using the counter value Ka from the detection signal Ha from the magnetic detection element 5a, but the counter value Ka, as in the second embodiment, is shown. Motor drive control at intervals of 30 ° may be performed using Kb. When reverse rotation is detected continuously for a certain number of times, the motor drive may be stopped and an alarm may be notified.

以上説明したように、本実施形態では、従来より少ない2個の磁気検出素子5a、5bを用いてモータ1の逆回転を検出し、再起動処理を行うことにより、正常回転に復帰させることができる。   As described above, in the present embodiment, the reverse rotation of the motor 1 is detected using two magnetic detection elements 5a and 5b, which are fewer than the conventional one, and the normal rotation can be restored by performing the restart process. it can.

(第5の実施形態)
第5の実施形態について図3、図5、図6および図16を参照して説明する。本実施形態におけるモータ駆動システムの構成は第1の実施形態と同じであるため、図3を参照する。図6は磁束の方向に言及する場合に参照する。図16は、図5におけるS101からS102の処理を、S501からS506の処理に置き換えた処理フローを示すものであり、S506の下向きの矢印は図5のS103につながる。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment will be described with reference to FIGS. 3, 5, 6, and 16. FIG. Since the configuration of the motor drive system in the present embodiment is the same as that of the first embodiment, reference is made to FIG. FIG. 6 is referred to when referring to the direction of magnetic flux. FIG. 16 shows a processing flow in which the processing from S101 to S102 in FIG. 5 is replaced with the processing from S501 to S506, and the downward arrow in S506 leads to S103 in FIG.

本実施形態では、モータロックの検出を行う。先ず、通電パタンinit-A(1、1、0、0、0、1)で1秒間通電する(S501、S502)。通電パタンinit-Aによって、図6でのFh方向に磁束が発生し、ロータ1rのS極がFh方向に位置決めされる。次に、エッジカウンタ6を初期化してカウンタ値「0」とする(S503)。その後、通電パタンinit-B(1、0、0、0、1、1)を1秒間通電する(S504、S505)。通電パタンinit-Bによって、磁束が図6でのFinit方向に発生し、ロータ1rがCW方向に回転しFinit方向に位置決めされる。この時、ロータ1rが正常に回転すれば、磁気検出素子5は永久磁石4のS極15cからN極14aへの磁極の変化を検出し、エッジカウンタ6は「0」から「1」にカウントアップする。ここでエッジカウンタが「1」をカウントした場合にはモータは正常に動作している(ロックしていない)と判定され(S506)、図5のS103の処理に移行して、第1の実施形態と同様のモータ駆動制御を行う。   In this embodiment, motor lock is detected. First, the energization pattern init-A (1, 1, 0, 0, 0, 1) is energized for 1 second (S501, S502). By the energization pattern init-A, a magnetic flux is generated in the Fh direction in FIG. 6, and the S pole of the rotor 1r is positioned in the Fh direction. Next, the edge counter 6 is initialized to a counter value “0” (S503). Thereafter, the energization pattern init-B (1, 0, 0, 0, 1, 1) is energized for 1 second (S504, S505). Magnetic flux is generated in the Finit direction in FIG. 6 by the energization pattern init-B, and the rotor 1r rotates in the CW direction and is positioned in the Finit direction. At this time, if the rotor 1r rotates normally, the magnetic detection element 5 detects the change of the magnetic pole from the S pole 15c to the N pole 14a of the permanent magnet 4, and the edge counter 6 counts from “0” to “1”. Up. If the edge counter counts “1”, it is determined that the motor is operating normally (not locked) (S506), and the process proceeds to S103 in FIG. Motor drive control similar to that of the embodiment is performed.

一方、S506において、エッジカウンタ6のカウント値が「0」の場合は、モータがロックしていると判定し、エラー通知を行い(S507)、起動処理を中止する。
以上説明したように、本実施形態では、従来より少ない1個の磁気検出素子5を用いてモータ1のロックを検出し、エラー通知を行うことができる。
On the other hand, if the count value of the edge counter 6 is “0” in S506, it is determined that the motor is locked, an error is notified (S507), and the startup process is stopped.
As described above, in the present embodiment, it is possible to detect the lock of the motor 1 by using one magnetic detection element 5 that is smaller than the conventional one, and perform error notification.

(その他の実施形態)
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形、拡張を行うことができる。
(Other embodiments)
As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A various deformation | transformation and expansion | extension can be performed within the range which does not deviate from the summary of invention.

上記各実施形態ではSPMモータへの適用について説明したが、IPM(Interior Permanent Magnet)モータにも同様にして適用可能である。
非接触式の磁気検出素子として、ホールICの代わりに、ホール素子単体または磁気抵抗素子(MR素子)を使用し、2値の検出信号を生成するように構成しても良い。
In each of the above embodiments, application to an SPM motor has been described. However, the present invention can be applied to an IPM (Interior Permanent Magnet) motor in the same manner.
As a non-contact type magnetic detection element, instead of the Hall IC, a single Hall element or a magnetoresistive element (MR element) may be used to generate a binary detection signal.

上記各実施形態では、速度制御ループ、トルク制御ループなどを用いてフィードバックシステムを構成し、速度偏差、トルク偏差などに応じてモータの巻線に印加する電圧の大きさを制御することができる。この場合には、各通電期間において上アームのトランジスタまたは下アームのトランジスタを所定の周期でオンオフ駆動してデューティ比を制御(PWM制御、PDM制御)すればよい。   In each of the above embodiments, a feedback system is configured using a speed control loop, a torque control loop, and the like, and the magnitude of the voltage applied to the motor windings can be controlled according to the speed deviation, torque deviation, and the like. In this case, the duty ratio may be controlled (PWM control, PDM control) by driving the upper arm transistor or the lower arm transistor on and off in a predetermined cycle during each energization period.

起動前通電パタンinit、init-A、init-Bによる位置決めのための通電時間は、任意位置にあるロータ1rを所定位置に位置決めするのに十分な時間であればよく、1秒間に限定されるものではない。   The energization time for positioning by the energization patterns before startup, init, init-A, and init-B, may be sufficient to position the rotor 1r at an arbitrary position at a predetermined position, and is limited to 1 second. It is not a thing.

図面中、1はモータ、1sはステータ、1rはロータ、3はトルク発生用の永久磁石、4は位置検出用の永久磁石、5は磁気検出素子、6はエッジカウンタ、7はマイコン(制御手段)、8はインバータ回路(通電手段)である。   In the drawings, 1 is a motor, 1s is a stator, 1r is a rotor, 3 is a permanent magnet for torque generation, 4 is a permanent magnet for position detection, 5 is a magnetic detection element, 6 is an edge counter, 7 is a microcomputer (control means) ) And 8 are inverter circuits (energizing means).

Claims (4)

ステータ(1s)に3相巻線が巻装され、ロータ(1r)にp極(p=2、4、6、…)のトルク発生用の永久磁石(3)および等角度幅で3p極に着磁された位置検出用の永久磁石(4)とを備えたモータ(1)と、
第1の磁気検出素子を有し、前記位置検出用の永久磁石による磁界を検出して第1レベルと第2レベルとからなる第1の検出信号を出力する位置検出手段(5)と、
前記モータの巻線に通電する通電手段(8)と、
前記第1の検出信号に現れる立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの数を計数するカウンタ(6)と、
転流を開始する前に、前記通電手段により前記巻線の所定相に通電して前記ロータを初期位置に位置決めするとともに前記カウンタの計数値を初期化し、前記通電手段により前記巻線に所定の相順で転流を開始した後、前記カウンタの計数値に対応した所定の通電パタンに従って前記巻線への通電を制御する制御手段(7)とを備えていることを特徴とするモータ駆動システム。
The stator (1s) is wound with a three-phase winding, the rotor (1r) is a permanent magnet (3) for generating a p-pole (p = 2, 4, 6,. A motor (1) having a magnetized position detecting permanent magnet (4);
A position detection means (5) having a first magnetic detection element, for detecting a magnetic field by the position detecting permanent magnet and outputting a first detection signal composed of a first level and a second level;
Energization means (8) for energizing the windings of the motor;
A counter (6) for counting the number of rising and falling edges appearing in the first detection signal;
Before starting commutation, the energization means energizes a predetermined phase of the winding to position the rotor at an initial position and initializes the count value of the counter. A motor drive system comprising: control means (7) for controlling energization of the windings in accordance with a predetermined energization pattern corresponding to the count value of the counter after commutation is started in phase sequence. .
前記位置検出手段は、前記第1の磁気検出素子(5a)に対し前記トルク発生用の永久磁石の30°(電気角)に相当する角度差をもって配される第2の磁気検出素子(5b)を有し、前記位置検出用の永久磁石による磁界を検出して第2の検出信号(Hb)を出力し、
前記カウンタ(6)は、前記第1および第2の検出信号(Ha、Hb)に現れる立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの数を計数することを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動システム。
The position detecting means is a second magnetic detecting element (5b) arranged with an angle difference corresponding to 30 ° (electrical angle) of the permanent magnet for generating torque with respect to the first magnetic detecting element (5a). And detecting a magnetic field generated by the position detecting permanent magnet and outputting a second detection signal (Hb),
The motor drive system according to claim 1, wherein the counter (6) counts the number of rising edges and falling edges that appear in the first and second detection signals (Ha, Hb).
前記カウンタ(6a、6b)は、前記第1の検出信号に現れる立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの数(Ka)と前記第2の検出信号に現れる立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの数(Kb)とを別々に計数し、
前記制御手段は、前記第1の検出信号の計数値と前記第2の検出信号の計数値との関係に基づいて前記第1および第2の磁気検出素子の故障の有無を判定し、何れの磁気検出素子も正常と判定した場合には前記第1の検出信号の計数値と前記第2の検出信号の計数値に基づいて前記巻線への通電を制御し、前記第1の磁気検出素子が故障していると判定した場合には前記第2の検出信号の計数値に基づいて前記巻線への通電を制御し、前記第2の磁気検出素子が故障していると判定した場合には前記第1の検出信号の計数値に基づいて前記巻線への通電を制御することを特徴とする請求項2に記載のモータ駆動システム。
The counters (6a, 6b) determine the number of rising edges and falling edges (Ka) appearing in the first detection signal and the number of rising edges and falling edges (Kb) appearing in the second detection signal. Counting separately,
The control means determines whether or not the first and second magnetic detection elements are faulty based on a relationship between a count value of the first detection signal and a count value of the second detection signal, When it is determined that the magnetic detection element is also normal, energization to the winding is controlled based on the count value of the first detection signal and the count value of the second detection signal, and the first magnetic detection element When it is determined that the second magnetic detection element has failed, the energization to the winding is controlled based on the count value of the second detection signal. 3. The motor drive system according to claim 2, wherein energization of the winding is controlled based on a count value of the first detection signal.
前記制御手段は、転流を開始した後、前記第1、第2の検出信号の位相差に基づいて前記ロータの回転方向を判定する(S406)ことを特徴とする請求項2又は3に記載のモータ駆動システム。   The said control means determines the rotation direction of the said rotor based on the phase difference of the said 1st, 2nd detection signal after starting a commutation (S406), It is characterized by the above-mentioned. Motor drive system.
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