JP2016111920A - Permanent magnet type motor, position estimation device, and motor drive controller - Google Patents

Permanent magnet type motor, position estimation device, and motor drive controller Download PDF

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JP2016111920A JP2015227018A JP2015227018A JP2016111920A JP 2016111920 A JP2016111920 A JP 2016111920A JP 2015227018 A JP2015227018 A JP 2015227018A JP 2015227018 A JP2015227018 A JP 2015227018A JP 2016111920 A JP2016111920 A JP 2016111920A
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崇 橋本
Takashi Hashimoto
崇 橋本
小池 孝尚
Takanao Koike
孝尚 小池
鈴木 晴之
Haruyuki Suzuki
晴之 鈴木
英毅 吉水
Hideki Yoshimizu
英毅 吉水
山本 典弘
Norihiro Yamamoto
典弘 山本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To expand salient pole properties.SOLUTION: There is provided a permanent magnet type motor which includes: a rotor having a rotor magnet where a plurality of N poles and S poles are alternately magnetized on an outer periphery, and a rotary shaft; and first and second respective ring-shaped pole tooth parts which are arranged oppositely to the rotor magnet and in which a plurality of adjacent claw-poles extending in an axial direction of the rotary shaft at prescribed intervals along a circumferential direction are made close to each other so as to be engaged with each other and base end sides of the respective opposed claw-poles are connected in ring-shapes respectively. On a first joint surface with the second ring-shaped pole tooth part at the first ring-shaped pole tooth part, a first opening is formed, and on a second joint surface with the first ring-shaped pole tooth part at the second ring-shaped pole tooth part, a second opening is formed.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、永久磁石型モータ、位置推定装置及びモータ駆動制御装置に関する。   The present invention relates to a permanent magnet type motor, a position estimation device, and a motor drive control device.

従来から、界磁に電力を消費しない永久磁石型モータが高効率モータとして広く利用されている(特許文献1)。永久磁石型モータにおいて、特に永久磁石を回転子の内部に埋め込んだ埋込磁石型(IPM:Interior Permanent Magnet)モータは、コイルインダクタンスが回転子角度に応じて変化する、突極性と呼ばれる特性を有する。このため、IPMモータは、永久磁石の磁束によるマグネットトルクだけでなく、突極性によるリラクタンストルクも利用でき、高効率かつ広い使用速度域をもつため、近年、利用範囲を拡大している。   Conventionally, permanent magnet motors that do not consume power in the field have been widely used as high-efficiency motors (Patent Document 1). Permanent magnet type motors, in particular, interior permanent magnet (IPM) motors in which permanent magnets are embedded in the rotor have a characteristic called saliency in which the coil inductance varies with the rotor angle. . For this reason, since the IPM motor can use not only the magnet torque due to the magnetic flux of the permanent magnet but also the reluctance torque due to the saliency, and has a high efficiency and a wide use speed range, the use range has been expanded in recent years.

さらに、IPMモータは、突極性を利用して回転センサを用いずに回転子角度を推定するセンサレス角度推定にも利用されている。   Furthermore, the IPM motor is also used for sensorless angle estimation that uses the saliency to estimate the rotor angle without using a rotation sensor.

従来のIPMモータの突極性を利用したセンサレス角度推定では、推定の精度がIPMモータの突極性の大きさに依存する場合がある。   In sensorless angle estimation using the saliency of a conventional IPM motor, the estimation accuracy may depend on the saliency of the IPM motor.

開示の技術は、上記事情に鑑みてこれを解決すべく成されたものであり、突極性を大きくすることを目的としている。   The disclosed technology has been made in view of the above circumstances, and aims to increase the saliency.

開示の技術は、外周にN極とS極が交互に複数着磁されたロータマグネット及び回転軸を有する回転子と、前記ロータマグネットと対向配置され、周方向に沿って所定間隔で前記回転軸の軸線方向に延びた複数の隣接する極歯片同士が互いに噛み合うように近接し、対向した前記各極歯片の基端側はそれぞれリング状に連結された第一、第二の各リング状極歯部と、を備え、前記第一のリング状極歯部における前記第二のリング状極歯部との第一の接合面に第一の開口部が形成され、前記第二のリング状極歯部における前記第一のリング状極歯部との第二の接合面に第二の開口部が形成されていることを特徴とする永久磁石型モータである。   In the disclosed technique, a rotor magnet having a plurality of N poles and S poles alternately magnetized on the outer periphery and a rotor having a rotating shaft, and the rotor magnet are disposed opposite to each other, and the rotating shaft is arranged at predetermined intervals along the circumferential direction. A plurality of adjacent pole teeth pieces extending in the axial direction are adjacent to each other so that the base end sides of the opposed pole teeth pieces are connected in a ring shape, respectively. A first opening is formed on a first joint surface of the first ring-shaped pole tooth portion with the second ring-shaped pole tooth portion, and the second ring shape. The permanent magnet motor is characterized in that a second opening is formed on a second joint surface of the pole tooth portion with the first ring-shaped pole tooth portion.

突極性を大きくすることができる。   The saliency can be increased.

モータ駆動制御装置を説明する図である。It is a figure explaining a motor drive control device. ステッピングモータの構造の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of a stepping motor. ステッピングモータの断面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the cross section of a stepping motor. モータのコイルインダクタンスと回転子の位相の関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the coil inductance of a motor, and the phase of a rotor. 第一の実施形態のステッピングモータの導体を説明する図である。It is a figure explaining the conductor of the stepping motor of 1st embodiment. 第一の実施形態における自己インダクタンスと相互インダクタンスを示す図である。It is a figure which shows the self inductance and mutual inductance in 1st embodiment. 第一の実施形態のステッピングモータにおける比透磁率分布を示す図である。It is a figure which shows the relative magnetic permeability distribution in the stepping motor of 1st embodiment. 位置フィードバック制御部を説明する図である。It is a figure explaining a position feedback control part. d軸電流制御部を説明する図である。It is a figure explaining a d-axis current control part. q軸電流制御部を説明する図である。It is a figure explaining a q-axis current control part. ベクトル回転部の動作概念を示す第一の図である。It is a 1st figure which shows the operation | movement concept of a vector rotation part. ベクトル回転部の動作概念を示す第二の図である。It is a 2nd figure which shows the operation | movement concept of a vector rotation part. 他のベクトル回転部の動作概念を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement concept of another vector rotation part. 位置推定部を説明する図である。It is a figure explaining a position estimation part. q軸電流ベクトルと、推定位置誤差th_errの信号波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the signal waveform of q-axis current vector and estimated position error th_err. 位置フィードバック制御部の他の例を説明する図である。It is a figure explaining the other example of a position feedback control part. 第二の実施形態のステッピングモータの導体を説明する図である。It is a figure explaining the conductor of the stepping motor of 2nd embodiment. 第二の実施形態における自己インダクタンスと相互インダクタンスを示す図 である。It is a figure which shows the self-inductance and mutual inductance in 2nd embodiment. ステッピングモータの導体を説明する図である。It is a figure explaining the conductor of a stepping motor. 第三の実施形態のステッピングモータの導体を説明する図である。It is a figure explaining the conductor of the stepping motor of 3rd embodiment. 第三の実施形態における自己インダクタンスと相互インダクタンスを示す図である。It is a figure which shows the self-inductance and mutual inductance in 3rd embodiment. 第三の実施形態のステッピングモータにおける比透磁率分布を示す図である。It is a figure which shows the relative magnetic permeability distribution in the stepping motor of 3rd embodiment. 第三の実施形態の内ヨークの比透磁率分布を示す図である。It is a figure which shows the relative magnetic permeability distribution of the inner yoke of 3rd embodiment. 第四の実施形態のステッピングモータの導体を説明する図である。It is a figure explaining the conductor of the stepping motor of 4th embodiment. 第四の実施形態における自己インダクタンスと相互インダクタンスを示す図である。It is a figure which shows the self-inductance and mutual inductance in 4th embodiment. 第四の実施形態の内ヨークの比透磁率分布を示す図である。It is a figure which shows the relative magnetic permeability distribution of the inner yoke of 4th embodiment. 第四の実施形態の第一の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 1st modification of 4th embodiment. 第四の実施形態の第二の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd modification of 4th embodiment. 第五の実施形態のステッピングモータの内ヨークと、自己インダクタンスと相互インダクタンスを示す図である。It is a figure which shows the inner yoke of the stepping motor of 5th embodiment, a self-inductance, and a mutual inductance. 第五の実施形態のステッピングモータの内ヨークを示す図である。It is a figure which shows the inner yoke of the stepping motor of 5th embodiment. 第六の実施形態のステッピングモータの導体を説明する図である。It is a figure explaining the conductor of the stepping motor of 6th embodiment. 第六の実施形態における自己インダクタンスと相互インダクタンスを示す図である。It is a figure which shows the self inductance and mutual inductance in 6th embodiment. 第六の実施形態の内ヨークの比透磁率分布を示す図である。It is a figure which shows the relative magnetic permeability distribution of the inner yoke of 6th embodiment. 第七の実施形態のステッピングモータの導体を説明する図である。It is a figure explaining the conductor of the stepping motor of 7th embodiment. 第七の実施形態における自己インダクタンスと相互インダクタンスを示す図である。It is a figure which shows the self inductance and mutual inductance in 7th embodiment. 各実施形態の相互インダクタンスとコギングトルクを示す図である。It is a figure which shows the mutual inductance and cogging torque of each embodiment.

(第一の実施形態)
図面を参照して以下に第一の実施形態について説明する。図1は、モータ駆動制御装置を説明する図である。
(First embodiment)
The first embodiment will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a motor drive control device.

図1に示すモータ駆動制御装置100は、ステッピングモータ10の駆動を制御する。本実施形態のステッピングモータ(STM)10は、例えば2相の励磁コイルA相とB相に略90度位相の異なる交流電流を流すことで、永久磁石からなる回転子が回転する。また、本実施形態のステッピングモータ10(以下、単にモータ10と呼ぶ)は、突極性を有するものとした。突極性とは、回転子の位置に応じてモータコイルのインダクタンスが変化する特性である。   A motor drive control device 100 shown in FIG. 1 controls the drive of the stepping motor 10. In the stepping motor (STM) 10 of the present embodiment, for example, by passing alternating currents having a phase difference of approximately 90 degrees to the two-phase exciting coils A phase and B phase, a rotor made of a permanent magnet rotates. In addition, the stepping motor 10 of the present embodiment (hereinafter simply referred to as the motor 10) has saliency. The saliency is a characteristic that the inductance of the motor coil changes according to the position of the rotor.

本実施形態において、モータ10は、A相コイルとB相コイルの自己インダクタンスが回転子角度の関数で正弦波的に変化する特性を利用している。   In the present embodiment, the motor 10 utilizes the characteristic that the self-inductance of the A-phase coil and the B-phase coil changes sinusoidally as a function of the rotor angle.

さらに、本件の発明者は、A相コイルとB相コイル間の相互インダクタンスの突極性を、A相及びB相コイルの自己インダクタンスの突極性と同程度に大きくすると、回転子の位置推定を行うための推定位置誤差が安定して発生することに着目した。   Furthermore, the inventor of the present invention estimates the position of the rotor when the saliency of mutual inductance between the A-phase coil and the B-phase coil is increased to the same degree as the self-inductance saliency of the A-phase and B-phase coils. We focused on the fact that the estimated position error is generated stably.

すなわち、本実施形態のモータ10は、A相コイルとB相コイル間の相互インダクタンスの突極性を、A相及びB相コイルの自己インダクタンスの突極性と同程度に大きくするように構成した。本実施形態のモータ10の詳細は後述する。   That is, the motor 10 of the present embodiment is configured such that the saliency of mutual inductance between the A-phase coil and the B-phase coil is increased to the same extent as the saliency of the self-inductance of the A-phase and B-phase coils. Details of the motor 10 of this embodiment will be described later.

本実施形態のモータ駆動制御装置100は、位置フィードバック制御部101、d軸電流制御部102、q軸電流制御部103、位置推定部104、加算器105、ベクトル回転部106及び107、高周波発生部108、増幅部109及び110、電流センサ111及び112を有する。尚、電流センサ111及び112は、モータ駆動制御装置100の外部に設けられていても良い。   The motor drive control device 100 of this embodiment includes a position feedback control unit 101, a d-axis current control unit 102, a q-axis current control unit 103, a position estimation unit 104, an adder 105, vector rotation units 106 and 107, and a high frequency generation unit. 108, amplification units 109 and 110, and current sensors 111 and 112. The current sensors 111 and 112 may be provided outside the motor drive control device 100.

本実施形態のモータ駆動制御装置100は、モータ10に対し、モータ10を駆動させる駆動電流に、高周波発生部108において発生させた高周波成分を重畳した電流を供給する。そして、モータ駆動制御装置100は、位置推定部104により、電流センサ111及び112により検出された高周波成分の応答信号に応じて、モータ10の回転子の位置を推定する。   The motor drive control device 100 according to the present embodiment supplies the motor 10 with a current obtained by superimposing the high frequency component generated by the high frequency generator 108 on the drive current for driving the motor 10. In the motor drive control device 100, the position estimation unit 104 estimates the position of the rotor of the motor 10 according to the response signal of the high frequency component detected by the current sensors 111 and 112.

したがって、本実施形態では、例えばモータ10に供給される駆動電流が微少なものであった場合にも、高周波成分の応答信号を検出し、この応答信号に基づき回転子の位置を推定することができる。   Therefore, in the present embodiment, for example, even when the drive current supplied to the motor 10 is very small, it is possible to detect a high-frequency component response signal and estimate the rotor position based on this response signal. it can.

このため、本実施形態のモータ駆動制御装置100では、例えばモータ10の回転が停止している場合や、回転速度が低速である場合においても、エンコーダ等の回転子の位置を検出するためのセンサを使用せずに、閉ループ制御で回転子の位置を推定できる。   For this reason, in the motor drive control device 100 of this embodiment, for example, when the rotation of the motor 10 is stopped or when the rotation speed is low, a sensor for detecting the position of the rotor such as an encoder. The position of the rotor can be estimated by closed loop control without using.

本実施形態の位置フィードバック制御部101は、目標位置指令値th_tと現在の回転子の推定位置を示す位置情報th_estとを比較し、比較結果に応じて駆動電流の振幅目標値idt及びiqtを出力する。本実施形態では、この制御により、目標位置指令値th_tと位置情報th_estとが一致するように駆動電流の振幅が制御され、回転子の位置が制御される。   The position feedback control unit 101 of the present embodiment compares the target position command value th_t with position information th_est indicating the current estimated position of the rotor, and outputs drive target amplitude target values idt and iqt according to the comparison result. To do. In this embodiment, by this control, the amplitude of the drive current is controlled so that the target position command value th_t and the position information th_est match, and the position of the rotor is controlled.

本実施形態では、目標位置指令値th_tが単位時間に一定量増加あるいは減少する場合、位置情報th_estも単位時間に一定量増加あるいは減少するように制御される。したがって、本実施形態のモータ10の回転子は、一定速度の回転を維持する。また、本実施形態では、目標位置指令値th_tが固定値で静止している場合は、位置情報th_estも静止、すなわち現在位置を維持するように制御される。   In the present embodiment, when the target position command value th_t increases or decreases by a certain amount per unit time, the position information th_est is also controlled so as to increase or decrease by a certain amount per unit time. Therefore, the rotor of the motor 10 of this embodiment maintains a constant speed of rotation. In the present embodiment, when the target position command value th_t is stationary at a fixed value, the position information th_est is also controlled to be stationary, that is, to maintain the current position.

本実施形態のd軸電流制御部102は、ベクトル回転部107が検出したd軸電流ベクトルidが、d軸の駆動電流の振幅目標値idtに一致するように、d軸の駆動電圧Vdを出力する。本実施形態のq軸電流制御部103は、ベクトル回転部107が検出したq軸電流ベクトルiqが、q軸の駆動電流の振幅目標値iqtに一致するように、q軸の駆動電圧Vqを出力する。本実施形態のd軸電流制御部102及びq軸電流制御部103は、例えば比例積分制御を行う比例積分制御器であることが好ましい。   The d-axis current control unit 102 according to the present embodiment outputs the d-axis drive voltage Vd so that the d-axis current vector id detected by the vector rotation unit 107 matches the amplitude target value idt of the d-axis drive current. To do. The q-axis current control unit 103 according to the present embodiment outputs the q-axis drive voltage Vq so that the q-axis current vector iq detected by the vector rotation unit 107 matches the amplitude target value iqt of the q-axis drive current. To do. The d-axis current control unit 102 and the q-axis current control unit 103 of the present embodiment are preferably proportional-integral controllers that perform proportional-integral control, for example.

本実施形態の位置推定部104は、q軸電流に重畳された高周波成分からモータ10の回転子の位置(電気角)と速度を推定し、回転子の推定位置を示す位置情報(角度)th_estと、回転子の推定回転速度を示す速度情報w_estと、を出力する。位置推定部104の詳細は後述する。   The position estimation unit 104 of this embodiment estimates the position (electrical angle) and speed of the rotor of the motor 10 from the high-frequency component superimposed on the q-axis current, and position information (angle) th_est indicating the estimated position of the rotor. And speed information w_est indicating the estimated rotational speed of the rotor is output. Details of the position estimation unit 104 will be described later.

本実施形態の加算器105は、d軸の駆動電圧Vdと、高周波信号Vhとを加算する。本実施形態の高周波信号Vhの周波数は、回転子の回転数と磁極ペア数の積(モータコイルの駆動周波数)よりも十分高いものとする。高周波信号Vhの周波数の詳細は後述する。   The adder 105 of this embodiment adds the d-axis drive voltage Vd and the high-frequency signal Vh. The frequency of the high-frequency signal Vh in this embodiment is sufficiently higher than the product of the number of rotations of the rotor and the number of magnetic pole pairs (motor coil drive frequency). Details of the frequency of the high-frequency signal Vh will be described later.

本実施形態のベクトル回転部106は、d軸の駆動電圧Vd及びq軸の駆動電圧Vqを位置情報(角度)th_estだけ回転させ、A相の駆動電圧ベクトルVaと、B相の駆動電圧ベクトルVbとを出力する。以下の式1は、ベクトル回転部106による演算式である。   The vector rotation unit 106 of the present embodiment rotates the d-axis drive voltage Vd and the q-axis drive voltage Vq by position information (angle) th_est, and drives the A-phase drive voltage vector Va and the B-phase drive voltage vector Vb. Is output. The following Expression 1 is an arithmetic expression by the vector rotation unit 106.

駆動電圧Vd,Vqは、d軸電流制御部102及びq軸電流制御部103の出力駆動電圧で、直流に近い信号である。本実施形態では、これを回転子の角度相当である角度th_estだけ回転させるため、駆動電圧ベクトルVa,Vbは交流信号になる。 The drive voltages Vd and Vq are output drive voltages of the d-axis current control unit 102 and the q-axis current control unit 103 and are signals close to direct current. In this embodiment, since this is rotated by an angle th_est corresponding to the angle of the rotor, the drive voltage vectors Va and Vb become AC signals.

本実施形態のベクトル回転部107は、A相で検出された検出電流ベクトルiaと、B相で検出された検出電流ベクトルibとを角度th_estだけ回転させ、d軸電流ベクトルidとq軸電流ベクトルiqを出力する。以下の式2は、ベクトル回転部107による演算式である。   The vector rotation unit 107 of the present embodiment rotates the detected current vector ia detected in the A phase and the detected current vector ib detected in the B phase by an angle th_est, and d-axis current vector id and q-axis current vector iq is output. The following Expression 2 is an arithmetic expression by the vector rotation unit 107.

ベクトル回転部106及び107は、ベクトル回転の方向が逆である。検出電流ベクトルia,ibは、コイル電流相当で、回転子の回転数×磁極ペア数の周波数を持つ交流信号である。本実施形態では、この検出電流ベクトルia,ibを、回転子の角度相当である角度th_estだけ回転させるため、d軸電流ベクトルid及びq軸電流ベクトルiqは直流に近い信号になる。 In the vector rotation units 106 and 107, the direction of vector rotation is opposite. The detected current vectors ia and ib are AC signals corresponding to the coil current and having a frequency of the number of rotations of the rotor × the number of magnetic pole pairs. In the present embodiment, since the detected current vectors ia and ib are rotated by an angle th_est corresponding to the angle of the rotor, the d-axis current vector id and the q-axis current vector iq are signals close to direct current.

本実施形態の高周波発生部108は、駆動電圧に重畳する高周波信号Vhを生成し、出力する。高周波信号Vhは、固定周波数であり、回転子の回転数と磁極ペア数の積(モータコイルの駆動周波数)よりも十分高いものとした。   The high frequency generator 108 of this embodiment generates and outputs a high frequency signal Vh that is superimposed on the drive voltage. The high frequency signal Vh has a fixed frequency and is sufficiently higher than the product of the number of rotations of the rotor and the number of magnetic pole pairs (motor coil drive frequency).

本実施形態では、以上のように高周波信号Vhを生成することで、位置推定部104における駆動信号(駆動電流)と高周波成分の応答信号との分離がしやすくなり、回転子の位置の推定精度を向上させることができる。また、本実施形態では、以上のように高周波信号Vhを生成することで、モータ10の機械的な応答を抑制できるため、回転子の位置や速度の制御への影響を抑えられる。   In this embodiment, by generating the high-frequency signal Vh as described above, it becomes easy to separate the drive signal (drive current) and the response signal of the high-frequency component in the position estimation unit 104, and the estimation accuracy of the rotor position is increased. Can be improved. In the present embodiment, since the mechanical response of the motor 10 can be suppressed by generating the high-frequency signal Vh as described above, the influence on the control of the position and speed of the rotor can be suppressed.

さらに、本実施形態では、高周波信号Vhの周波数を、人間の可聴域より高い周波数とすれば、不快な聴感ノイズを抑えることができる。本実施形態の高周波信号Vhの波形は、正弦波又は矩形波であっても良いし、その他の周期的な信号であれば良い。   Furthermore, in this embodiment, if the frequency of the high-frequency signal Vh is higher than the human audible range, unpleasant audible noise can be suppressed. The waveform of the high-frequency signal Vh in the present embodiment may be a sine wave or a rectangular wave, or any other periodic signal.

本実施形態の増幅部109は、A相の駆動電圧ベクトルVaを実際にモータ10の有するコイルに印加する電圧(図1の電圧A+、電圧A−)に変換する。また、増幅部110は、B相の駆動電圧ベクトルVbを実際にモータ10の有するコイルに印加する電圧(図1の電圧B+、電圧B−)に変換する。電圧A+、電圧A−及び電圧B+、電圧B−は、逆相の信号である。本実施形態の増幅部109、110は、具体的には、例えばリニアな電力増幅器や、公知のPWM(Pulse Width Modulation)インバータ回路等により実現されても良い。   The amplifying unit 109 according to the present embodiment converts the A-phase driving voltage vector Va into voltages (voltage A + and voltage A− in FIG. 1) that are actually applied to the coil of the motor 10. The amplifying unit 110 converts the B-phase driving voltage vector Vb into voltages (voltage B + and voltage B− in FIG. 1) that are actually applied to the coil of the motor 10. The voltage A +, the voltage A−, the voltage B +, and the voltage B− are signals having opposite phases. Specifically, the amplification units 109 and 110 of the present embodiment may be realized by, for example, a linear power amplifier, a known PWM (Pulse Width Modulation) inverter circuit, or the like.

本実施形態の電流センサ111は、A相コイル電流を検出し、検出電流ベクトルiaを出力する。また、本実施形態の電流センサ112は、B相コイル電流を検出し、検出電流ベクトルibを出力する。本実施形態の電流センサ111、112は、例えばコイル駆動線や増幅部109、110の各母線に直列に低抵抗を挿入して両端を差動増幅する構成や、ホール素子等の磁気的なセンサ等により実現されても良い。   The current sensor 111 of the present embodiment detects the A-phase coil current and outputs a detected current vector ia. Further, the current sensor 112 of the present embodiment detects the B-phase coil current and outputs a detected current vector ib. The current sensors 111 and 112 of the present embodiment include, for example, a configuration in which a low resistance is inserted in series with each of the bus lines of the coil drive lines and the amplification units 109 and 110 to differentially amplify both ends, and magnetic sensors such as Hall elements Etc. may be realized.

次に、本実施形態のモータ10について説明する。図2は、ステッピングモータの構造の一例を示す図である。   Next, the motor 10 of this embodiment will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the structure of the stepping motor.

本実施形態のモータ10は、A相コイル(電機子コイル)11と、B相コイル(電機子コイル)12と、回転子20と、を有する。本実施形態のモータ10において、A相コイル11はA相コイル端子13として、A+端子とA−端子とを有する。B相コイル12は、B相コイル端子14として、B+端子とB−端子とを有する。本実施形態において、A相コイル11とB相コイル12とは、互いに接続されておらず、独立して設けられている。本実施形態の回転子20は、円周上に永久磁石が配置あるいは着磁されている。   The motor 10 of the present embodiment includes an A-phase coil (armature coil) 11, a B-phase coil (armature coil) 12, and a rotor 20. In the motor 10 of the present embodiment, the A phase coil 11 has an A + terminal and an A− terminal as the A phase coil terminal 13. B phase coil 12 has B + terminal and B− terminal as B phase coil terminal 14. In the present embodiment, the A-phase coil 11 and the B-phase coil 12 are not connected to each other and are provided independently. In the rotor 20 of the present embodiment, a permanent magnet is arranged or magnetized on the circumference.

モータ10において、A相コイル11とB相コイル12は、回転子20の永久磁石により発生する磁束方向に対し、90度の関係になるように配置されている。モータ10では、A相コイル11とB相コイル12に、90度位相のずれた交流電流を供給することで、回転子20が回転する。また、モータ10では、A相コイル11とB相コイル12に供給される交流電流の位相を所定の位相に固定すると、回転子20が磁気的につりあう位置に維持される。   In the motor 10, the A-phase coil 11 and the B-phase coil 12 are arranged so as to have a relationship of 90 degrees with respect to the direction of the magnetic flux generated by the permanent magnet of the rotor 20. In the motor 10, the rotor 20 rotates by supplying an alternating current whose phase is shifted by 90 degrees to the A-phase coil 11 and the B-phase coil 12. Moreover, in the motor 10, when the phase of the alternating current supplied to the A-phase coil 11 and the B-phase coil 12 is fixed to a predetermined phase, the rotor 20 is maintained in a magnetically balanced position.

図3は、本実施形態のステッピングモータの断面の一例を示す図である。図3に示す例では、回転子20は、多極着磁されている。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a cross section of the stepping motor of the present embodiment. In the example shown in FIG. 3, the rotor 20 is multipolarly magnetized.

本実施形態の回転子20は、円筒状の形をしており、円筒表面に周期的に永久磁石が着磁されたロータマグネット20Aと、回転軸20Bとを有する。A相コイル11は、回転子20の円周の外側に円環状に巻かれている。A相コイル端子13が引き出されている。   The rotor 20 of the present embodiment has a cylindrical shape, and includes a rotor magnet 20A in which a permanent magnet is periodically magnetized on a cylindrical surface, and a rotating shaft 20B. The A-phase coil 11 is wound in an annular shape outside the circumference of the rotor 20. A phase coil terminal 13 is drawn out.

A相コイル11は、導体(リング状極歯部)21により囲まれている。導体21は、A相コイル11を囲むように配置され、内径(回転子の面側)に片方向(図では上方向)から爪状に導体部材が伸びており、これを誘電子(クローポール;極歯片)23と呼ぶ。クローポール23のピッチは回転子の着磁極ペアと等しいピッチにしてあり、コイル電流方向により全てのクローポール23がN極あるいはS極コアを形成する。   The A-phase coil 11 is surrounded by a conductor (ring-shaped pole tooth portion) 21. The conductor 21 is disposed so as to surround the A-phase coil 11, and a conductor member extends in a claw-like shape from one direction (upward in the drawing) to the inner diameter (rotor surface side). ; Pole tooth piece) 23. The pitch of the claw poles 23 is equal to that of the pair of magnetic poles of the rotor, and all the claw poles 23 form an N pole or S pole core depending on the coil current direction.

A相コイル11の反対方向(図では下方向)からも同様のクローポール24が伸びており、上側のクローポール23とは反対極性のコアを形成する。尚、図3では、クローポール23、24は、B相コイル12側に形成されたものとして示したが、A相コイル11側においても同様に形成されている。以下の説明では、A相コイル11側のクローポールを23A、24Aとし、B相コイル12側のクローポールを23B、24Bとする。   A similar claw pole 24 extends from the opposite direction of the A-phase coil 11 (downward in the figure) to form a core having a polarity opposite to that of the upper claw pole 23. In FIG. 3, the claw poles 23 and 24 are illustrated as being formed on the B-phase coil 12 side, but are similarly formed on the A-phase coil 11 side. In the following description, claw poles on the A phase coil 11 side are 23A and 24A, and claw poles on the B phase coil 12 side are 23B and 24B.

B相コイル12と、B相コイル端子14は、A相と同様である。B相コイル12は、導体22により囲まれている。導体22は、導体21と同様に、上側のクローポール23Bと、下側のクローポール24Bが形成されている。   The B phase coil 12 and the B phase coil terminal 14 are the same as the A phase. B-phase coil 12 is surrounded by conductor 22. As with the conductor 21, the conductor 22 is formed with an upper claw pole 23B and a lower claw pole 24B.

本実施形態では、A相におけるクローポール23A、24Aと、B相におけるクローポール23B、24Bは、回転子20の磁極ペアの1周期を360度(いわゆる電気角)としたとき、90度ずらして配置される。この配置により、図3に示すモータ10は、図2に示すA相コイル11及びB相コイル12と等価な2相コイルと多極着磁ロータからなる構造となる。   In this embodiment, claw poles 23A and 24A in the A phase and claw poles 23B and 24B in the B phase are shifted by 90 degrees when one period of the magnetic pole pair of the rotor 20 is 360 degrees (so-called electrical angle). Be placed. With this arrangement, the motor 10 shown in FIG. 3 has a structure including a two-phase coil equivalent to the A-phase coil 11 and the B-phase coil 12 shown in FIG.

図4は、モータのコイルインダクタンスと回転子の位相の関係の一例を示す図である。図4において、横軸は回転子20の位相であり、電気角で表示している。ここでは、単位は、[degree]である。電気角と回転子20の機械角の関係は、以下の式3で示される。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the relationship between the coil inductance of the motor and the phase of the rotor. In FIG. 4, the horizontal axis represents the phase of the rotor 20 and is represented by an electrical angle. Here, the unit is [degree]. The relationship between the electrical angle and the mechanical angle of the rotor 20 is expressed by Equation 3 below.

電気角=回転子の機械角×着磁極ペア数 式3
図4において、縦軸はコイルインダクタンスであり、単位は[mH(ミリ・ヘンリー)]である。波線Laは、A相コイル11のコイルインダクタンスを示し、一点鎖線Lbは、B相コイル12のコイルインダクタンスを示す。
Electrical angle = rotor mechanical angle x number of poled pairs Equation 3
In FIG. 4, the vertical axis represents the coil inductance, and the unit is [mH (Milli Henry)]. The wavy line La indicates the coil inductance of the A-phase coil 11, and the alternate long and short dash line Lb indicates the coil inductance of the B-phase coil 12.

図3に示すクローポール型のPM(Permanent Magnet)ステッピングモータは、回転子の着磁位相とクローポール位相の関係により、磁気的な特性が変化するため、回転子の位相(電気角)に対して周期的にコイルインダクタンスが変化することがわかっている。このようなステッピングモータの特性を、突極性と呼ぶ。   The claw pole type PM (Permanent Magnet) stepping motor shown in FIG. 3 has a magnetic characteristic that changes depending on the relationship between the magnetization phase of the rotor and the claw pole phase. It is known that the coil inductance changes periodically. Such a characteristic of the stepping motor is called saliency.

ここでは、コイルインダクタンスは、電気角360度(回転子の磁極ペアの1ピッチ)につき2周期の正弦波状に変化するものとする。尚、コイルインダクタンスの変化の周期や変化量及び変化形状は、これに限ったものではない。   Here, it is assumed that the coil inductance changes in a sine wave shape of two cycles per electrical angle of 360 degrees (one pitch of the magnetic pole pair of the rotor). It should be noted that the period, amount and shape of change of the coil inductance are not limited to this.

また、図4に示すインダクタンス変化をもたらすモータ構造は、クローポール型に限ったものではない。例えば、回転子の磁石を円筒表面でなく、円筒状導体の内部に埋め込んだ構造によっても、回転子の位相に応じたインダクタンス変化が生じることがわかっている。クローポール型のPMステッピングモータは、コイルの巻き方やその他部材を簡素かでき、工業的に安価に生産できる。   Further, the motor structure that causes the inductance change shown in FIG. 4 is not limited to the claw pole type. For example, it has been found that an inductance change corresponding to the phase of the rotor is also generated by a structure in which the magnet of the rotor is embedded in the cylindrical conductor instead of the cylindrical surface. The claw pole type PM stepping motor can simplify the coil winding method and other members, and can be produced industrially at low cost.

次に、図5を参照して本実施形態のモータ10のクローポールの形状について説明する。図5は、第一の実施形態のステッピングモータの導体を説明する図である。図5(A)は、モータ10の断面を示しており、図5(B)は、図5(A)において点線で囲った部分を拡大したもの示している。図5(C)は、図5(B)の比較例となる一般的なステッピングモータの導体を示している。   Next, the shape of the claw pole of the motor 10 of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating conductors of the stepping motor according to the first embodiment. FIG. 5A shows a cross section of the motor 10, and FIG. 5B shows an enlarged view of a portion surrounded by a dotted line in FIG. 5A. FIG. 5C shows a conductor of a general stepping motor as a comparative example of FIG.

図5(B)に示すように、本実施形態のモータ10は、A相コイル11を囲む導体21において、導体22と接合される接合面26A(第一の開口部)に形成された開口部25Aを有する。また、本実施形態のモータ10は、B相コイル12を囲む導体22において、導体21と接合される接合面26Bに形成された開口部25Bを有する。   As shown in FIG. 5B, the motor 10 of this embodiment includes an opening formed on a bonding surface 26A (first opening) bonded to the conductor 22 in the conductor 21 surrounding the A-phase coil 11. 25A. In addition, the motor 10 according to the present embodiment has an opening 25 </ b> B formed in a joint surface 26 </ b> B joined to the conductor 21 in the conductor 22 surrounding the B-phase coil 12.

本実施形態では、開口部25Aと開口部25Bは、導体21と導体22とが接合されたときに重なるように、各導体の接合面26A、26Bにおいて、同じ位置に同一形状で形成されている。したがって、本実施形態のモータ10は、導体21と導体22とを接合した際に、開口部25Aと開口部25Bとを介して導体21と導体22を貫通する貫通孔が形成される。   In the present embodiment, the opening 25A and the opening 25B are formed in the same shape at the same position on the joint surfaces 26A and 26B of the respective conductors so as to overlap when the conductor 21 and the conductor 22 are joined. . Therefore, in the motor 10 of the present embodiment, when the conductor 21 and the conductor 22 are joined, a through-hole penetrating the conductor 21 and the conductor 22 through the opening 25A and the opening 25B is formed.

尚、本実施形態では、回転子の着磁極ペアと等しいピッチの数と同数の開口部25A、25Bが、導体21と導体22のそれぞれに形成されても良い。   In the present embodiment, openings 25A and 25B having the same number of pitches as the number of magnetic pole pairs of the rotor may be formed in each of the conductor 21 and the conductor 22.

これに対し、図5(C)に示す一般的なステッピングモータでは、A相コイルを囲む導体21′と、B相コイルを囲う導体22′のそれぞれには、両者の接合面に開口部は設けられていない。したがって、導体21′と導体22′が接合された際に、両者を貫通する貫通孔は形成されない。   On the other hand, in the general stepping motor shown in FIG. 5C, each of the conductor 21 'surrounding the A-phase coil and the conductor 22' surrounding the B-phase coil is provided with an opening at the joint surface between them. It is not done. Therefore, when the conductor 21 'and the conductor 22' are joined, a through hole penetrating both is not formed.

尚、開口部25A、25Bが形成される位置と形状は、自己インダクタンス及び相互インダクタンスの変化が正弦波に近づくのであれば、同じ位置、同一形状でなくとも良い。   The positions and shapes where the openings 25A and 25B are formed need not be the same positions and shapes as long as the changes in self-inductance and mutual inductance approach a sine wave.

また、本実施形態のモータ10は、各相のコイルと導体とからなるステータを2個(2相)積み重ねたものとしたが、ステータの個数はこれに限定されない。本実施形態では、例えば3個(3相)以上重ねて、各ステータ間に開口部を設けても良い。   In the motor 10 of the present embodiment, two (two-phase) stators composed of coils and conductors of each phase are stacked, but the number of stators is not limited to this. In the present embodiment, for example, three (three phases) or more may be stacked and an opening may be provided between the stators.

以下に、図6を参照し、本実施形態のモータ10の自己インダクタンス及び相互インダクタンスと、比較例のモータにおける自己インダクタンス及び相互インダクタンスについて説明する。   Below, with reference to FIG. 6, the self-inductance and mutual inductance of the motor 10 of this embodiment, and the self-inductance and mutual inductance in the motor of a comparative example are demonstrated.

図6は、第一の実施形態における自己インダクタンスと相互インダクタンスを示す図である。図6(A)は、本実施形態のモータ10における自己インダクタンス及び相互インダクタンスを示す図であり、図6(B)は、比較例のモータにおける自己インダクタンス及び相互インダクタンスを示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing the self-inductance and the mutual inductance in the first embodiment. FIG. 6A is a diagram showing the self-inductance and the mutual inductance in the motor 10 of the present embodiment, and FIG. 6B is a diagram showing the self-inductance and the mutual inductance in the motor of the comparative example.

比較例のモータの相互インダクタンスは、自己インダクタンスと比較して回転子角度の変化に対する振幅の変化が非常に小さいことがわかる(図6(B)参照)。これに対し、本実施形態のモータ10の相互インダクタンスは、自己インダクタンスと同程度の振幅の変化を有していることがわかる。したがって、本実施形態のモータ10では、相互インダクタンスの突極性を大きくすることができる。   It can be seen that the mutual inductance of the motor of the comparative example has a very small change in amplitude with respect to the change in the rotor angle compared to the self-inductance (see FIG. 6B). On the other hand, it can be seen that the mutual inductance of the motor 10 of the present embodiment has a change in amplitude comparable to the self-inductance. Therefore, in the motor 10 of this embodiment, the saliency of the mutual inductance can be increased.

以下に、図7を参照し、本実施形態のモータ10の相互インダクタンスの振幅が大きくなる理由について説明する。   Hereinafter, the reason why the amplitude of the mutual inductance of the motor 10 of the present embodiment is increased will be described with reference to FIG.

本実施形態では、モータ10の自己インダクタンス及び相互インダクタンスが小さい回転子角度T1における比透磁率分布と、自己インダクタンス及び相互インダクタンスが大きい回転子角度T2における比透磁率分布と、から、相互インダクタンスを考える。   In this embodiment, the mutual inductance is considered from the relative permeability distribution at the rotor angle T1 where the self inductance and the mutual inductance of the motor 10 are small and the relative permeability distribution at the rotor angle T2 where the self inductance and the mutual inductance are large. .

図7は、第一の実施形態のステッピングモータにおける比透磁率分布を示す図である。図7(A)は、図7(B)、(C)の視線方向を説明する図であり、図7(B)は、回転子角度T1における比透磁率分布を示しており、図7(C)は、回転子角度T2における比透磁率分布を示している。   FIG. 7 is a diagram illustrating a relative permeability distribution in the stepping motor according to the first embodiment. FIG. 7A is a diagram for explaining the viewing direction of FIGS. 7B and 7C, and FIG. 7B shows the relative permeability distribution at the rotor angle T1, and FIG. C) shows the relative permeability distribution at the rotor angle T2.

図7(B)、(C)で示す比透磁率分布は、図7(A)に示す矢印Yの方向からちA相コイル11と導体21、B相コイル12と導体22とを見た場合の比透磁率分布である。   The relative magnetic permeability distribution shown in FIGS. 7B and 7C is obtained when the A phase coil 11 and the conductor 21 and the B phase coil 12 and the conductor 22 are viewed from the direction of the arrow Y shown in FIG. The relative permeability distribution.

図7(B)に示す回転子角度T1では、図中左点線で囲った部分K1の比透磁率が著しく低くなっていることがわかる。これにより、A相コイル11に流れる電流に対して、A相回り(矢印Y1)の磁束が小さくなり、B相回り(矢印Y2)の磁束は大きくなる。これらのことから、回転子角度T1では、モータ10の自己インダクタンスが小さくなり、相互インダクタンスが大きくなる。尚、部分K1は、開口部25A、25Bにより導体21と導体22とが貫通している部分である。   It can be seen that, at the rotor angle T1 shown in FIG. 7B, the relative permeability of the portion K1 surrounded by the left dotted line in the figure is remarkably low. Thereby, the magnetic flux around the A phase (arrow Y1) becomes smaller than the current flowing through the A phase coil 11, and the magnetic flux around the B phase (arrow Y2) becomes larger. From these facts, at the rotor angle T1, the self-inductance of the motor 10 decreases and the mutual inductance increases. The portion K1 is a portion where the conductor 21 and the conductor 22 pass through the openings 25A and 25B.

また、回転子角度T2では、部分K1の比透磁率が高くなっていることがわかる。これにより、A相コイル11に流れる電流に対して、A相回り(矢印Y1)の磁束が大きくなり、B相回り(矢印Y2)の磁束が小さくなる。これらのことから、回転子角度T2では、自己インダクタンスが大きくなり、相互インダクタンスが小さくなる。   It can also be seen that the relative permeability of the portion K1 is high at the rotor angle T2. As a result, the magnetic flux around the A phase (arrow Y1) increases and the magnetic flux around the B phase (arrow Y2) decreases with respect to the current flowing through the A phase coil 11. For these reasons, at the rotor angle T2, the self-inductance increases and the mutual inductance decreases.

上述のように、本実施形態では、A相側の導体21とB相側の導体22との接合面26A、26Bに開口部25A、25Bを設けることにより、回転子角度毎に比透磁率を変化させる。したがって、本実施形態によれば、モータ10の相互インダクタンスの変化幅を自己インダクタンスの変化幅と同程度とすることができ、突極性を発現させることができる。   As described above, in this embodiment, by providing the openings 25A and 25B on the joint surfaces 26A and 26B of the A-phase side conductor 21 and the B-phase side conductor 22, the relative magnetic permeability can be increased for each rotor angle. Change. Therefore, according to the present embodiment, the change width of the mutual inductance of the motor 10 can be made substantially the same as the change width of the self-inductance, and the saliency can be expressed.

次に、本実施形態のモータ駆動制御装置100の有する各部の詳細を説明する。図8は、位置フィードバック制御部を説明する図である。   Next, details of each part of the motor drive control device 100 of the present embodiment will be described. FIG. 8 is a diagram illustrating the position feedback control unit.

本実施形態の位置フィードバック制御部101は、減算器501、503、ゲイン要素502、504、505、積分器506、加算器507、固定値発生部508を有する。   The position feedback control unit 101 according to the present embodiment includes subtractors 501, 503, gain elements 502, 504, 505, an integrator 506, an adder 507, and a fixed value generation unit 508.

本実施形態の減算器501は、位置フィードバック制御部101に入力される目標位置指令値th_tから、位置情報(角度)th_estを減算する。すなわち、減算器501は、回転子20の目標位置と現在の推定位置とを比較し、位置誤差を算出する。   The subtractor 501 of this embodiment subtracts position information (angle) th_est from the target position command value th_t input to the position feedback control unit 101. That is, the subtractor 501 compares the target position of the rotor 20 with the current estimated position, and calculates a position error.

ゲイン要素502は、減算器501の出力(位置誤差)を所定値G7倍に増幅し、後段の減算器503へ供給する。本実施形態では、ゲイン要素502の出力は、回転子の目標速度となる。   The gain element 502 amplifies the output (position error) of the subtractor 501 by a predetermined value G7 times and supplies the amplified value to the subsequent subtracter 503. In this embodiment, the output of the gain element 502 is the target speed of the rotor.

減算器503は、ゲイン要素502の出力から、速度情報w_estを減算する。速度情報w_estは、回転子20の回転速度の速度情報である。すなわち、減算器503は、回転子の回転の目標速度と現在速度を比較し、速度誤差を算出する。   The subtracter 503 subtracts the speed information w_est from the output of the gain element 502. The speed information w_est is speed information on the rotational speed of the rotor 20. That is, the subtracter 503 compares the target speed of rotation of the rotor with the current speed, and calculates a speed error.

ゲイン要素504は、減算器503の出力(速度誤差)を所定値G8倍に増幅する。ゲイン要素504で増幅された速度誤差は、ゲイン要素505と加算器507へ供給される。   The gain element 504 amplifies the output (speed error) of the subtracter 503 by a predetermined value G8. The speed error amplified by the gain element 504 is supplied to the gain element 505 and the adder 507.

ゲイン要素505は、ゲイン要素504の出力を所定値G9倍に増幅し、積分器506へ供給する。積分器506(sがラプラス演算子)の出力は、加算器507へ供給される。   The gain element 505 amplifies the output of the gain element 504 by a predetermined value G9 and supplies the amplified value to the integrator 506. The output of the integrator 506 (s is a Laplace operator) is supplied to the adder 507.

加算器507は、ゲイン要素504の出力と、積分器506の出力とを加算し、速度誤差に対して以下の演算(伝達関数を表現している)を行って、駆動電流の振幅目標値iqtを出力する。   The adder 507 adds the output of the gain element 504 and the output of the integrator 506, performs the following calculation (expressing a transfer function) on the speed error, and performs the amplitude target value iqt of the drive current. Is output.

以下に、演算について説明する。   Hereinafter, the calculation will be described.

回転子20の現在の推定位置と目標位置との位置誤差=th_t−th_est
回転子20の現在の回転速度と目標速度=位置誤差×G7
回転子20の目標速度と現在速度との速度誤差=目標速度−速度情報w_est
駆動電流の振幅目標値iqt=速度誤差×G8×(1+G9×(1/s))
本実施形態では、以上のように構成することで、位置フィードバック制御部101の内側ループにおいて、回転子20の回転速度をフィードバック制御することができる。したがって、本実施形態では、回転子20の位置の制御を容易に安定化させることができる。
Position error between current estimated position of rotor 20 and target position = th_t−th_est
Current rotation speed and target speed of the rotor 20 = position error × G7
Speed error between target speed of rotor 20 and current speed = target speed-speed information w_est
Drive current amplitude target value iqt = speed error × G8 × (1 + G9 × (1 / s))
In the present embodiment, by configuring as described above, the rotational speed of the rotor 20 can be feedback controlled in the inner loop of the position feedback control unit 101. Therefore, in this embodiment, the control of the position of the rotor 20 can be easily stabilized.

また、本実施形態における回転速度のフィードバック制御は、比例・積分制御であるため、定常速度誤差が生じず精密な速度制御ができる。さらに、本実施形態では、回転子20の位置が目標位置に到達し、モータ10が静止している際には、目標速度が0となり、定常速度誤差が生じないため、目標位置に対する偏差も生じない。   In addition, since the feedback control of the rotational speed in this embodiment is proportional / integral control, a steady speed error does not occur and precise speed control can be performed. Furthermore, in this embodiment, when the position of the rotor 20 reaches the target position and the motor 10 is stationary, the target speed becomes 0 and no steady speed error occurs, so that a deviation from the target position also occurs. Absent.

尚、駆動電流の振幅目標値iqtは、位置誤差の増幅のみを用いて算出してもよい。この場合、速度誤差を用いた演算は必須でない。位置誤差の増幅のみを用いて振幅目標値iqtを算出する場合、たとえば位置誤差に対して、公知のPID(比例・積分・微分)演算により求めた駆動電流の振幅目標値iqtとしてもよい。   The amplitude target value iqt of the drive current may be calculated using only position error amplification. In this case, the calculation using the speed error is not essential. When the amplitude target value iqt is calculated using only the amplification of the position error, for example, the amplitude target value iqt of the drive current obtained by a known PID (proportional / integral / derivative) operation may be used for the position error.

本実施形態において、目標振幅値idt及びiqtは、ベクトル制御において、d軸の駆動電流及びq軸の駆動電流に相当する。そして、q軸の駆動電流がトルクを示すため、簡単な制御法では、q軸の駆動電流のみを制御し、d軸の駆動電流を0に固定する方法が知られている。本実施形態では、上記の手法を用い、固定値発生部508によりd軸の駆動電流の目標振幅値idtを0に固定している。   In the present embodiment, the target amplitude values idt and iqt correspond to a d-axis drive current and a q-axis drive current in vector control. Since the q-axis drive current indicates torque, a simple control method is known that controls only the q-axis drive current and fixes the d-axis drive current to zero. In the present embodiment, the target amplitude value idt of the d-axis drive current is fixed to 0 by the fixed value generation unit 508 using the above method.

次に、図9及び図10を参照し、d軸電流制御部102及びq軸電流制御部103について説明する。図9は、d軸電流制御部を説明する図である。図10は、q軸電流制御部を説明する図である。   Next, the d-axis current control unit 102 and the q-axis current control unit 103 will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9 is a diagram illustrating the d-axis current control unit. FIG. 10 is a diagram illustrating the q-axis current control unit.

図9に示すd軸電流制御部102は、減算器201、ゲイン要素202、203、積分器204、加算器205を有する。   The d-axis current control unit 102 illustrated in FIG. 9 includes a subtracter 201, gain elements 202 and 203, an integrator 204, and an adder 205.

図10に示すq軸電流制御部103は、減算器301、ゲイン要素302、303、積分器304、加算器305を有する。   The q-axis current control unit 103 illustrated in FIG. 10 includes a subtracter 301, gain elements 302 and 303, an integrator 304, and an adder 305.

図9、図10に示す各部の動作は、図8において対応する各部の動作と同様であるため、説明を省略する。   The operation of each unit shown in FIGS. 9 and 10 is the same as the operation of each corresponding unit in FIG.

尚、図9及び図10における伝達関数表現による演算は、下記のようになり、比例・積分制御が実現される。   9 and 10 is performed as follows, and proportional / integral control is realized.

d軸の駆動電圧Vd=(目標振幅値idt−d軸電流ベクトルid)×G1
×(1+G2×(1/s))
q軸の駆動電圧Vq=(目標振幅値iqt−q軸電流ベクトルiq)×G3
×(1+G4×(1/s))
次に、図11乃至図13を参照し、本実施形態のベクトル回転部106について説明する。
d-axis drive voltage Vd = (target amplitude value idt−d-axis current vector id) × G1
× (1 + G2 × (1 / s))
q-axis drive voltage Vq = (target amplitude value iqt−q-axis current vector iq) × G3
× (1 + G4 × (1 / s))
Next, the vector rotation unit 106 of this embodiment will be described with reference to FIGS. 11 to 13.

図11は、ベクトル回転部の動作概念を示す第一の図である。図11は、ベクトル回転部106の動作概念を示しており、図11において、縦軸は電圧の振幅を示し、横軸は回転子20の位相(電気角)thとした。尚、本実施形態において、実際に用いられる位相は、回転子20の位相そのものではなく、位置推定部104により推定した位置情報th_estであるが、位置推定部104は、位置情報th_est=thとなるように推定するので、実質同じと考えてよい。   FIG. 11 is a first diagram illustrating an operation concept of the vector rotation unit. FIG. 11 shows an operation concept of the vector rotation unit 106. In FIG. 11, the vertical axis indicates the voltage amplitude, and the horizontal axis indicates the phase (electrical angle) th of the rotor 20. In the present embodiment, the phase actually used is not the phase of the rotor 20 itself but the position information th_est estimated by the position estimation unit 104, but the position estimation unit 104 has position information th_est = th. Therefore, it may be considered that they are substantially the same.

図11において、破線はd軸の駆動電圧Vdを示す。図11に示す駆動電圧Vdは、高周波信号Vhは加算されていない信号である。   In FIG. 11, the broken line indicates the d-axis drive voltage Vd. The drive voltage Vd shown in FIG. 11 is a signal to which the high frequency signal Vh is not added.

図11において、駆動電圧Vd=0、駆動電圧Vq=1の直流とすると、図11に示すように、
A相の駆動電圧ベクトルVa=−sin(th)
B相の駆動電圧ベクトルVb=cos(th)
となる。
In FIG. 11, when the driving voltage Vd = 0 and the driving voltage Vq = 1, the direct current is as shown in FIG.
A phase drive voltage vector Va = −sin (th)
B phase drive voltage vector Vb = cos (th)
It becomes.

これはA相がB相に対して90度進み、回転子の基準位相(電気角)0度に対して0度が対応する位相関係である。また駆動電圧Vd=0の場合、駆動電圧ベクトルVa、Vbの振幅は、q軸の駆動電圧Vqのレベルで決定される。   This is a phase relationship in which the A phase advances by 90 degrees with respect to the B phase, and 0 degrees corresponds to the reference phase (electrical angle) of the rotor of 0 degrees. When the drive voltage Vd = 0, the amplitudes of the drive voltage vectors Va and Vb are determined by the level of the q-axis drive voltage Vq.

図12は、ベクトル回転部の動作概念を示す第二の図である。図12の例では、駆動電圧Vd=0.342、駆動電圧Vq=0.940とした例である。尚、図12に示す駆動電圧Vdは、高周波信号Vhは加算されていない信号である。   FIG. 12 is a second diagram illustrating the operation concept of the vector rotation unit. In the example of FIG. 12, the drive voltage Vd = 0.342 and the drive voltage Vq = 0.940. The drive voltage Vd shown in FIG. 12 is a signal to which the high frequency signal Vh is not added.

図12の例では、駆動電圧ベクトルVa、Vbの振幅は1のままであり、A相が回転子の基準位相に対して、位相が20度進んでいることがわかる。   In the example of FIG. 12, the amplitudes of the drive voltage vectors Va and Vb remain 1, and it can be seen that the phase A is advanced 20 degrees with respect to the reference phase of the rotor.

本実施形態では、駆動電圧Vdと駆動電圧Vqの関係は、d軸電流制御部102及びq軸電流制御部103におけるd軸電流ベクトルidとq軸電流ベクトルiqの関係に基づき制御される。したがって、例えばモータ10の回転数が上がり、検出電流ia、ibの位相遅れが大きくなると、A相の駆動電圧ベクトルVaとB相の駆動電圧ベクトルVbの位相が進むように駆動電圧Vd、Vqが制御される。このため、本実施形態では、モータ10の回転数による効率の低下を抑制できる。尚、本実施形態の効率とは、モータ10に供給された入力電力に対する機械出力の比を示す。   In the present embodiment, the relationship between the drive voltage Vd and the drive voltage Vq is controlled based on the relationship between the d-axis current vector id and the q-axis current vector iq in the d-axis current control unit 102 and the q-axis current control unit 103. Therefore, for example, when the rotational speed of the motor 10 is increased and the phase delay of the detection currents ia and ib is increased, the drive voltages Vd and Vq are set so that the phases of the A-phase drive voltage vector Va and the B-phase drive voltage vector Vb advance. Be controlled. For this reason, in this embodiment, the fall of the efficiency by the rotation speed of the motor 10 can be suppressed. The efficiency of the present embodiment indicates the ratio of the machine output to the input power supplied to the motor 10.

図13は、他のベクトル回転部の動作概念を示す図である。図13は、ベクトル回転部107の動作概念を示しており、条件は図12と同様に、駆動電圧Vd=0.342、駆動電圧Vq=0.940とした。   FIG. 13 is a diagram illustrating an operation concept of another vector rotation unit. FIG. 13 shows an operation concept of the vector rotation unit 107. The conditions are the drive voltage Vd = 0.342 and the drive voltage Vq = 0.940, as in FIG.

図13では、A相の検出電流iaとB相の検出電流ibの位相が、回転子の基準位相に対して30度(電気角)遅れている場合を示している。このとき、d軸電流ベクトルid及びq軸電流ベクトルiqは、id=0.5、iq=0.866の直流となる。   FIG. 13 shows a case where the phases of the A-phase detection current ia and the B-phase detection current ib are delayed by 30 degrees (electrical angle) with respect to the reference phase of the rotor. At this time, the d-axis current vector id and the q-axis current vector iq are direct currents with id = 0.5 and iq = 0.866.

また、相の検出電流iaとB相の検出電流ibが、回転子20の基準位相に対して0度の遅れであれば、id=0、iq=1となる。   If the phase detection current ia and the phase B detection current ib are 0 degrees behind the reference phase of the rotor 20, id = 0 and iq = 1.

すなわち、本実施形態では、id=0(駆動電流の目標振幅値idt=0)となるように電流を制御すれば、回転子20の基準位相に対するA相の検出電流iaとB相の検出電流ibの位相の遅れを0度に制御できる。   That is, in this embodiment, if the current is controlled so that id = 0 (target amplitude value idt = 0 of the drive current), the A-phase detection current ia and the B-phase detection current with respect to the reference phase of the rotor 20 The phase delay of ib can be controlled to 0 degree.

さらに、本実施形態では、d軸電流ベクトルidの値(駆動電流の目標振幅値idtの値)を0以外の値とすることで、検出電流ia、ibの位相を回転子20の基準位相に対してずらすことができる。したがって、本実施形態では、検出電流ia、ibの位相を回転子20の基準位相に対してずらすことで、リラクタンストルクを利用することができ、電力効率を向上させることが可能となる。尚、リラクタンストルクとは、コイル電磁石と回転子の導体が引き合うときのトルクである。   Furthermore, in the present embodiment, the value of the d-axis current vector id (the value of the target amplitude value idt of the drive current) is set to a value other than 0, so that the phases of the detected currents ia and ib become the reference phase of the rotor 20. Can be shifted. Therefore, in this embodiment, by shifting the phases of the detection currents ia and ib with respect to the reference phase of the rotor 20, the reluctance torque can be used and the power efficiency can be improved. The reluctance torque is the torque when the coil electromagnet attracts the rotor conductor.

以上のように、本実施形態では、d軸電流制御部102、q軸電流制御部103及びベクトル回転部106、ベクトル回転部107により、検出電流ia、ibの位相を回転子20の基準位相に対して所定の関係となるように制御できる。   As described above, in the present embodiment, the phase of the detected currents ia and ib is set to the reference phase of the rotor 20 by the d-axis current control unit 102, the q-axis current control unit 103, the vector rotation unit 106, and the vector rotation unit 107. On the other hand, it can be controlled to have a predetermined relationship.

また、本実施形態では、交流である検出電流ia、ibを、直流(低周波)のdq軸電流に変換して制御することで、電流制御帯域を低域に抑えることができる。例えば、交流である検出電流ia、ibを目標信号に追従させるように制御する場合等には、交流電流ia、ibの周波数よりも十分高い帯域で電流を制御しなければならない。この場合、コストが高くなる。これに対し、本実施形態では、上述したように、電流を制御する帯域を低くすることができ、コストを削減できる。   In the present embodiment, the detection currents ia and ib that are alternating currents are converted into direct current (low frequency) dq-axis currents and controlled, so that the current control band can be kept low. For example, when controlling the detection currents ia and ib, which are alternating currents, to follow the target signal, the currents must be controlled in a band sufficiently higher than the frequency of the alternating currents ia and ib. In this case, the cost becomes high. On the other hand, in this embodiment, as described above, the band for controlling the current can be lowered, and the cost can be reduced.

次に、図14、図15を参照して本実施形態の位置推定部104について説明する。図14は、位置推定部を説明する図である。   Next, the position estimation unit 104 of this embodiment will be described with reference to FIGS. 14 and 15. FIG. 14 is a diagram illustrating the position estimation unit.

本実施形態の位置推定部104は、高域通過フィルタ400、乗算器401、ゲイン要素402、403、積分器404、406、加算器405を有する。   The position estimation unit 104 of this embodiment includes a high-pass filter 400, a multiplier 401, gain elements 402 and 403, integrators 404 and 406, and an adder 405.

本実施形態において、d軸の駆動電圧Vdに重畳された高周波信号Vhは、q軸電流ベクトルiqを観察すると以下の式4のようになる。   In the present embodiment, the high-frequency signal Vh superimposed on the d-axis drive voltage Vd is expressed by the following Expression 4 when the q-axis current vector iq is observed.

iq=K×Vh×sin(2×(th−th_est))+駆動信号成分 式4
ここで、Kはモータ特性や回路定数等から決まる定数であり、Vhは駆動電圧Vdに重畳される高周波信号であり、thは回転子20の現在位置を示す電気角であり、th_estは回転子20の推定位置を示す位置情報(電気角)である。
iq = K × Vh × sin (2 × (th−th_est)) + drive signal component Equation 4
Here, K is a constant determined by motor characteristics, circuit constants, etc., Vh is a high-frequency signal superimposed on the drive voltage Vd, th is an electrical angle indicating the current position of the rotor 20, and th_est is the rotor. This is position information (electrical angle) indicating 20 estimated positions.

式4において、第1項は、高周波成分が推定誤差でAM(Amplitude Modulation)変調された成分である。推定誤差は、回転子20の現在位置から回転子20の推定位置を減算したものであり、sin(2×(th−th_est))で示される。   In Equation 4, the first term is a component obtained by AM (Amplitude Modulation) modulation of the high frequency component with an estimation error. The estimation error is obtained by subtracting the estimated position of the rotor 20 from the current position of the rotor 20, and is represented by sin (2 × (th−th_est)).

また、第2項は、モータ10の駆動を制御するモータ駆動信号成分である。したがって、第1項から、推定誤差を抽出(復調)すれば、回転子20の推定位置を示す位置情報を取得できる。   The second term is a motor drive signal component that controls the drive of the motor 10. Therefore, if the estimation error is extracted (demodulated) from the first term, position information indicating the estimated position of the rotor 20 can be acquired.

本実施形態の位置推定部104は、高域通過フィルタ400により、ベクトル回転部107から供給されるq軸電流ベクトルiqの高周波成分のみを通過させる。本実施形態では、これにより、式4の第2項におけるモータ駆動信号成分が除去され、第1項だけが残る。   The position estimation unit 104 of the present embodiment allows only the high-frequency component of the q-axis current vector iq supplied from the vector rotation unit 107 to pass through the high-pass filter 400. In the present embodiment, this removes the motor drive signal component in the second term of Equation 4, leaving only the first term.

位置推定部104は、乗算器401により、q軸駆動電流ベクトルiqの高周波成分に、高周波発生部108から供給される高周波信号Vhを乗算し、推定位置誤差th_errを出力する。   The position estimation unit 104 multiplies the high-frequency component of the q-axis drive current vector iq by the high-frequency signal Vh supplied from the high-frequency generation unit 108 by the multiplier 401, and outputs an estimated position error th_err.

推定位置誤差th_errには、高周波成分が含まれているが、その低域成分には推定誤差sin(2×(th−th_est))が含まれる。したがって、本実施形態では、位置推定部104において、推定位置誤差th_errの低域成分を抽出すれば良い。   The estimated position error th_err includes a high frequency component, but its low frequency component includes an estimated error sin (2 × (th−th_est)). Therefore, in this embodiment, the position estimation unit 104 may extract a low frequency component of the estimated position error th_err.

位置推定部104は、ゲイン要素402、403、積分器404及び加算器405により、比例積分制御を実行する。そして、位置推定部104は、加算器405の出力を推定速度w_estとして出力する。   The position estimation unit 104 performs proportional integration control using the gain elements 402 and 403, the integrator 404, and the adder 405. Then, the position estimation unit 104 outputs the output of the adder 405 as the estimated speed w_est.

また、加算器405の出力は、積分器406に供給される。積分器406は、推定速度w_estを積分し、位置情報th_estとして出力する。この位置情報th_estは、現在の回転子20の推定位置を示す電気角である。   The output of the adder 405 is supplied to the integrator 406. The integrator 406 integrates the estimated speed w_est and outputs it as position information th_est. The position information th_est is an electrical angle indicating the estimated position of the current rotor 20.

上述した角演算を伝達関数で示すと、以下のようになる。   The angle calculation described above is expressed as a transfer function as follows.

w_est=th_err×G5×(1+G6×(1/s)) 式4
th_est=w_est×(1/s) 式5
位置推定部104では、th_estがベクトル回転部106に供給されるため、式4の第1項にフィードバックされる。したがって、位置推定部104において、ゲイン要素402から積分器406までは、位置推定の演算に関するフィードバック制御を行う制御部の機能を果たす。本実施形態では、この制御部自体が、低域通過フィルタの機能を果たすため、推定位置誤差th_errに含まれる高周波成分は除去される。
w_est = th_err × G5 × (1 + G6 × (1 / s)) Equation 4
th_est = w_est × (1 / s) Equation 5
In the position estimation unit 104, th_est is supplied to the vector rotation unit 106, and is fed back to the first term of Expression 4. Therefore, in the position estimation unit 104, the gain element 402 to the integrator 406 serve as a control unit that performs feedback control related to the calculation of position estimation. In the present embodiment, since the control unit itself functions as a low-pass filter, the high frequency component included in the estimated position error th_err is removed.

図15は、q軸電流ベクトルと、推定位置誤差th_errの信号波形の一例を示す図である。   FIG. 15 is a diagram illustrating an example of signal waveforms of the q-axis current vector and the estimated position error th_err.

図15において、横軸は誤差(th−th_est)(電気角)である。図15では、q軸電流ベクトルiqの駆動信号成分(式4の第2項)は、既に除去されているものとする。   In FIG. 15, the horizontal axis represents error (th−th_est) (electrical angle). In FIG. 15, it is assumed that the drive signal component of the q-axis current vector iq (the second term in Equation 4) has already been removed.

図15において、破線はq軸電流ベクトルiqの高周波成分(応答信号)を示し、高周波信号Vhが推定誤差sin(2×(th−th_est))でAM変調されている。   In FIG. 15, a broken line indicates a high frequency component (response signal) of the q-axis current vector iq, and the high frequency signal Vh is AM-modulated with an estimation error sin (2 × (th−th_est)).

図15において、点線は、推定位置誤差th_errを示し、q軸電流ベクトルiqの高周波成分に、高周波信号Vhを乗算した結果である。   In FIG. 15, the dotted line indicates the estimated position error th_err, and is the result of multiplying the high frequency component of the q-axis current vector iq by the high frequency signal Vh.

図15から、推定位置誤差th_errには、高周波成分が残っているが、誤差(th−th_est)が正の値であれば、推定位置誤差th_errも正の値となり、誤差(th−th_est)が負の値であれば、推定位置誤差th_errも負の値となることがわかる。尚。誤差(th−th_est)は、現在の回転子の位置から位置推定部104により推定された回転子の位置を減算したものであり、位置推定部104により推定された推定位置と、実際の回転子20の位置との誤差を示す。   From FIG. 15, although the high frequency component remains in the estimated position error th_err, if the error (th−th_est) is a positive value, the estimated position error th_err is also a positive value, and the error (th−th_est) is If the value is negative, the estimated position error th_err is also negative. still. The error (th-th_est) is obtained by subtracting the rotor position estimated by the position estimation unit 104 from the current rotor position, and the estimated position estimated by the position estimation unit 104 and the actual rotor. The error from the position of 20 is shown.

したがって、図15では、誤差(th−th_est)と推定位置誤差th_errと一致した時点で、回転子20の推定位置が、現在の回転子20の位置と一致したことを示す。   Accordingly, FIG. 15 shows that the estimated position of the rotor 20 matches the current position of the rotor 20 when the error (th−th_est) matches the estimated position error th_err.

以上のように、本実施形態では、位置推定部104において推定位置誤差th_errを後段のフィードバック制御に用いることで、位置推定部104により推定された推定位置と回転子20の実際位置との誤差すなわち推定位置誤差が0になる。したがって、本実施形態の位置推定部104は、両者(位置推定部104により推定された推定位置と回転子20の実際位置)が一致する位置に回転子20の位置情報th_estを収束させることができる。   As described above, in the present embodiment, the estimated position error th_err is used for the subsequent feedback control in the position estimating unit 104, so that the error between the estimated position estimated by the position estimating unit 104 and the actual position of the rotor 20, that is, The estimated position error becomes zero. Therefore, the position estimation unit 104 of the present embodiment can converge the position information th_est of the rotor 20 to a position where both (the estimated position estimated by the position estimation unit 104 and the actual position of the rotor 20) match. .

図15の実線は、推定位置誤差th_errを仮に低域通過フィルタにかけた場合を示す。実線では、高周波成分は残っているが、ほぼ推定誤差sin(2×(th−th_est))の形に近いものとなっていることがわかる。本実施形態では、位置推定部104のゲイン要素402から積分器406により構成されるフィードバック制御が、低域通過フィルタの機能を果たすため、実線に示すように高周波成分が除去される。   The solid line in FIG. 15 shows a case where the estimated position error th_err is applied to the low-pass filter. In the solid line, it can be seen that the high-frequency component remains, but is almost similar to the shape of the estimation error sin (2 × (th−th_est)). In the present embodiment, the feedback control configured by the integrator 406 from the gain element 402 of the position estimation unit 104 performs the function of a low-pass filter, so that a high frequency component is removed as shown by a solid line.

尚、本実施形態の位置推定部104は、高域通過フィルタ400を有する構成としたが、これに限定されない。位置推定部104は、高域通過フィルタ400を有していなくても良い。   In addition, although the position estimation part 104 of this embodiment was set as the structure which has the high-pass filter 400, it is not limited to this. The position estimation unit 104 may not have the high-pass filter 400.

位置推定部104が高域通過フィルタ400を有していない場合、推定位置誤差th_errは、以下の式5で示される。   When the position estimation unit 104 does not have the high-pass filter 400, the estimated position error th_err is expressed by the following Expression 5.

推定位置誤差th_err=K×Vh×sin(2×(th−th_est))
+Vh×駆動信号成分
となる。
Estimated position error th_err = K × Vh 2 × sin (2 × (th−th_est))
+ Vh × drive signal component.

式5において、第1項は、高域通過フィルタ400を有していた場合と同様であり、第1項における低域成分に推定誤差sin(2×(th−th_est))が含まれる。式5における第2項は、高周波信号Vhが乗じられて高周波成分になるため、上述した位置推定部104の有する低域通過フィルタの機能により除去される。   In Equation 5, the first term is the same as when the high-pass filter 400 is provided, and the low-frequency component in the first term includes an estimation error sin (2 × (th−th_est)). Since the second term in Equation 5 is multiplied by the high-frequency signal Vh to become a high-frequency component, it is removed by the function of the low-pass filter of the position estimation unit 104 described above.

以上のように、本実施形態では、高域通過フィルタ400は必須ではないが、以下の観点で高域通過フィルタ400を有している方が好ましい。   As described above, in the present embodiment, the high-pass filter 400 is not essential, but it is preferable to have the high-pass filter 400 from the following viewpoints.

本実施形態において、高域通過フィルタ400を有していない場合、位置推定部104の有する高域通過フィルタ400以外の部品で、高域から低域までの広帯域の信号の制御を行う必要がある。この場合、例えば位置推定部104におけるフィードバック制御において、ゲイン要素等の設計において、各種の制限が生じる可能性がある。   In the present embodiment, when the high-pass filter 400 is not provided, it is necessary to control a broadband signal from a high frequency to a low frequency with a component other than the high-pass filter 400 included in the position estimation unit 104. . In this case, for example, in the feedback control in the position estimation unit 104, various restrictions may occur in the design of gain elements and the like.

これに対し、高域通過フィルタ400を有していれば、予め駆動信号成分を低減できるため、フィードバック制御における設計の自由度が広がり、全体として回転子20の位置の推定の精度を向上できる。   On the other hand, if the high-pass filter 400 is provided, the drive signal component can be reduced in advance, so that the degree of freedom in design in feedback control is widened, and the accuracy of estimation of the position of the rotor 20 can be improved as a whole.

また、本実施形態の高周波信号Vhが矩形波の場合、q軸電流ベクトルiqを高周波信号Vhの両エッジでサンプリングすることで、q軸電流ベクトルiqを矩形波状とすることができる。したがって、この場合にはフィルタを用いずに推定誤差が抽出できる。ここで、振幅1の矩形波の高周波信号Vhは、以下のように示される。   Further, when the high-frequency signal Vh of the present embodiment is a rectangular wave, the q-axis current vector iq can be formed into a rectangular wave shape by sampling the q-axis current vector iq at both edges of the high-frequency signal Vh. Therefore, in this case, an estimation error can be extracted without using a filter. Here, a rectangular wave high-frequency signal Vh having an amplitude of 1 is expressed as follows.

Vh=(−1)
ここで、nはサンプル番号(0,1,2,3,・・・)とすることができる。したがって、サンプリングしたq軸電流ベクトルiqの第1項は、以下のように示される。
Vh = (− 1) n
Here, n can be a sample number (0, 1, 2, 3,...). Therefore, the first term of the sampled q-axis current vector iq is expressed as follows.

iq=K×(−1)×sin(2×(th−th_est))
これに、高周波信号Vh(矩形波)を乗算すると、
推定位置誤差th_err=K×sin(2×(th−th_est))
となり、低域通過フィルタ等を通さなくても推定位置誤差を抽出できる。また、このような矩形波は発生も簡単であり、乗算も符号のロジックだけで簡単になり、低コストで高速な処理が可能になる。
iq = K × (−1) n × sin (2 × (th−th_est))
When this is multiplied by a high frequency signal Vh (rectangular wave),
Estimated position error th_err = K × sin (2 × (th−th_est))
Thus, the estimated position error can be extracted without passing through a low-pass filter or the like. In addition, such a rectangular wave can be easily generated, and multiplication can be easily performed only by the code logic, and high-speed processing can be performed at low cost.

次に、図16を参照して、本実施形態の位置フィードバック制御部101の変形例について説明する。図16は、位置フィードバック制御部の他の例を説明する図である。   Next, a modified example of the position feedback control unit 101 of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a diagram illustrating another example of the position feedback control unit.

位置フィードバック制御部101Aは、位置フィードバック制御部101の有する、固定値発生部508を除く各部に加え、q軸目標電流算出部509、d軸目標電流算出部510を有する。   The position feedback control unit 101 </ b> A includes a q-axis target current calculation unit 509 and a d-axis target current calculation unit 510 in addition to the units other than the fixed value generation unit 508 included in the position feedback control unit 101.

q軸目標電流算出部509は、加算器507の出力である目標電流振幅itと、目標位相phから、q軸の駆動電流の振幅目標値iqtを算出する。q軸目標電流算出部509における演算は、下記のように示される。   The q-axis target current calculation unit 509 calculates an amplitude target value iqt of the q-axis drive current from the target current amplitude it that is an output of the adder 507 and the target phase ph. The calculation in the q-axis target current calculation unit 509 is shown as follows.

振幅目標値iqt=it×tan(ph)/sqrt(1+tan(ph)
d軸目標電流算出部510は、加算器507の出力である目標電流振幅itと、目標位相phから、d軸の駆動電流の振幅目標値idtを算出する。d軸目標電流算出部510における演算は、下記のように示される。
Amplitude target value iqt = it × tan (ph) / sqrt (1 + tan (ph) 2 )
The d-axis target current calculation unit 510 calculates an amplitude target value idt of the d-axis drive current from the target current amplitude it that is the output of the adder 507 and the target phase ph. The calculation in the d-axis target current calculation unit 510 is shown as follows.

振幅目標値idt=it/sqrt(1+tan(ph)
尚、図16における目標位相phとは、A相の検出電流ベクトルia、B相の検出電流ベクトルibの基準位相と、回転子20の基準位相の位相差(進角)である。
Amplitude target value idt = it / sqrt (1 + tan (ph) 2 )
Note that the target phase ph in FIG. 16 is a phase difference (advance angle) between the reference phase of the A-phase detection current vector ia and the B-phase detection current vector ib and the reference phase of the rotor 20.

上述の演算において、右辺のitより右側は、目標位相phを決めれば、予め演算しておけるので、容易に実装できる。本実施形態では、以上のように、目標位相phをずらすことで、リラクタンストルクが利用可能なモータ等ではさらに高効率で運転することができる。   In the above calculation, the right side from it on the right side can be calculated in advance if the target phase ph is determined. In the present embodiment, as described above, by shifting the target phase ph, a motor or the like that can use reluctance torque can be operated with higher efficiency.

以上のように、本実施形態のモータ駆動制御装置100は、位置推定部104により、電流センサ111及び112により検出された高周波成分の応答信号に応じて、モータ10の回転子の位置を推定する。この応答信号は、モータ10を駆動するために供給される駆動信号に重畳された高周波信号Vhをキャリアとする応答信号である。   As described above, in the motor drive control device 100 of the present embodiment, the position estimation unit 104 estimates the position of the rotor of the motor 10 according to the response signal of the high frequency component detected by the current sensors 111 and 112. . This response signal is a response signal using the high-frequency signal Vh superimposed on the drive signal supplied to drive the motor 10 as a carrier.

このため、本実施形態のモータ駆動制御装置100では、例えばモータ10に供給される電流センサ111及び112で検出することが困難な微弱な信号であっても、高周波成分である応答信号を検出し、回転子20を推定することができる。   For this reason, the motor drive control device 100 of the present embodiment detects a response signal that is a high-frequency component even if it is a weak signal that is difficult to detect by the current sensors 111 and 112 supplied to the motor 10, for example. The rotor 20 can be estimated.

以上のことから、本実施形態によれば、例えばモータ10の回転が停止している場合や、回転速度が低速である場合においても閉ループ制御を維持でき、開ループ制御を行うことにより消費される電力を削減することができる。   From the above, according to the present embodiment, for example, when the rotation of the motor 10 is stopped or when the rotation speed is low, the closed loop control can be maintained and consumed by performing the open loop control. Electric power can be reduced.

また、本実施形態では、モータ10がステッピングモータであっても、駆動電流を全速度域で負荷に応じた電流に制御できるため、脱調の発生を抑制し、且つ効率良くモータを駆動させることができる。   In the present embodiment, even if the motor 10 is a stepping motor, the drive current can be controlled to a current corresponding to the load in the entire speed range, so that the occurrence of step-out can be suppressed and the motor can be driven efficiently. Can do.

(第二の実施形態)
以下に図面を参照して第二の実施形態について説明する。第二の実施形態は、各相のコイルを囲う導体に形成される開口部の位置を第一の実施形態よりもさらに具体的にしたものである。以下の第二の実施形態の説明では、第一の実施形態と同様の構成を有するものは第一の実施形態の説明で用いた符号を付与し、その説明を省略する。
(Second embodiment)
The second embodiment will be described below with reference to the drawings. In the second embodiment, the position of the opening formed in the conductor surrounding the coil of each phase is made more specific than in the first embodiment. In the following description of the second embodiment, those having the same configuration as in the first embodiment are given the reference numerals used in the description of the first embodiment, and the description thereof is omitted.

図17は、第二の実施形態のステッピングモータの導体を説明する図である。   FIG. 17 is a diagram illustrating conductors of the stepping motor according to the second embodiment.

本実施形態では、導体21に形成される開口部25Aの中心Oとクローポール23Aの中心Oとが同一直線上になるように、開口部25Aを形成した。尚、導体22に形成される開口部25Bも、その中心が、導体21と導体22とを接合した際に、クローポール23Aの中心Oと同一直線上に形成されても良い。   In the present embodiment, the opening 25A is formed so that the center O of the opening 25A formed in the conductor 21 and the center O of the claw pole 23A are on the same straight line. The center of the opening 25B formed in the conductor 22 may be formed on the same straight line as the center O of the claw pole 23A when the conductor 21 and the conductor 22 are joined.

図18は、第二の実施形態における自己インダクタンスと相互インダクタンスを示す図である。図18(A)は、本実施形態のモータ10における自己インダクタンス及び相互インダクタンスを示す図であり、図18(B)は、比較例のモータにおける自己インダクタンス及び相互インダクタンスを示す図である。   FIG. 18 is a diagram showing the self-inductance and the mutual inductance in the second embodiment. FIG. 18A is a diagram showing the self-inductance and the mutual inductance in the motor 10 of the present embodiment, and FIG. 18B is a diagram showing the self-inductance and the mutual inductance in the motor of the comparative example.

本実施形態では、比較例のモータと比べて、相互インダクタンスの変化幅が大きくなっていることがわかる。また、本実施形態では、相互インダクタンスの波形が、図6に示す第一の実施形態と比較して、正弦波に近づいていることがわかる。   In the present embodiment, it can be seen that the change width of the mutual inductance is larger than that of the motor of the comparative example. Moreover, in this embodiment, it turns out that the waveform of a mutual inductance is approaching the sine wave compared with 1st embodiment shown in FIG.

これは、本実施形態において、開口部25Aを、その中心がクローポール23Aの中心と同一直線上にくるように形成することで、比透磁率分布がクローポール23Aの中心に対して対称となるためと考えられる。   In this embodiment, the relative permeability distribution is symmetric with respect to the center of the claw pole 23A by forming the opening 25A so that the center thereof is collinear with the center of the claw pole 23A. This is probably because of this.

(第三の実施形態)
以下に図面を参照して第三の実施形態について説明する。第三の実施形態は、各相のコイルを囲う導体に形成される開口部の形状を第一及び第二の実施形態と異なる形状にしたものである。以下の第三の実施形態の説明では、第一の実施形態と同様の機能を有するものは第一の実施形態の説明で用いた符号を付与し、その説明を省略する。
(Third embodiment)
The third embodiment will be described below with reference to the drawings. In the third embodiment, the shape of the opening formed in the conductor surrounding the coil of each phase is different from that of the first and second embodiments. In the following description of the third embodiment, those having the same functions as those of the first embodiment are given the reference numerals used in the description of the first embodiment, and the description thereof is omitted.

図19は、ステッピングモータの導体を説明する図である。図19では、本実施形態のステッピングモータの導体との比較例となる一般的なステッピングモータの導体を示している。   FIG. 19 is a diagram illustrating conductors of a stepping motor. In FIG. 19, the conductor of the general stepping motor used as the comparative example with the conductor of the stepping motor of this embodiment is shown.

図19のステッピングモータにおいて、A相コイル11を囲む導体(リング状極歯部)21′は、外ヨーク21′−1と内ヨーク21′−2とから形成される。また、B相コイル12を囲む導体22′も同様に、外ヨーク22′−1と内ヨーク22′−2とから形成される。   In the stepping motor of FIG. 19, a conductor (ring-shaped pole tooth portion) 21 'surrounding the A-phase coil 11 is formed by an outer yoke 21'-1 and an inner yoke 21'-2. Similarly, the conductor 22 'surrounding the B-phase coil 12 is formed of an outer yoke 22'-1 and an inner yoke 22'-2.

また、図19の例では、内ヨーク21′−2、22′−2のそれぞれに、位置決め用の開口部40が形成されているものとした。位置決め用の開口部40は、内ヨーク21′−2、22′−2のそれぞれに設けられていても良いし、設けられていなくても良い。また、位置決め用の開口部40が形成される位置は、図19に示す位置に限定されない。   In the example of FIG. 19, it is assumed that the positioning opening 40 is formed in each of the inner yokes 21'-2 and 22'-2. The positioning opening 40 may or may not be provided in each of the inner yokes 21′-2 and 22′-2. Further, the position where the positioning opening 40 is formed is not limited to the position shown in FIG.

本実施形態では、導体21′の内ヨーク21′−2における導体22との接合面26Aと、導体22′の内ヨーク22′−2における導体21′との接合面26Bと、にそれぞれ複数の開口部を設け、開口部の間に磁路狭窄部を設けたものである。以下に、図20を参照して本実施形態の導体21、22について説明する。   In the present embodiment, there are a plurality of joint surfaces 26A of the conductor 21 'with the conductor 22 in the inner yoke 21'-2 and a joint surface 26B of the conductor 22' with the conductor 21 'in the inner yoke 22'-2. An opening is provided, and a magnetic path constriction is provided between the openings. Below, the conductors 21 and 22 of this embodiment are demonstrated with reference to FIG.

図20は、第三の実施形態のステッピングモータの導体を説明する図である。図20(A)は、本実施形態の導体の斜視図であり、図20(B)は、内ヨーク21−2の平面図である。   FIG. 20 is a diagram illustrating conductors of the stepping motor according to the third embodiment. FIG. 20A is a perspective view of the conductor of the present embodiment, and FIG. 20B is a plan view of the inner yoke 21-2.

図20(A)では、開口部の説明のために、A相側の導体21の外ヨーク21−1を省略している。また、図20(B)は、導体21の内ヨーク21−2の平面図である。   In FIG. 20A, the outer yoke 21-1 of the A-phase side conductor 21 is omitted for the description of the opening. FIG. 20B is a plan view of the inner yoke 21-2 of the conductor 21.

本実施形態では、内ヨーク21−2、22−2の外縁部に複数の開口部31を設け、開口部31の間に磁路狭窄部32を形成した。以下の説明では、導体21の内ヨーク21−2について説明するが、導体22の内ヨーク22−2にも、同様の開口部31と磁路狭窄部32とが形成される。   In the present embodiment, a plurality of openings 31 are provided at the outer edge portions of the inner yokes 21-2 and 22-2, and the magnetic path constriction portion 32 is formed between the openings 31. In the following description, the inner yoke 21-2 of the conductor 21 will be described, but a similar opening 31 and magnetic path constriction 32 are also formed in the inner yoke 22-2 of the conductor 22.

本実施形態では、開口部31の内ヨーク21−2における周方向の幅をW1とし、磁路狭窄部32の内ヨーク21−2における周方向の幅をW2としたとき、W1>W2となるように、開口部31を形成した。尚、幅W1と幅W2は、内ヨーク21−2における同一の周における幅である。   In the present embodiment, when the circumferential width of the inner yoke 21-2 of the opening 31 is W1, and the circumferential width of the inner yoke 21-2 of the magnetic path narrowing portion 32 is W2, W1> W2. Thus, the opening part 31 was formed. The width W1 and the width W2 are the widths in the same circumference in the inner yoke 21-2.

内ヨーク21−1に形成された開口部31と、内ヨーク22−2に形成された開口部31とは、導体21と導体22が重ねられて接合面26Aと接合面26Bとが接合されたとき、それぞれが貫通するように形成される。したがって、内ヨーク21−1に形成された磁路狭窄部32と、内ヨーク22−2に形成された磁路狭窄部32のそれぞれも、接合面26Aと接合面26Bとが接合されたときに重なるように形成される。   In the opening 31 formed in the inner yoke 21-1, and the opening 31 formed in the inner yoke 22-2, the conductor 21 and the conductor 22 are overlapped, and the joining surface 26A and the joining surface 26B are joined. Sometimes each is formed to penetrate. Therefore, each of the magnetic path constricted portion 32 formed in the inner yoke 21-1 and the magnetic path constricted portion 32 formed in the inner yoke 22-2 is also when the joining surface 26A and the joining surface 26B are joined. It is formed to overlap.

本実施形態では、導体21、22を図20に示す形状とすることで、従来例に比べて、相互インダクタンスの変化の幅を大きくすることができる。   In the present embodiment, by making the conductors 21 and 22 into the shape shown in FIG. 20, the width of the change in mutual inductance can be increased as compared with the conventional example.

尚、本実施形態では、ロータマグネット20Aの材質をフェライト、導体21、22の材質をSECC鋼板としても良い。   In this embodiment, the material of the rotor magnet 20A may be ferrite, and the materials of the conductors 21 and 22 may be SECC steel plates.

尚、図20では、開口部31は角を有する形状としたが、これに限定されない。本実施形態の開口部31は、例えば内ヨーク21−2の外縁部に形成された半円の形状のものであっても良い。本実施形態の開口部31は、外縁部に形成され、且つ幅W1と磁路狭窄部32の幅W2との関係がW1>W2となれば良い。   In addition, in FIG. 20, although the opening part 31 was made into the shape which has a corner | angular shape, it is not limited to this. The opening 31 of the present embodiment may be, for example, a semicircular shape formed at the outer edge of the inner yoke 21-2. The opening 31 of the present embodiment is formed at the outer edge, and the relationship between the width W1 and the width W2 of the magnetic path narrowing portion 32 may be W1> W2.

図21は、第三の実施形態における自己インダクタンスと相互インダクタンスを示す図である。図21(A)は、本実施形態のモータにおける自己インダクタンス及び相互インダクタンスを示す図であり、図21(B)は、比較例のモータにおける自己インダクタンス及び相互インダクタンスを示す図である。   FIG. 21 is a diagram showing self-inductance and mutual inductance in the third embodiment. FIG. 21A is a diagram showing the self-inductance and the mutual inductance in the motor of the present embodiment, and FIG. 21B is a diagram showing the self-inductance and the mutual inductance in the motor of the comparative example.

比較例のモータの相互インダクタンスは、自己インダクタンスと比較して回転子角度の変化に対する振幅の変化が非常に小さいことがわかる(図21(B)参照)。   It can be seen that the mutual inductance of the motor of the comparative example has a very small change in amplitude with respect to the change in the rotor angle as compared with the self-inductance (see FIG. 21B).

これに対し、本実施形態のモータの相互インダクタンスは、比較例のモータの相互インダクタンスと比べて振幅の変化が大きいことがわかる。したがって、本実施形態のモータでは、相互インダクタンスの突極性を大きくすることができる。   On the other hand, it can be seen that the mutual inductance of the motor of the present embodiment has a larger amplitude change than the mutual inductance of the motor of the comparative example. Therefore, in the motor of this embodiment, the saliency of mutual inductance can be increased.

以下に、図22を参照し、本実施形態のモータの相互インダクタンスの振幅が大きくなる理由について説明する。   The reason why the amplitude of the mutual inductance of the motor of the present embodiment is increased will be described below with reference to FIG.

図22は、第三の実施形態のステッピングモータにおける比透磁率分布を示す図である。図22(A)は、回転子角度T1における比透磁率分布を示しており、図22(B)は、回転子角度T2における比透磁率分布を示している。尚、図22(A)、(B)に示す比透磁率分布は、図20(A)に示す矢印Yの方向からちA相コイル11と導体21、B相コイル12と導体22とを見た場合の比透磁率分布である。   FIG. 22 is a diagram illustrating a relative permeability distribution in the stepping motor according to the third embodiment. FIG. 22A shows the relative permeability distribution at the rotor angle T1, and FIG. 22B shows the relative permeability distribution at the rotor angle T2. The relative permeability distribution shown in FIGS. 22 (A) and 22 (B) is obtained from the direction of arrow Y shown in FIG. 20 (A) when the A phase coil 11 and the conductor 21 and the B phase coil 12 and the conductor 22 are viewed. The relative permeability distribution in the case of

図22(A)に示す回転子角度T1では、図中の点線で囲った部分K11の比透磁率が著しく低くなっていることがわかる。これは、開口部31を設けたことにより、開口部31に隣接して形成された磁路狭窄部32に磁束が集中するためである。本実施形態では、これにより、A相コイル11に流れる電流に対して、A相回り(矢印Y11)の磁束が小さくなり、B相回り(矢印Y12)の磁束が大きくなる。これらのことから、回転子角度T1では、モータの自己インダクタンスが小さくなり、相互インダクタンスが大きくなる。尚、部分K11は、開口部31により導体21と導体22とが貫通している部分である。   It can be seen that, at the rotor angle T1 shown in FIG. 22A, the relative permeability of the portion K11 surrounded by the dotted line in the figure is remarkably low. This is because the magnetic flux concentrates on the magnetic path narrowing portion 32 formed adjacent to the opening 31 by providing the opening 31. In this embodiment, this reduces the magnetic flux around the A phase (arrow Y11) and increases the magnetic flux around the B phase (arrow Y12) with respect to the current flowing through the A phase coil 11. From these facts, at the rotor angle T1, the self-inductance of the motor decreases and the mutual inductance increases. The portion K11 is a portion where the conductor 21 and the conductor 22 pass through the opening 31.

また、回転子角度T2では、部分K11の比透磁率が高くなっていることがわかる。これにより、A相コイル11に流れる電流に対して、A相回り(矢印Y11)の磁束が大きくなり、B相回り(矢印Y12)の磁束が小さくなる。これらのことから、回転子角度T2では、自己インダクタンスが大きくなり、相互インダクタンスが小さくなる。   It can also be seen that the relative permeability of the portion K11 is high at the rotor angle T2. Thereby, the magnetic flux around the A phase (arrow Y11) increases with respect to the current flowing through the A phase coil 11, and the magnetic flux around the B phase (arrow Y12) decreases. For these reasons, at the rotor angle T2, the self-inductance increases and the mutual inductance decreases.

上述のように、本実施形態では、A相側の導体21とB相側の導体22との接合面26A、26Bのそれぞれに開口部31を設けることにより、回転子角度毎に比透磁率を変化させる。したがって、本実施形態によれば、モータの相互インダクタンスの変化幅を自己インダクタンスの変化幅と同程度とすることができ、突極性を発現させることができる。   As described above, in the present embodiment, by providing the openings 31 in the joint surfaces 26A and 26B of the A-phase side conductor 21 and the B-phase side conductor 22, the relative permeability is increased for each rotor angle. Change. Therefore, according to the present embodiment, the change width of the mutual inductance of the motor can be made substantially the same as the change width of the self-inductance, and the saliency can be expressed.

図23は、第三の実施形態の内ヨークの比透磁率分布を示す図である。図23(A)は、回転子角度T1における内ヨーク21−2の比透磁率分布を示しており、図23(B)は、回転子角度T2における内ヨーク21−2の比透磁率分布を示している。   FIG. 23 is a diagram illustrating a relative permeability distribution of the inner yoke according to the third embodiment. 23A shows the relative permeability distribution of the inner yoke 21-2 at the rotor angle T1, and FIG. 23B shows the relative permeability distribution of the inner yoke 21-2 at the rotor angle T2. Show.

本実施形態では、回転子角度T1のとき、磁路狭窄部32において、磁束の集中による比透磁率の低下が見られ、回転子角度T2のとき、内ヨーク21−2において磁束の集中は見られず、比透磁率の低下は見られない。   In the present embodiment, at the rotor angle T1, a decrease in the relative magnetic permeability due to the concentration of magnetic flux is observed in the magnetic path constriction portion 32, and at the rotor angle T2, the concentration of magnetic flux is observed in the inner yoke 21-2. No decrease in the relative permeability is observed.

本実施形態では、磁路狭窄部32による比透磁率の低下により、相互インダクタンスの突極性を向上させている。   In the present embodiment, the saliency of the mutual inductance is improved by the reduction of the relative permeability due to the magnetic path constriction portion 32.

本実施形態では、磁路狭窄部32の幅W2をより細くする、つまり、より周方向における磁路の断面積を狭くして磁路を狭窄することで、より磁束を集中させて比透磁率を低下させ、突極性を向上させることができる。   In the present embodiment, the magnetic path constriction portion 32 is made narrower, that is, the magnetic path is narrowed by narrowing the cross-sectional area of the magnetic path in the circumferential direction, thereby concentrating the magnetic flux more and making the relative permeability. And saliency can be improved.

尚、本実施形態では、A相側の内ヨーク21−2とB相側の内ヨーク22−2における開口部31は、同じ位置に同一形状で形成されるものとしたが、これに限定されない。A相側の内ヨーク21−2とB相側の内ヨーク22−2における開口部31は、自己、相互インダクタンス変化が正弦波に近づくのであれば、同じ位置、同一形状でなくても良い。   In the present embodiment, the openings 31 in the A-phase side inner yoke 21-2 and the B-phase side inner yoke 22-2 are formed in the same shape at the same position. However, the present invention is not limited to this. . The openings 31 in the inner yoke 21-2 on the A phase side and the inner yoke 22-2 on the B phase side do not have to be in the same position and shape as long as the change in mutual inductance approaches a sine wave.

(第四の実施形態)
以下に図面を参照して第四の実施形態について説明する。第四の実施形態は、各相のコイルを囲う導体に形成される開口部の形状を第三の実施形態と異なる形状にしたものである。以下の第四の実施形態の説明では、第三の実施形態との相違点についてのみ説明し、第三の実施形態と同様の機能を有するものは第三の実施形態の説明で用いた符号を付与し、その説明を省略する。
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment will be described below with reference to the drawings. In the fourth embodiment, the shape of the opening formed in the conductor surrounding the coil of each phase is made different from that of the third embodiment. In the following description of the fourth embodiment, only differences from the third embodiment will be described, and those having functions similar to those of the third embodiment will be denoted by the reference numerals used in the description of the third embodiment. The description is omitted.

図24は、第四の実施形態のステッピングモータの導体を説明する図である。図24(A)は、本実施形態の導体の斜視図であり、図24(B)は、内ヨークの平面図である。   FIG. 24 is a diagram illustrating conductors of the stepping motor according to the fourth embodiment. FIG. 24A is a perspective view of the conductor of this embodiment, and FIG. 24B is a plan view of the inner yoke.

図24(A)では、開口部の説明のために、A相側の導体21の外ヨーク21−1Aを省略している。また、図24(B)は、導体21の内ヨーク21−2Aの平面図である。   In FIG. 24A, the outer yoke 21-1A of the A-phase-side conductor 21 is omitted for the description of the opening. FIG. 24B is a plan view of the inner yoke 21-2A of the conductor 21. FIG.

本実施形態では、内ヨーク21−2Aの接合面26Aに、開口部31Aを形成することで、磁路狭窄部32Aを形成する。   In the present embodiment, the magnetic path constricted portion 32A is formed by forming the opening 31A in the joint surface 26A of the inner yoke 21-2A.

本実施形態では、内ヨーク21−2Aの接合面26Aにおいて、開口部31Aと磁路狭窄部32Aのそれぞれが、少なくとも2つ以上形成されるものとした。   In the present embodiment, at least two or more openings 31A and magnetic path constrictions 32A are formed on the joint surface 26A of the inner yoke 21-2A.

また、本実施形態の開口部31Aの内ヨーク21−2Aにおける周方向の幅をW11とし、磁路狭窄部32Aの内ヨーク21−2Aにおける周方向の幅をW21としたとき、W11>W21となるように、開口部31Aを形成した。尚、幅W11と幅W21は、内ヨーク21−2Aにおける同一の周における幅である。   Further, when the circumferential width of the inner yoke 21-2A of the opening 31A of the present embodiment is W11 and the circumferential width of the inner yoke 21-2A of the magnetic path narrowing portion 32A is W21, W11> W21. Thus, the opening 31A was formed. Note that the width W11 and the width W21 are widths on the same circumference of the inner yoke 21-2A.

さらに、本実施形態では、複数の磁路狭窄部32Aの何れかの幅W21は、位置決め用の開口部40の内ヨーク21−2Aにおける周方向における幅以下となるように形成されることが好ましい。   Furthermore, in the present embodiment, it is preferable that the width W21 of any of the plurality of magnetic path constrictions 32A is formed to be equal to or less than the width in the circumferential direction of the inner yoke 21-2A of the positioning opening 40. .

例えば図24の例では、位置決め用の開口部40の両隣に開口部31Aが設けられており、開口部40とそれぞれの開口部31Aとの間に磁路狭窄部32Aが形成されている。   For example, in the example of FIG. 24, the opening 31A is provided on both sides of the positioning opening 40, and the magnetic path narrowing portion 32A is formed between the opening 40 and each opening 31A.

この磁路狭窄部32Aの幅W21は、開口部40の周方向の幅以下となることが好ましい。   The width W21 of the magnetic path narrowing portion 32A is preferably equal to or smaller than the circumferential width of the opening 40.

また、図24では、導体21の内ヨーク21−2Aについて説明したが、導体22の内ヨーク22−2Aにも、同様の開口部31Aと磁路狭窄部32Aとが形成される。本実施形態では、A相側の内ヨーク21−2AとB相側の内ヨーク22−2Aにおける開口部31Aと磁路狭窄部32Aは、同じ位置に同一形状で形成されることが好ましい。   24, the inner yoke 21-2A of the conductor 21 has been described, but the same opening 31A and magnetic path constricted portion 32A are also formed in the inner yoke 22-2A of the conductor 22. In the present embodiment, the opening 31A and the magnetic path constriction portion 32A in the inner yoke 21-2A on the A phase side and the inner yoke 22-2A on the B phase side are preferably formed in the same shape at the same position.

本実施形態では、導体21、22を図24に示す形状とすることで、従来例に比べて、相互インダクタンスの変化の幅を大きくすることができる。   In the present embodiment, the width of the change in mutual inductance can be increased by making the conductors 21 and 22 have the shape shown in FIG.

尚、本実施形態では、ロータマグネット20Aの材質をフェライト、導体21、22の材質をSECC(電気亜鉛メッキ)鋼板としても良い。   In the present embodiment, the material of the rotor magnet 20A may be ferrite, and the materials of the conductors 21 and 22 may be SECC (electrogalvanized) steel plates.

図25は、第四の実施形態における自己インダクタンスと相互インダクタンスを示す図である。   FIG. 25 is a diagram showing the self-inductance and the mutual inductance in the fourth embodiment.

図25によれば、本実施形態のモータの相互インダクタンスは、比較例(図21(B)参照)のモータの相互インダクタンスと比べて振幅の変化が大きいことがわかる。したがって、本実施形態のモータでは、相互インダクタンスの突極性を大きくすることができる。   According to FIG. 25, it can be seen that the mutual inductance of the motor of the present embodiment has a larger change in amplitude than the mutual inductance of the motor of the comparative example (see FIG. 21B). Therefore, in the motor of this embodiment, the saliency of mutual inductance can be increased.

図26は、第四の実施形態の内ヨークの比透磁率分布を示す図である。図26(A)は、回転子角度T1における内ヨーク21−2Aの比透磁率分布を示しており、図26(B)は、回転子角度T2における内ヨーク21−2Aの比透磁率分布を示している。   FIG. 26 is a diagram showing a relative permeability distribution of the inner yoke according to the fourth embodiment. 26A shows the relative permeability distribution of the inner yoke 21-2A at the rotor angle T1, and FIG. 26B shows the relative permeability distribution of the inner yoke 21-2A at the rotor angle T2. Show.

本実施形態では、回転子角度T1のとき、磁路狭窄部32Aにおいて、磁束の集中による比透磁率の低下が見られ、回転子角度T2のとき、内ヨーク21−2Aにおいて磁束の集中は見られず、比透磁率の低下は見られない。   In the present embodiment, at the rotor angle T1, a decrease in the relative permeability due to the concentration of magnetic flux is observed in the magnetic path constriction portion 32A, and at the rotor angle T2, the concentration of magnetic flux is observed at the inner yoke 21-2A. No decrease in the relative permeability is observed.

本実施形態では、磁路狭窄部32Aによる比透磁率の低下により、相互インダクタンスの突極性を向上させている。また、本実施形態でも、第三の実施形態と同様に、磁路狭窄部32Aの幅W21をより細くする、つまり、より狭い磁路とすることで、比透磁率をさらに低下させ、より突極性を向上させることができる。   In the present embodiment, the saliency of the mutual inductance is improved by the reduction of the relative permeability by the magnetic path constriction part 32A. Also in this embodiment, similarly to the third embodiment, by reducing the width W21 of the magnetic path constriction portion 32A, that is, by making the magnetic path narrower, the relative permeability is further reduced, and more The polarity can be improved.

<第一の変形例>
以下に、図27を参照して第四の実施形態の第一の変形例について説明する。図27は、第四の実施形態の第一の変形例を示す図である。図27(A)は、第一の変形例の内ヨーク21−2Bの平面図を示す図であり、図27(B)は、第一の変形例の自己インダクタンスと相互インダクタンスを示す図である。
<First modification>
Below, the 1st modification of 4th embodiment is demonstrated with reference to FIG. FIG. 27 is a diagram illustrating a first modification of the fourth embodiment. FIG. 27A is a diagram showing a plan view of the inner yoke 21-2B of the first modification, and FIG. 27B is a diagram showing the self-inductance and the mutual inductance of the first modification. .

第一の変形例では、内ヨーク21−2Bに、第二の実施形態において内ヨーク21−2Aに形成した開口部31Aの数よりも、多数の開口部31Bを形成した。また、第一の変形例では、内ヨーク21−2Bに複数の開口部31Bの幅が異なるように形成した。   In the first modification, a larger number of openings 31B are formed in the inner yoke 21-2B than the number of openings 31A formed in the inner yoke 21-2A in the second embodiment. Further, in the first modification, the inner yoke 21-2B is formed so that the widths of the plurality of openings 31B are different.

より具体的には、第一の変形例では、幅W12が位置決め用の開口部40の幅よりも広い開口部31Bと、幅W13が幅W12より狭く、且つ位置決め用の開口部40の幅である開口部31Bと、を形成した。   More specifically, in the first modification, the width W12 is wider than the width of the positioning opening 40, and the width W13 is narrower than the width W12 and the width of the positioning opening 40 is larger. An opening 31B was formed.

また、第一の変形例では、磁路狭窄部32Bの幅W22が、位置決め用の開口部40の幅以下となるように、開口部31Bを形成した。   In the first modification, the opening 31B is formed so that the width W22 of the magnetic path constriction 32B is equal to or smaller than the width of the positioning opening 40.

第一の変形例によれば、図27(B)の示すように、相互インダクタンスの振幅の幅が、比較例(図21(B)参照)のモータの相互インダクタンスの振幅よりも大きくなることがわかる。   According to the first modification, as shown in FIG. 27B, the width of the mutual inductance amplitude may be larger than the amplitude of the mutual inductance of the motor of the comparative example (see FIG. 21B). Recognize.

<第二の変形例>
以下に、図28を参照して第四の実施形態の第二の変形例について説明する。図28は、第四の実施形態の第二の変形例を示す図である。図28(A)は、第二の変形例の内ヨーク21−2Cの平面図を示す図であり、図28(B)は、第二の変形例の自己インダクタンスと相互インダクタンスを示す図である。
<Second modification>
The second modification of the fourth embodiment will be described below with reference to FIG. FIG. 28 is a diagram illustrating a second modification of the fourth embodiment. FIG. 28A is a diagram showing a plan view of the inner yoke 21-2C of the second modified example, and FIG. 28B is a diagram showing the self-inductance and the mutual inductance of the second modified example. .

第二の変形例では、内ヨーク21−2Cに、第二の実施形態において内ヨーク21−2Aに形成した開口部31Aの数よりも、多数の開口部31Cを形成した。また、第二の変形例では、内ヨーク21−2Cに形成された開口部31Cの幅W14は、例えば第一の変形例における開口部31Bの幅W13と同等であっても良い。すなわち、第二の変形例では、第一の変形例において内ヨーク21−2Bに形成した開口部31Bの数よりも、多数の開口部31Cが形成されることになる。   In the second modification, a larger number of openings 31C are formed in the inner yoke 21-2C than the number of openings 31A formed in the inner yoke 21-2A in the second embodiment. In the second modification, the width W14 of the opening 31C formed in the inner yoke 21-2C may be equal to the width W13 of the opening 31B in the first modification, for example. That is, in the second modification, a larger number of openings 31C are formed than the number of openings 31B formed in the inner yoke 21-2B in the first modification.

また、第二の変形例では、磁路狭窄部32Cの幅W23が、位置決め用の開口部40の幅以下となるように、開口部31Cを形成した。   In the second modification, the opening 31C is formed so that the width W23 of the magnetic path narrowing portion 32C is equal to or smaller than the width of the positioning opening 40.

上述の第一及び第二の変形例は、第二の実施形態と比べて、磁路狭窄部32B、32Cの数を増やすことになり、内ヨーク21−2B、21−2Cの機械的強度を大きくすることができる。尚、比透磁率を低下させるためには、内ヨークにおける磁路狭窄部の数は少ない方が好ましいため、第一及び第二の変形例では、機械的強度と相互インダクタンスの振幅の変化の大きさとに基づき、開口部の幅や磁路狭窄部の数を決めれば良い。   The first and second modifications described above increase the number of magnetic path constrictions 32B and 32C compared to the second embodiment, and increase the mechanical strength of the inner yokes 21-2B and 21-2C. Can be bigger. In order to reduce the relative permeability, it is preferable that the number of magnetic path constrictions in the inner yoke is small. Therefore, in the first and second modifications, the mechanical strength and the amplitude of the mutual inductance change are large. Based on the above, the width of the opening and the number of magnetic path constrictions may be determined.

また、第一及び第二の変形例では、ロータマグネット20Aの材質をネオジウム等の希土類磁石とし、導体21、22の材質をケイ素鋼板等にしても良い。第一及び第二の変形例では、上述した材質とすることで、ロータマグネット20Aから導体21、22に向かう磁束量を増やし、導体21、22のB−H(磁気ヒステリシス)特性を改善できる。具体的には、磁界に対する磁束量の変化を急峻にすることができる。   In the first and second modifications, the material of the rotor magnet 20A may be a rare earth magnet such as neodymium, and the material of the conductors 21 and 22 may be a silicon steel plate or the like. In the first and second modified examples, by using the above-described materials, the amount of magnetic flux from the rotor magnet 20A toward the conductors 21 and 22 can be increased, and the BH (magnetic hysteresis) characteristics of the conductors 21 and 22 can be improved. Specifically, the change in the amount of magnetic flux with respect to the magnetic field can be made steep.

したがって、第一及び第二の変形例では、磁路狭窄部に磁束を集中させることができ、比透磁率を低下させることができる。つまり、上述した材質とすることで、機械的強度を確保しつつ、突極性を向上させることができる。   Therefore, in the first and second modified examples, the magnetic flux can be concentrated on the magnetic path constricted portion, and the relative permeability can be lowered. That is, by using the above-described material, the saliency can be improved while ensuring the mechanical strength.

(第五の実施形態)
以下に図面を参照して第五の実施形態について説明する。第五の実施形態は、内ヨークの内縁に開口部を形成した点を第三の実施形態と異なる。以下の第五の実施形態の説明では、第三の実施形態との相違点についてのみ説明し、第三の実施形態と同様の機能を有するものは第三の実施形態の説明で用いた符号を付与し、その説明を省略する。
(Fifth embodiment)
The fifth embodiment will be described below with reference to the drawings. The fifth embodiment is different from the third embodiment in that an opening is formed at the inner edge of the inner yoke. In the following description of the fifth embodiment, only differences from the third embodiment will be described, and those having functions similar to those of the third embodiment will be denoted by the reference numerals used in the description of the third embodiment. The description is omitted.

図29は、第五の実施形態のステッピングモータの内ヨークと、自己インダクタンスと相互インダクタンスを示す図である。図29(A)は、第五の実施形態の内ヨーク21−2Dの平面図を示す図であり、図29(B)は、第五の実施形態の自己インダクタンスと相互インダクタンスを示す図である。   FIG. 29 is a diagram illustrating an inner yoke, a self-inductance, and a mutual inductance of the stepping motor according to the fifth embodiment. FIG. 29A is a diagram showing a plan view of the inner yoke 21-2D of the fifth embodiment, and FIG. 29B is a diagram showing the self-inductance and the mutual inductance of the fifth embodiment. .

本実施形態では、内ヨーク21−2Dの内縁部に複数の開口部31Dを設け、開口部31Dの間に磁路狭窄部32Dを形成した。   In the present embodiment, a plurality of openings 31D are provided at the inner edge of the inner yoke 21-2D, and the magnetic path constriction 32D is formed between the openings 31D.

本実施形態の開口部31Dは、クローポール24Aの間の内縁部に形成される。本実施形態では、このように開口部31Dを形成することで、クローポール24Aと対応する位置に磁路狭窄部32Dが形成されることになる。   The opening 31D of the present embodiment is formed at the inner edge between the claw poles 24A. In the present embodiment, by forming the opening 31D in this way, the magnetic path constriction portion 32D is formed at a position corresponding to the claw pole 24A.

また、本実施形態の開口部31Dの幅W15は、磁路狭窄部32Dの幅24が、クローポール24Aにおける最も広い幅Wc以下となるように、形成される。つまり、本実施形態の開口部31Dの幅W15は、クローポール24Aにおける最も広い幅Wcよりも広くなるように形成される。   Further, the width W15 of the opening 31D of the present embodiment is formed such that the width 24 of the magnetic path constriction portion 32D is equal to or less than the widest width Wc of the claw pole 24A. That is, the width W15 of the opening 31D of the present embodiment is formed to be wider than the widest width Wc in the claw pole 24A.

より具体的には、開口部31Dの幅W15は、複数の磁路狭窄部32Dの幅W24が、クローポール24Aにおける最も広い幅Wcの1/3となるように形成される。尚、本実施形態では、複数形成された磁路狭窄部32Dにおいて、幅W24が幅Wcの1/3となる磁路狭窄部32Dが少なくとも2つ形成されていれば良い。   More specifically, the width W15 of the opening 31D is formed such that the width W24 of the plurality of magnetic path narrowing portions 32D is 1/3 of the widest width Wc in the claw pole 24A. In the present embodiment, it is only necessary to form at least two magnetic path narrowing portions 32D having a width W24 that is 1/3 of the width Wc in the plurality of magnetic path narrowing portions 32D.

また、本実施形態では、内ヨーク21−2Dの有するクローポール24Aの全てに対して、対応する磁路狭窄部32Dが形成されていることが好ましい。   In the present embodiment, it is preferable that the corresponding magnetic path narrowing portion 32D is formed for all the claw poles 24A of the inner yoke 21-2D.

本実施形態によれば、図29(B)に示すように、第四の実施形態と比較しても、相互インダクタンスの振幅の変化が大きくなっていることがわかる(図25参照)。また、本実施形態では、第四の実施形態と比較して、相互インダクタンス平均値が低下しているため、コギングトルクを低減できることがわかる。尚、コギングトルクとは、無通電状態においても回転子の回転に伴って正負に生じるトルクである。   According to the present embodiment, as shown in FIG. 29B, it can be seen that the change in the amplitude of the mutual inductance is larger than that in the fourth embodiment (see FIG. 25). Moreover, in this embodiment, since the mutual inductance average value has fallen compared with 4th embodiment, it turns out that a cogging torque can be reduced. The cogging torque is a torque that is generated positively or negatively with the rotation of the rotor even in a non-energized state.

図30は、第五の実施形態のステッピングモータの内ヨークを示す図である。図30(A)は、A相側の内ヨーク21−2Dの平面図を示す図であり、図30(B)は、B相側の内ヨーク22−2Dの平面図を示す図である。   FIG. 30 is a diagram showing an inner yoke of the stepping motor according to the fifth embodiment. 30A is a diagram showing a plan view of the inner yoke 21-2D on the A phase side, and FIG. 30B is a diagram showing a plan view of the inner yoke 22-2D on the B phase side.

本実施形態では、図30(A)、(B)に示すように、B相側の内ヨーク22−2Dに形成されたクローポール23Bの位置は、A相側の内ヨーク21−2Dに形成されたクローポール24Aの位置とずれている(図19参照)。   In this embodiment, as shown in FIGS. 30A and 30B, the position of the claw pole 23B formed on the B-phase inner yoke 22-2D is formed on the A-phase inner yoke 21-2D. The position of the claw pole 24A is shifted (see FIG. 19).

内ヨーク22−2Dでは、開口部31Dはクローポール23Bの間の内縁部に形成され、磁路狭窄部32Dは、内ヨーク22−2Dの有するクローポール23Bと対応する位置に形成される。   In the inner yoke 22-2D, the opening 31D is formed at the inner edge between the claw poles 23B, and the magnetic path narrowing portion 32D is formed at a position corresponding to the claw pole 23B of the inner yoke 22-2D.

(第六の実施形態)
以下に図面を参照して第六の実施形態について説明する。第六の実施形態は、各相のコイルを囲う導体に開口部に加えて溝を形成した点が第四の実施形態と異なる。以下の第六の実施形態の説明では、第四の実施形態との相違点についてのみ説明し、第四の実施形態と同様の機能を有するものは第四の実施形態の説明で用いた符号を付与し、その説明を省略する。
(Sixth embodiment)
The sixth embodiment will be described below with reference to the drawings. The sixth embodiment differs from the fourth embodiment in that a groove is formed in addition to the opening in the conductor surrounding each phase coil. In the following description of the sixth embodiment, only differences from the fourth embodiment will be described, and those having functions similar to those of the fourth embodiment are denoted by the reference numerals used in the description of the fourth embodiment. The description is omitted.

図31は、第六の実施形態のステッピングモータの導体を説明する図である。図31(A)は、本実施形態の導体の斜視図であり、図31(B)は、導体21の内ヨーク21−2Eの平面図である。   FIG. 31 is a diagram illustrating conductors of the stepping motor according to the sixth embodiment. FIG. 31A is a perspective view of the conductor of this embodiment, and FIG. 31B is a plan view of the inner yoke 21-2E of the conductor 21. FIG.

本実施形態では、内ヨーク21−2Eに、開口部31Aが形成されている外周円上に沿った円形状の溝33を形成した。溝33の幅W31は、開口部31Aの幅W11と直交する方向(径方向)の幅W32よりも狭く、幅W32>幅W31となるものとした。尚、溝33の幅W31は、周方向と直交する方向(径方向)における幅である。   In the present embodiment, the circular groove 33 is formed in the inner yoke 21-2E along the outer circumference circle where the opening 31A is formed. The width W31 of the groove 33 is narrower than the width W32 in the direction (radial direction) orthogonal to the width W11 of the opening 31A, and the width W32> the width W31. The width W31 of the groove 33 is a width in a direction (radial direction) orthogonal to the circumferential direction.

本実施形態では、例えば幅W31を1[mm]とし、幅W32を1.5[mm]としても良い。   In the present embodiment, for example, the width W31 may be 1 [mm] and the width W32 may be 1.5 [mm].

本実施形態では、このように、溝33を設けることで、開口部31Aと溝33により形成される磁路狭窄部32Eの厚さは、溝33の深さの分だけ薄くなる。すなわち、磁路狭窄部32Eは第四の実施形態の磁路狭窄部32Aよりも細くなる。   In the present embodiment, by providing the groove 33 in this way, the thickness of the magnetic path constriction portion 32E formed by the opening 31A and the groove 33 is reduced by the depth of the groove 33. That is, the magnetic path narrowing portion 32E is thinner than the magnetic path narrowing portion 32A of the fourth embodiment.

図32は、第六の実施形態における自己インダクタンスと相互インダクタンスを示す図である。   FIG. 32 is a diagram showing self-inductance and mutual inductance in the sixth embodiment.

図32では、比較例(図21(B)参照)のモータの相互インダクタンスと比べて振幅が大幅に変化していることがわかる。したがって、本実施形態のモータでは、相互インダクタンスの突極性を大きくすることができる。   In FIG. 32, it can be seen that the amplitude changes significantly compared to the mutual inductance of the motor of the comparative example (see FIG. 21B). Therefore, in the motor of this embodiment, the saliency of mutual inductance can be increased.

図33は、第六の実施形態の内ヨークの比透磁率分布を示す図である。図33(A)は、回転子角度T1における内ヨーク21−2Eの比透磁率分布を示しており、図33(B)は、回転子角度T2における内ヨーク21−2Eの比透磁率分布を示している。   FIG. 33 is a diagram showing a relative permeability distribution of the inner yoke according to the sixth embodiment. FIG. 33A shows the relative permeability distribution of the inner yoke 21-2E at the rotor angle T1, and FIG. 33B shows the relative permeability distribution of the inner yoke 21-2E at the rotor angle T2. Show.

本実施形態では、回転子角度T1のとき、磁路狭窄部32Eにおいて、磁束の集中による比透磁率の低下が見られ、回転子角度T2のとき、内ヨーク21−2Eにおいて磁束の集中は見られず、比透磁率の低下は見られない。   In the present embodiment, at the rotor angle T1, a decrease in the relative magnetic permeability due to the concentration of magnetic flux is observed in the magnetic path constriction portion 32E, and at the rotor angle T2, the concentration of magnetic flux is observed at the inner yoke 21-2E. No decrease in the relative permeability is observed.

本実施形態では、磁路狭窄部32Eによる比透磁率の低下により、相互インダクタンスの突極性を向上させている。   In the present embodiment, the saliency of the mutual inductance is improved by the reduction of the relative permeability due to the magnetic path constriction part 32E.

(第七の実施形態)
以下に図面を参照して第七の実施形態について説明する。第七の実施形態は、開口部に加えて形成した溝の幅を、開口部の径方向の幅より広くした点が第六の実施形態と異なる。以下の第七の実施形態の説明では、第六の実施形態との相違点についてのみ説明し、第六の実施形態と同様の機能を有するものは第六の実施形態の説明で用いた符号を付与し、その説明を省略する。
(Seventh embodiment)
The seventh embodiment will be described below with reference to the drawings. The seventh embodiment differs from the sixth embodiment in that the width of the groove formed in addition to the opening is wider than the radial width of the opening. In the following description of the seventh embodiment, only differences from the sixth embodiment will be described, and those having functions similar to those of the sixth embodiment will be denoted by the reference numerals used in the description of the sixth embodiment. The description is omitted.

図34は、第七の実施形態のステッピングモータの導体を説明する図である。図34は、A相側の内ヨーク21−2Fの平面図である。   FIG. 34 is a diagram illustrating conductors of the stepping motor according to the seventh embodiment. FIG. 34 is a plan view of the inner yoke 21-2F on the A phase side.

本実施形態では、溝33Aの径方向の幅W33を、開口部31Aの径方向の幅W32以上(幅W32≦幅W33)となるように形成した。   In the present embodiment, the radial width W33 of the groove 33A is formed to be equal to or larger than the radial width W32 of the opening 31A (width W32 ≦ width W33).

したがって、開口部31Aと溝33Aにより形成される磁路狭窄部32Fは、第六の実施形態の磁路狭窄部32Eよりも径方向に広い範囲で溝33Aの深さの分だけ薄くなる。   Accordingly, the magnetic path narrowing portion 32F formed by the opening 31A and the groove 33A is thinner by the depth of the groove 33A in a wider range in the radial direction than the magnetic path narrowing portion 32E of the sixth embodiment.

図35は、第七の実施形態における自己インダクタンスと相互インダクタンスを示す図である。   FIG. 35 is a diagram showing the self-inductance and the mutual inductance in the seventh embodiment.

本実施形態における相互インダクタンスの振幅の変化の幅は、第六の実施形態とほぼ同等であるが、相互インダクタンスの平均値が低下している。したがって、本実施形態では、第六の実施形態と同等の突極性を維持しつつ、コギングトルクを低減できることがわかる。   The width of the change in the amplitude of the mutual inductance in this embodiment is almost the same as that in the sixth embodiment, but the average value of the mutual inductance is reduced. Therefore, in this embodiment, it can be seen that the cogging torque can be reduced while maintaining the saliency equivalent to that of the sixth embodiment.

以下に図36を参照し、比較例となるステッピングモータと、第三、第四、第六及び第七の実施形態のステッピングモータとのコギングトルクと相互インダクタンスの平均値の関係を説明する。図36は、各実施形態の相互インダクタンスとコギングトルクを示す図である。   The relationship between the cogging torque and the average value of the mutual inductances of the stepping motor as a comparative example and the stepping motors of the third, fourth, sixth, and seventh embodiments will be described below with reference to FIG. FIG. 36 is a diagram showing the mutual inductance and cogging torque of each embodiment.

図36では、相互インダクタンスの平均値と、コギングトルクの正のピークから負のピークまでの値との関係を示している。   FIG. 36 shows the relationship between the average value of mutual inductance and the value from the positive peak to the negative peak of cogging torque.

図36からわかるように、第七の実施形態では、第六の実施形態とほぼ同等の突極性を維持しつつ、コギングトルクを低減できることがわかる。   As can be seen from FIG. 36, in the seventh embodiment, the cogging torque can be reduced while maintaining the saliency substantially equivalent to that of the sixth embodiment.

尚、第一及び第二の実施形態において自己インダクタンス及び相互インダクタンスを測定するためのシミュレーションに用いたステッピングモータと、第三乃至第七の実施形態において自己インダクタンス及び相互インダクタンスを測定するためのシミュレーションに用いたステッピングモータと、は、大きさが異なっている。   The stepping motor used for the simulation for measuring the self-inductance and the mutual inductance in the first and second embodiments and the simulation for measuring the self-inductance and the mutual inductance in the third to seventh embodiments. The size is different from the stepping motor used.

具体的には、第三乃至第七の実施形態のステッピングモータは、第一及び第二の実施形態のステッピングモータよりも外径が小さく、マグネットの磁力が弱く、コイルの巻き数も少ないものとした。   Specifically, the stepping motors of the third to seventh embodiments have a smaller outer diameter than the stepping motors of the first and second embodiments, the magnetic force of the magnet is weak, and the number of turns of the coil is small. did.

また、第三乃至第七の実施形態では、導体21、22が内ヨークと外ヨークから形成されるものとしているが、これに限定されない。導体21、22は、一体的に形成されていても良い。   In the third to seventh embodiments, the conductors 21 and 22 are formed of an inner yoke and an outer yoke, but the present invention is not limited to this. The conductors 21 and 22 may be formed integrally.

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。   As mentioned above, although this invention has been demonstrated based on each embodiment, this invention is not limited to the requirements shown in the said embodiment. With respect to these points, the gist of the present invention can be changed without departing from the scope of the present invention, and can be appropriately determined according to the application form.

10 ステッピングモータ
20 回転子
23A、23B、24A、24B クローポール
25A、25B、31、31A〜31F 開口部
32、32A〜32F 磁路狭窄部
100 モータ駆動制御装置
101 位置フィードバック制御部
102 d軸電流制御部
103 q軸電流制御部
104、113 位置推定部
105 加算器
106、107 ベクトル回転部
108 高周波発生部
109、110 増幅部
111、112 電流センサ
114 セレクタ
115 カウンタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Stepping motor 20 Rotor 23A, 23B, 24A, 24B Claw pole 25A, 25B, 31, 31A-31F Opening part 32, 32A-32F Magnetic path constriction part 100 Motor drive control apparatus 101 Position feedback control part 102 d-axis current control Unit 103 q-axis current control unit 104, 113 position estimation unit 105 adder 106, 107 vector rotation unit 108 high frequency generation unit 109, 110 amplification unit 111, 112 current sensor 114 selector 115 counter

特開2014−99996号公報JP 2014-99996 A

Claims (10)

外周にN極とS極が交互に複数着磁されたロータマグネット及び回転軸を有する回転子と、
前記ロータマグネットと対向配置され、周方向に沿って所定間隔で前記回転軸の軸線方向に延びた複数の隣接する極歯片同士が互いに噛み合うように近接し、対向した前記各極歯片の基端側はそれぞれリング状に連結された第一、第二の各リング状極歯部と、を備え、
前記第一のリング状極歯部における前記第二のリング状極歯部との第一の接合面に第一の開口部が形成され、
前記第二のリング状極歯部における前記第一のリング状極歯部との第二の接合面に第二の開口部が形成されていることを特徴とする永久磁石型モータ。
A rotor magnet having a plurality of alternating N and S poles on the outer periphery and a rotor having a rotation shaft;
A plurality of adjacent pole teeth pieces that are arranged to face the rotor magnet and extend in the axial direction of the rotating shaft at predetermined intervals along the circumferential direction are close to each other so as to mesh with each other, and the bases of the pole teeth pieces that face each other are opposed to each other. The end side includes first and second ring-shaped pole teeth connected to each other in a ring shape,
A first opening is formed on a first joint surface with the second ring-shaped pole tooth portion in the first ring-shaped pole tooth portion,
A permanent magnet type motor, wherein a second opening is formed in a second joint surface of the second ring-shaped pole tooth portion with the first ring-shaped pole tooth portion.
前記第一の開口部及び前記第二の開口部は、中心が、
前記第一のリング状極歯部の前記極歯片のうち、前記第一の接合面に向かって延びる極歯片の中心と、同一直線上になるように形成されていることを特徴とする請求項1記載の永久磁石型モータ。
The center of the first opening and the second opening is
Of the pole tooth pieces of the first ring-shaped pole tooth portion, it is formed so as to be on the same straight line as the center of the pole tooth piece extending toward the first joint surface. The permanent magnet type motor according to claim 1.
複数の前記第一の開口部及び前記第二の開口部を形成し、
各開口部の間に複数の磁路狭窄部を形成し、
複数の前記第一の開口部及び前記第二の開口部と、複数の前記磁路狭窄部と、は、
前記磁路狭窄部の周方向の幅が、少なくとも複数の前記第一の開口部及び前記第二の開口部の何れか1つの周方向の幅以下となるように形成される請求項1又は2記載の永久磁石型モータ。
Forming a plurality of the first openings and the second openings;
A plurality of magnetic path constrictions are formed between the openings,
The plurality of first openings and the second openings, and the plurality of magnetic path constrictions,
The circumferential width of the magnetic path narrowing portion is formed so as to be equal to or less than the circumferential width of at least one of the first opening and the second opening. The permanent magnet type motor described.
複数の前記第一及び第二の開口部は、
前記第一、第二の各リング状極歯部の外縁部に形成される請求項3記載の永久磁石型モータ。
The plurality of first and second openings are
The permanent magnet motor according to claim 3, wherein the permanent magnet motor is formed on an outer edge portion of each of the first and second ring-shaped pole teeth.
複数の前記第一及び第二の開口部は、
前記第一、第二の各リング状極歯部の内縁部に形成される請求項3記載の永久磁石型モータ。
The plurality of first and second openings are
The permanent magnet motor according to claim 3, wherein the permanent magnet motor is formed at an inner edge of each of the first and second ring-shaped pole teeth.
複数の前記第一及び第二の開口部は、前記第一、第二の各リング状極歯部の周方向に沿って形成されており、
前記第一、第二の各リング状極歯部において、前記第一及び第二の開口部の間に、前記第一及び第二の開口部が形成された周方向に沿った円弧状に形成された溝を有する請求項1乃至5の何れか一項に記載の永久磁石型モータ。
The plurality of first and second openings are formed along the circumferential direction of the first and second ring-shaped pole teeth,
In each of the first and second ring-shaped pole teeth, a circular arc is formed along the circumferential direction in which the first and second openings are formed between the first and second openings. The permanent magnet type motor according to claim 1, wherein the permanent magnet type motor has a groove formed.
前記溝の前記前記第一、第二の各リング状極歯部における径方向の幅は、前記第一及び第二の開口部の径方向の幅以下となる請求項6記載の永久磁石型モータ。   The permanent magnet motor according to claim 6, wherein a radial width of each of the first and second ring-shaped pole teeth of the groove is equal to or less than a radial width of the first and second openings. . 前記溝の前記前記第一、第二の各リング状極歯部における径方向の幅は、前記第一及び第二の開口部の径方向の幅より広い請求項6記載の永久磁石型モータ。   The permanent magnet type motor according to claim 6, wherein a radial width of each of the first and second ring-shaped pole teeth of the groove is wider than a radial width of the first and second openings. 請求項1ないし8の何れか一項に記載の永久磁石型モータと、
前記永久磁石型モータの電機子巻線へ供給される高調波信号を生成する高調波生成部と、
前記高調波信号の応答である高調波電流成分を検出する電流検出部と、
前記高調波信号及び前記高調波電流成分に基づき、前記永久磁石型モータの有する前記回転子の位置を推定する位置推定部と、を有する位置推定装置。
A permanent magnet type motor according to any one of claims 1 to 8,
A harmonic generation unit that generates a harmonic signal supplied to the armature winding of the permanent magnet type motor;
A current detector that detects a harmonic current component that is a response of the harmonic signal;
A position estimation unit that estimates a position of the rotor of the permanent magnet type motor based on the harmonic signal and the harmonic current component;
請求項9記載の位置推定装置を有するモータ駆動制御装置。   A motor drive control device comprising the position estimation device according to claim 9.
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