JP2016201912A - Motor drive device and control method for motor drive device - Google Patents

Motor drive device and control method for motor drive device Download PDF

Info

Publication number
JP2016201912A
JP2016201912A JP2015080770A JP2015080770A JP2016201912A JP 2016201912 A JP2016201912 A JP 2016201912A JP 2015080770 A JP2015080770 A JP 2015080770A JP 2015080770 A JP2015080770 A JP 2015080770A JP 2016201912 A JP2016201912 A JP 2016201912A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrical angle
predetermined
brushless motor
hall sensor
predetermined electrical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2015080770A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6498501B2 (en
Inventor
星野 隆
Takashi Hoshino
隆 星野
岩崎 保
Tamotsu Iwasaki
保 岩崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsuba Corp
Original Assignee
Mitsuba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsuba Corp filed Critical Mitsuba Corp
Priority to JP2015080770A priority Critical patent/JP6498501B2/en
Priority to CN201680012728.3A priority patent/CN107431452B/en
Priority to PCT/JP2016/061263 priority patent/WO2016163398A1/en
Priority to US15/551,610 priority patent/US20180248501A1/en
Priority to EP16776564.3A priority patent/EP3282574A4/en
Publication of JP2016201912A publication Critical patent/JP2016201912A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6498501B2 publication Critical patent/JP6498501B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor drive device and a control method for motor drive device, capable of suppressing increase of processing load at calculation for rotor position estimation, and suppressing increase of processing load at high revolution.SOLUTION: In a motor drive device, a brushless motor 11 has a three-phase motor structure, a Hall sensor 12 detects a signal of flux change at an operation of the brushless motor 11, a control part 13 obtains rotor revolution of the brushless motor 11 based on the signal of flux change, calculates a plurality of predetermined electric angles according to the change of rotor revolution, selects one predetermined electric angle within the plurality of the predetermined electric angles, causes a gate driver 14 to output a PWM signal for switching energization timing for each phase of the brushless motor 11 with the selected predetermined electric angle, and the inverter 15 supplies a voltage to a stator coil of the brushless motor 11 by sinusoidally changing the voltage, based on the PWM signal.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、モータ駆動装置及びモータ駆動装置の制御方法に関する。   The present invention relates to a motor drive device and a method for controlling the motor drive device.

モータのステータコイル電圧を正弦波状に変化させる正弦波駆動は、矩形波状に変化させる矩形波駆動よりも低騒音、低振動である。正弦波駆動を行うためには高価な絶対角度センサ(レゾルバ等)が必要となる。絶対角度センサを使用しない場合、例えばホールセンサを使用する場合は、ホールセンサの出力間隔を一定時間経過(レゾルバの出力値を読み込むサンプリングタイミングに相当する時間)毎に、ロータ位置を推定して通電タイミングを切り替えることにより、精度は低下するが正弦波駆動を行うことができる。   The sine wave drive that changes the stator coil voltage of the motor into a sine wave has lower noise and vibration than the rectangular wave drive that changes into a square wave. In order to perform sine wave drive, an expensive absolute angle sensor (such as a resolver) is required. When an absolute angle sensor is not used, for example, when a hall sensor is used, the rotor sensor is energized by estimating the rotor position every time the hall sensor output interval elapses (the time corresponding to the sampling timing for reading the resolver output value). By switching the timing, sine wave drive can be performed with reduced accuracy.

特開平9−121583号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-121583

しかし、この場合、設定した時間からロータ位置を推定する計算が複雑になり、処理負荷が増加してしまうという問題がある。また、ロータ位置推定の計算誤差が大きくなってしまうという問題がある。また、誤差を小さくするために、高分解能のマップデータ(SIN、COS等)を保持しようとすると、使用するメモリ容量が増加してしまうという問題がある。
また、ロータ位置を推定して通電タイミングを切り替える場合、ロータの回転数が上がるほど(高回転になるほど)通電タイミングの切り替え時間間隔が短くなり、高回転時の処理負荷が増加するという問題があった。
However, in this case, there is a problem that the calculation for estimating the rotor position from the set time becomes complicated and the processing load increases. In addition, there is a problem that a calculation error of the rotor position estimation becomes large. In addition, in order to reduce the error, there is a problem that the memory capacity to be used increases if high resolution map data (SIN, COS, etc.) is held.
In addition, when the energization timing is switched by estimating the rotor position, there is a problem that the energization timing switching time interval becomes shorter as the rotor speed increases (the higher the rotation speed), and the processing load at high rotation increases. It was.

本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、ロータ位置を推定する計算における処理負荷の増加、高回転時の処理負荷の増加を抑制できるモータ駆動装置及びモータ駆動装置の制御方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and a motor drive device and a motor drive device control method capable of suppressing an increase in processing load in calculation for estimating the rotor position and an increase in processing load at high rotation The purpose is to provide.

上記課題を解決するため、実施形態のモータ駆動装置は、ブラシレスモータと、ホールセンサと、制御部と、ゲートドライバと、インバータとを備えるモータ駆動装置であって、前記ブラシレスモータは、3相のモータ構造を有し、前記ホールセンサは、前記ブラシレスモータの動作時における磁束変化の信号を検出し、前記制御部は、前記磁束変化の信号に基づいて前記ブラシレスモータのロータ回転数を求め、前記ロータ回転数の変化に応じて、複数の所定の電気角を算出し、前記複数の所定の電気角から一つの所定の電気角を選択し、選択された所定の電気角で前記ブラシレスモータの各相への通電タイミングを切り替えるPWM信号を前記ゲートドライバに出力させ、前記インバータは、前記PWM信号に基づいて、前記ブラシレスモータのステータコイルへの電圧供給を、正弦波状に変化させて供給する、ことを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, a motor driving device according to an embodiment is a motor driving device including a brushless motor, a hall sensor, a control unit, a gate driver, and an inverter, and the brushless motor is a three-phase motor. A motor structure, wherein the Hall sensor detects a magnetic flux change signal during operation of the brushless motor, and the control unit obtains a rotor rotational speed of the brushless motor based on the magnetic flux change signal, A plurality of predetermined electrical angles are calculated according to a change in the rotor rotational speed, one predetermined electrical angle is selected from the plurality of predetermined electrical angles, and each of the brushless motors is selected with the selected predetermined electrical angle. The gate driver outputs a PWM signal for switching the energization timing to the phase, and the inverter is configured to generate the brushless signal based on the PWM signal. The voltage supply to the over data of the stator coil, and supplies varied sinusoidally, characterized in that.

また、実施形態のモータ駆動装置は、前記複数の所定の電気角が、第1の所定の電気角と第2の所定の電気角との2つあり、前記ホールセンサのエッジ間隔時間である電気角60度回転時間を除算する所定の数が、第1の所定の数と第2の所定の数との2つあり、前記第2の所定の数は、前記第1の所定の数より小さい値であって、前記制御部は、前記ロータ回転数が予め設定されたロータ回転数未満である場合、前記第1の所定の電気角を、前記電気角60度回転時間を前記第1の所定の数で除算することにより算出し、前記電気角60度回転時間から前記第1の所定の電気角が経過する毎に前記PWM信号を変化させ、前記ロータ回転数が予め設定されたロータ回転数以上である場合、前記第2の所定の電気角を、前記電気角60度回転時間を前記第2の所定の数で除算することにより算出し、前記電気角60度回転時間から前記第2の所定の電気角が経過する毎に前記PWM信号を変化させる、ことを特徴とする。   In the motor drive device according to the embodiment, the plurality of predetermined electrical angles are two, that is, a first predetermined electrical angle and a second predetermined electrical angle, and the electrical interval is an edge interval time of the Hall sensor. There are two predetermined numbers for dividing the rotation time of 60 degrees in angle, the first predetermined number and the second predetermined number, and the second predetermined number is smaller than the first predetermined number. When the rotor rotational speed is less than a preset rotor rotational speed, the control unit sets the first predetermined electrical angle, the electrical angle 60 degrees rotation time, and the first predetermined electrical speed. The rotor signal is calculated by dividing the PWM signal every time the first predetermined electrical angle elapses from the electrical angle 60 degree rotation time, and the rotor rotational speed is set in advance. If it is above, the second predetermined electrical angle is rotated by 60 electrical degrees. And the PWM signal is changed each time the second predetermined electrical angle elapses from the rotation time of the electrical angle of 60 degrees. .

また、実施形態のモータ駆動装置は、前記制御部は、前記PWM信号の生成に用いる三角関数の値を記憶するテーブルを有する、ことを特徴とする。   In the motor drive device according to the embodiment, the control unit includes a table that stores trigonometric function values used for generating the PWM signal.

また、実施形態のモータ駆動装置の制御方法は、3相のモータ構造を有するブラシレスモータと、ホールセンサと、制御部と、ゲートドライバと、インバータとを備えるモータ駆動装置の制御方法であって、前記ホールセンサが、前記ブラシレスモータの動作時における磁束変化の信号を検出する検出工程と、前記制御部が、前記磁束変化の信号に基づいて前記ブラシレスモータのロータ回転数を求め、前記ロータ回転数の変化に応じて、複数の所定の電気角を算出し、前記複数の所定の電気角から一つの所定の電気角を選択し、選択された所定の電気角で前記ブラシレスモータの各相への通電タイミングを切り替えるPWM信号を前記ゲートドライバに出力させる出力工程と、前記インバータが、前記PWM信号に基づいて、前記ブラシレスモータのステータコイルへの電圧供給を、正弦波状に変化させて供給する供給工程と、を備えることを特徴とする。   Further, the control method of the motor drive device of the embodiment is a control method of a motor drive device including a brushless motor having a three-phase motor structure, a hall sensor, a control unit, a gate driver, and an inverter, The hall sensor detects a magnetic flux change signal during operation of the brushless motor, and the control unit obtains the rotor rotational speed of the brushless motor based on the magnetic flux change signal, and the rotor rotational speed. A plurality of predetermined electrical angles are calculated in response to a change in a plurality of predetermined electrical angles, a predetermined electrical angle is selected from the plurality of predetermined electrical angles, and each phase of the brushless motor is selected at the selected predetermined electrical angle. An output step for causing the gate driver to output a PWM signal for switching energization timing, and the inverter is configured to output the brush signal based on the PWM signal. The voltage supply to the motor stator coils, characterized in that it comprises a supply step of supplying varied sinusoidally.

本発明によれば、制御部は、磁束変化の信号に基づいて、ロータ回転数を算出し、ロータ回転数の変化に応じて、複数の所定の電気角を算出し、複数の所定の電気角から一つの所定の電気角を選択し、選択された所定の電気角でブラシレスモータの各相への通電タイミングを切り替えるPWM信号をゲートドライバに出力させる。インバータは、PWM信号に基づいて、ブラシレスモータのステータコイルへの電圧供給を、正弦波状に変化させて供給する。これにより、ロータ位置を推定する計算における処理負荷の増加、高回転時の処理負荷の増加を抑制できるモータ駆動装置及びモータ駆動装置の制御方法を提供することができる。   According to the present invention, the control unit calculates the rotor rotation speed based on the magnetic flux change signal, calculates a plurality of predetermined electrical angles according to the change in the rotor rotation speed, and outputs the plurality of predetermined electrical angles. One predetermined electrical angle is selected, and a PWM signal for switching the energization timing to each phase of the brushless motor is output to the gate driver at the selected predetermined electrical angle. The inverter supplies the voltage supplied to the stator coil of the brushless motor in a sine wave shape based on the PWM signal. As a result, it is possible to provide a motor drive device and a control method for the motor drive device that can suppress an increase in processing load in calculation for estimating the rotor position and an increase in processing load during high rotation.

モータ駆動装置1の構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration of a motor driving device 1. FIG. モータ駆動装置1の動作におけるフローチャートである。3 is a flowchart in the operation of the motor drive device 1. モータ駆動装置1の動作を示すタイミングチャートである。3 is a timing chart showing the operation of the motor drive device 1. モータ駆動装置1の動作を示すタイミングチャートである。3 is a timing chart showing the operation of the motor drive device 1.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は、モータ駆動装置1の構成を示す図である。図1に示したモータ駆動装置1は、ブラシレスモータ11と、ホールセンサ12と、制御部13と、ゲートドライバ14と、インバータ15と、直流電源16とを備える。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of the motor driving device 1. The motor drive device 1 shown in FIG. 1 includes a brushless motor 11, a hall sensor 12, a control unit 13, a gate driver 14, an inverter 15, and a DC power supply 16.

ブラシレスモータ11は、3相のモータ構造を有するモータである。ブラシレスモータ11は、3相の電機子巻線であるU相ステータコイル、V相ステータコイル及びW相ステータコイルが巻かれたステータと、複数の磁極を有する永久磁石ロータとを備えている。
また、ブラシレスモータ11には、永久磁石ロータ近傍に、ホールセンサ12が取り付けられている。ホールセンサ12は、ブラシレスモータの動作時における磁束変化の信号を検出する3個のU相ホールセンサ、V相ホールセンサ、W相ホールセンサから構成される。U相ホールセンサは、永久磁石ロータの磁極の切り替わりを検出し、検出した結果をハイ(H)又はロー(L)の2値信号であるU相ホールセンサ信号を制御部13に出力する。また、V相ホールセンサは、永久磁石ロータの磁極の切り替わりを検出し、検出した結果をH又はLの2値信号であるV相ホールセンサ信号を制御部13に出力する。また、W相ホールセンサは、永久磁石ロータの磁極の切り替わりを検出し、検出した結果をH又はLの2値信号であるW相ホールセンサ信号を制御部13に出力する。
The brushless motor 11 is a motor having a three-phase motor structure. The brushless motor 11 includes a stator around which a U-phase stator coil, a V-phase stator coil, and a W-phase stator coil, which are three-phase armature windings, and a permanent magnet rotor having a plurality of magnetic poles.
In addition, a hall sensor 12 is attached to the brushless motor 11 in the vicinity of the permanent magnet rotor. The hall sensor 12 includes three U-phase hall sensors, a V-phase hall sensor, and a W-phase hall sensor that detect a magnetic flux change signal during operation of the brushless motor. The U-phase Hall sensor detects switching of the magnetic poles of the permanent magnet rotor, and outputs a U-phase Hall sensor signal, which is a binary signal of high (H) or low (L), to the control unit 13 as a result of the detection. The V-phase Hall sensor detects the switching of the magnetic poles of the permanent magnet rotor, and outputs the detected result to the control unit 13 as a V-phase Hall sensor signal that is a binary signal of H or L. The W-phase hall sensor detects the switching of the magnetic poles of the permanent magnet rotor, and outputs the detected result to the control unit 13 as a W-phase hall sensor signal that is a binary signal of H or L.

制御部13は、U相ホールセンサ信号、V相ホールセンサ信号、W相ホールセンサ信号に基づいて、ブラシレスモータ11のロータ回転数を求め、ロータ回転数の変化に応じて、複数の所定の電気角を算出し、前記複数の所定の電気角から一つの所定の電気角を選択し、選択された所定の電気角でブラシレスモータ11の各相への通電タイミングを切り替えるPWM信号をゲートドライバ14に出力させる。
インバータ15は、PWM信号に基づいて、ブラシレスモータ11のステータコイルへの電圧供給を、正弦波状に変化させて供給する。
直流電源16は、インバータ15がブラシレスモータ11のステータコイルへの電圧供給をするための、直流電圧を供給する。
The control unit 13 obtains the rotor rotational speed of the brushless motor 11 based on the U-phase Hall sensor signal, the V-phase Hall sensor signal, and the W-phase Hall sensor signal, and performs a plurality of predetermined electrical operations according to the change in the rotor rotational speed. An angle is calculated, one predetermined electrical angle is selected from the plurality of predetermined electrical angles, and a PWM signal for switching the energization timing to each phase of the brushless motor 11 at the selected predetermined electrical angle is sent to the gate driver 14 Output.
The inverter 15 supplies the voltage supplied to the stator coil of the brushless motor 11 in a sine wave shape based on the PWM signal.
The DC power supply 16 supplies a DC voltage for the inverter 15 to supply a voltage to the stator coil of the brushless motor 11.

ここで、通電タイミングについて説明する。従来において、例えば6極9スロット3相ブラシレスモータの場合、180度正弦波駆動を行う際、通電タイミングTが固定なので、ここから電気角θを算出しなければならなかった。通電タイミングTは、T=電気角60度回転時間÷60×電気角θという式で求まる。ここで、電気角60度回転時間とは、例えばU相ホールセンサ信号がLからHに変わった時刻とW相ホールセンサがHからLに変わった時刻との間の時間である。例えば、電気角60度回転時間が1.11msの場合、ロータの回転数が3000rpmと求まる。従って、上記式に電気角60度回転時間=1.11ms、T=0.1msを代入すると、ロータの回転数が3000rpmのときの電気角θは、5.4度となる。また、電気角60度回転時間が3.33msの場合、ロータの回転数が1000rpmと求まる。従って、上記式に電気角60度回転時間=3.33ms、T=0.1msを代入すると、ロータの回転数が1000rpmのときの電気角θは、1.8度となる。このように、通電タイミングTを固定すると、この通電タイミングTからロータの回転数に応じて電気角θを計算しなければなかった。このため、従来においては、通電タイミングTからロータ位置(電気角θ)を推定する計算が複雑になり、ロータ位置を推定する計算における処理負荷が増加してしまうという問題があった。
また、仮に分解能1度でsin、cosのマップデータを保持する場合、最低でも0〜359度の360個のデータが必要となるうえ、0.4度、0.2度の計算誤差が生じる。また、例えば分解能0.1度にしようとすると、10倍の3600個のデータが必要となってしまう。
Here, energization timing will be described. Conventionally, for example, in the case of a 6-pole 9-slot three-phase brushless motor, when the 180-degree sine wave drive is performed, the energization timing T is fixed, and thus the electrical angle θ has to be calculated therefrom. The energization timing T is obtained by the equation T = electrical angle 60 degree rotation time ÷ 60 × electrical angle θ. Here, the electrical angle 60 degree rotation time is, for example, the time between the time when the U-phase Hall sensor signal changes from L to H and the time when the W-phase Hall sensor changes from H to L. For example, when the electrical angle 60 ° rotation time is 1.11 ms, the rotor rotation speed is found to be 3000 rpm. Therefore, if the electrical angle of 60 ° rotation time = 1.11 ms and T = 0.1 ms are substituted into the above formula, the electrical angle θ when the rotor rotational speed is 3000 rpm is 5.4 °. In addition, when the electrical angle 60 ° rotation time is 3.33 ms, the rotation speed of the rotor is found to be 1000 rpm. Therefore, if the electrical angle of 60 ° rotation time = 3.33 ms and T = 0.1 ms are substituted into the above equation, the electrical angle θ when the rotor rotation speed is 1000 rpm is 1.8 °. Thus, if the energization timing T is fixed, the electrical angle θ must be calculated from the energization timing T according to the rotational speed of the rotor. For this reason, conventionally, there has been a problem that the calculation for estimating the rotor position (electrical angle θ) from the energization timing T becomes complicated and the processing load in the calculation for estimating the rotor position increases.
Also, if sin and cos map data is held at a resolution of 1 degree, 360 data of 0 to 359 degrees is required at the minimum, and calculation errors of 0.4 degrees and 0.2 degrees occur. For example, if the resolution is set to 0.1 degree, 3600 pieces of data that is ten times larger are required.

そこで、本実施形態では、通電タイミングTを、従来のような固定のタイミングではなく、電気角60度回転時間を所定の数で除算して求まる複数の所定の電気角を算出し、複数の所定の電気角から一つの所定の電気角を選択し、選択された所定の電気角として変化させることを特徴とする。すなわち、電気角θを所定の電気角(第1の所定の電気角及び第2の所定の電気角)に固定すれば、通電タイミングTをロータの回転数に応じて決めることができる。
例えば、電気角60度回転時間が3.33msの場合、ホールセンサ信号からロータの回転数が1000rpmと求まる。このとき、通電タイミングを0.555msとするには、電気角60度回転時間を第1の所定の数として6で割って第1の所定の電気角(θ=10度)とすればよい。また、電気角60度回転時間が1.11msの場合、ホールセンサ信号からロータの回転数が3000rpmと求まる。このとき、通電タイミングを0.222msとするには、電気角60度回転時間を第2の所定の数5で割って第2の所定の電気角(θ=12度)とすればよい。
このように、本実施形態では、通電タイミングTを、電気角60度回転時間を所定の数で除算して求まる複数の所定の電気角を算出し、複数の所定の電気角から一つの所定の電気角を選択し、選択された所定の電気角として変化させることを特徴とする。
Therefore, in the present embodiment, the energization timing T is not a fixed timing as in the prior art, but a plurality of predetermined electrical angles obtained by dividing the electrical angle 60 ° rotation time by a predetermined number are calculated, and a plurality of predetermined electrical angles are calculated. One predetermined electrical angle is selected from the electrical angles, and the selected predetermined electrical angle is changed. That is, if the electrical angle θ is fixed to a predetermined electrical angle (the first predetermined electrical angle and the second predetermined electrical angle), the energization timing T can be determined according to the rotational speed of the rotor.
For example, when the electrical angle 60 degree rotation time is 3.33 ms, the number of rotations of the rotor is obtained as 1000 rpm from the Hall sensor signal. At this time, in order to set the energization timing to 0.555 ms, the first predetermined electrical angle (θ = 10 degrees) may be obtained by dividing the 60-degree electrical angle rotation time by the first predetermined number. Further, when the electrical angle 60 ° rotation time is 1.11 ms, the rotation speed of the rotor is determined to be 3000 rpm from the Hall sensor signal. At this time, in order to set the energization timing to 0.222 ms, the electrical angle 60 degree rotation time may be divided by the second predetermined number 5 to obtain the second predetermined electrical angle (θ = 12 degrees).
As described above, in the present embodiment, the energization timing T is calculated as a plurality of predetermined electrical angles obtained by dividing the electrical angle 60 degree rotation time by a predetermined number, and one predetermined predetermined angle is calculated from the plurality of predetermined electrical angles. An electrical angle is selected, and the selected predetermined electrical angle is changed.

ここで、所定の電気角が複数あるのは、ロータの高回転時の所定の電気角(第2の所定の電気角)を低回転時の所定の電気角(第1の所定の電気角)に比べて大きくし、高回転時の処理負荷の増加を抑制するためである。
このため、制御部13は、U相ホールセンサ信号、V相ホールセンサ信号、W相ホールセンサ信号に基づいて、ブラシレスモータ11のロータ回転数を求め、ロータ回転数の変化に応じて、複数の所定の電気角を算出し、複数の所定の電気角から一つの所定の電気角を選択し、選択された所定の電気角でブラシレスモータ11の各相への通電タイミングを切り替えるPWM信号をゲートドライバ14に出力させる。制御部13は、複数の所定の電気角のうちのいずれの所定の電気角を選択するかは、算出したロータ回転数が、予め設定されたロータ回転数(例えば3000rpm)未満であるか否かを判定することによって決定する。すなわち、制御部13は、ロータ回転数が予め設定されたロータ回転数未満である場合、所定の電気角のうち第1の所定の電気角を、電気角60度回転時間を第1の所定の数で除算することにより算出し、電気角60度回転時間から第1の所定の電気角が経過する毎にPWM信号を変化させる。一方、制御部13は、ロータ回転数が予め設定されたロータ回転数以上である場合、所定の電気角のうち第2の所定の電気角を、電気角60度回転時間を第2の所定の数で除算することにより算出し、電気角60度回転時間から第2の所定の電気角が経過する毎にPWM信号を変化させる。
そのため、複数の所定の電気角が、第1の所定の電気角と第2の所定の電気角との2つあるものとしている。また、ホールセンサのエッジ間隔時間である電気角60度回転時間を除算する所定の数が、第1の所定の数と第2の所定の数との2つあり、第2の所定の数は、第1の所定の数より小さい値であるものとしている。なお、本実施形態においては、複数の所定の電気角として、2つの所定の電気角を例に挙げて説明するが、所定の電気角は3つ以上あっても良い。
Here, there are a plurality of predetermined electrical angles because the predetermined electrical angle (second predetermined electrical angle) at the time of high rotation of the rotor is changed to the predetermined electrical angle (first predetermined electrical angle) at the time of low rotation. The reason is to suppress the increase in the processing load at the time of high rotation.
For this reason, the control part 13 calculates | requires the rotor rotational speed of the brushless motor 11 based on a U-phase Hall sensor signal, a V-phase Hall sensor signal, and a W-phase Hall sensor signal, and according to the change of a rotor rotational speed, several A gate signal is generated by calculating a predetermined electrical angle, selecting one predetermined electrical angle from a plurality of predetermined electrical angles, and switching the energization timing to each phase of the brushless motor 11 at the selected predetermined electrical angle. 14 to output. Whether the controller 13 selects a predetermined electrical angle from among a plurality of predetermined electrical angles is whether the calculated rotor rotational speed is less than a preset rotor rotational speed (eg, 3000 rpm). It is determined by judging. That is, when the rotor rotational speed is less than the preset rotor rotational speed, the control unit 13 sets the first predetermined electrical angle among the predetermined electrical angles, the electrical angle 60 degrees rotation time, and the first predetermined electrical angle. The PWM signal is changed every time the first predetermined electrical angle elapses from the electrical angle 60-degree rotation time. On the other hand, when the rotor rotational speed is equal to or higher than the rotor rotational speed set in advance, the control unit 13 sets the second predetermined electrical angle among the predetermined electrical angles, sets the electrical angle 60 degrees rotation time to the second predetermined speed. The PWM signal is changed every time the second predetermined electrical angle elapses from the electrical angle 60 degree rotation time.
Therefore, there are two predetermined electrical angles, ie, a first predetermined electrical angle and a second predetermined electrical angle. Further, there are two predetermined numbers for dividing the rotation time of the electrical angle of 60 degrees that is the edge interval time of the Hall sensor, the first predetermined number and the second predetermined number, and the second predetermined number is The value is smaller than the first predetermined number. In the present embodiment, two predetermined electrical angles are described as an example of a plurality of predetermined electrical angles, but there may be three or more predetermined electrical angles.

以下、まず制御部13が所定の電気角(第1の所定の電気角及び第2の所定の電気角)をどのように決定し、電気角60度回転時間から所定の電気角が経過する毎にPWM信号を変化させるかについて、図2を用いて説明する。図2は、モータ駆動装置1の動作におけるフローチャートである。
制御部13は、ホールセンサ信号(U相ホールセンサ信号、V相ホールセンサ信号、W相ホールセンサ信号)のレベルを判定する(ステップST1)。
制御部13は、ホールセンサ信号のレベルから、磁極位置=0、磁極位置=60、磁極位置=120、磁極位置=180、磁極位置=240、磁極位置=300を確定する。
磁極位置=0とは、電気角θが0度〜60度の範囲である。
制御部13は、U相ホールセンサ信号、V相ホールセンサ信号、W相ホールセンサ信号がそれぞれH、L、Hのとき、磁極位置=0と判定する。
磁極位置=60とは、電気角θが60度〜120度の範囲である。
制御部13は、U相ホールセンサ信号、V相ホールセンサ信号、W相ホールセンサ信号がそれぞれH、L、Lのとき磁極位置=60と判定する。
磁極位置=120とは、電気角θが120度〜180度の範囲である。
制御部13は、U相ホールセンサ信号、V相ホールセンサ信号、W相ホールセンサ信号がそれぞれH、H、Lのとき磁極位置=120と判定する。
磁極位置=180とは、電気角θが180度〜240度の範囲である。
制御部13は、U相ホールセンサ信号、V相ホールセンサ信号、W相ホールセンサ信号がそれぞれL、H、Lのとき磁極位置=180と判定する。
磁極位置=240とは、電気角θが240度〜300度の範囲である。
制御部13は、U相ホールセンサ信号、V相ホールセンサ信号、W相ホールセンサ信号がそれぞれL、H、Hのとき磁極位置=240と判定する。
磁極位置=300とは、電気角θが300度〜360度の範囲である。
制御部13は、U相ホールセンサ信号、V相ホールセンサ信号、W相ホールセンサ信号がそれぞれL、L、Hのとき磁極位置=300と判定する。
Hereinafter, first, the controller 13 determines how the predetermined electrical angles (the first predetermined electrical angle and the second predetermined electrical angle) are determined, and every time the predetermined electrical angle elapses from the electrical angle 60 degree rotation time. Whether the PWM signal is changed will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart in the operation of the motor drive device 1.
The controller 13 determines the level of the hall sensor signal (U-phase hall sensor signal, V-phase hall sensor signal, W-phase hall sensor signal) (step ST1).
The control unit 13 determines magnetic pole position = 0, magnetic pole position = 60, magnetic pole position = 120, magnetic pole position = 180, magnetic pole position = 240, and magnetic pole position = 300 from the level of the Hall sensor signal.
The magnetic pole position = 0 means that the electrical angle θ is in the range of 0 to 60 degrees.
The control unit 13 determines that the magnetic pole position = 0 when the U-phase Hall sensor signal, the V-phase Hall sensor signal, and the W-phase Hall sensor signal are H, L, and H, respectively.
The magnetic pole position = 60 means that the electrical angle θ is in the range of 60 degrees to 120 degrees.
The control unit 13 determines that the magnetic pole position is 60 when the U-phase Hall sensor signal, the V-phase Hall sensor signal, and the W-phase Hall sensor signal are H, L, and L, respectively.
The magnetic pole position = 120 means that the electrical angle θ is in the range of 120 degrees to 180 degrees.
The control unit 13 determines that the magnetic pole position is 120 when the U-phase Hall sensor signal, the V-phase Hall sensor signal, and the W-phase Hall sensor signal are H, H, and L, respectively.
The magnetic pole position = 180 is an electric angle θ in a range of 180 degrees to 240 degrees.
The control unit 13 determines that the magnetic pole position is 180 when the U-phase Hall sensor signal, the V-phase Hall sensor signal, and the W-phase Hall sensor signal are L, H, and L, respectively.
The magnetic pole position = 240 means that the electrical angle θ is in the range of 240 degrees to 300 degrees.
The control unit 13 determines that the magnetic pole position is 240 when the U-phase Hall sensor signal, the V-phase Hall sensor signal, and the W-phase Hall sensor signal are L, H, and H, respectively.
The magnetic pole position = 300 is an electric angle θ in the range of 300 degrees to 360 degrees.
The controller 13 determines that the magnetic pole position is 300 when the U-phase Hall sensor signal, the V-phase Hall sensor signal, and the W-phase Hall sensor signal are L, L, and H, respectively.

制御部13は、センサエッジ間隔時間を取得する(ステップST2)。
制御部13は、磁極位置=0の場合、センサエッジ間隔時間(電気角60度回転時間)を、ホールセンサ信号(U相ホールセンサ信号、V相ホールセンサ信号、W相ホールセンサ信号)から取得する。
制御部13は、U相ホールセンサ信号がLからHに変わった時刻とW相ホールセンサがHからLに変わった時刻との間の時間から、磁極位置=0におけるセンサエッジ間隔時間を取得する。
制御部13は、W相ホールセンサ信号がHからLに変わった時刻とV相ホールセンサがLからHに変わった時刻との間の時間から、磁極位置=60におけるセンサエッジ間隔時間を取得する。
制御部13は、V相ホールセンサ信号がLからHに変わった時刻とU相ホールセンサがHからLに変わった時刻との間の時間から、磁極位置=120におけるセンサエッジ間隔時間を取得する。
制御部13は、U相ホールセンサ信号がHからLに変わった時刻とW相ホールセンサがLからHに変わった時刻との間の時間から、磁極位置=180におけるセンサエッジ間隔時間を取得する。
制御部13は、W相ホールセンサ信号がLからHに変わった時刻とV相ホールセンサがHからLに変わった時刻との間の時間から、磁極位置=240におけるセンサエッジ間隔時間を取得する。
制御部13は、V相ホールセンサ信号がHからLに変わった時刻とU相ホールセンサがLからHに変わった時刻との間の時間から、磁極位置=300におけるセンサエッジ間隔時間を取得する。
The controller 13 acquires the sensor edge interval time (step ST2).
When magnetic pole position = 0, the control unit 13 acquires the sensor edge interval time (electrical angle 60 ° rotation time) from the hall sensor signals (U-phase hall sensor signal, V-phase hall sensor signal, and W-phase hall sensor signal). To do.
The control unit 13 acquires the sensor edge interval time at the magnetic pole position = 0 from the time between the time when the U-phase hall sensor signal changes from L to H and the time when the W-phase hall sensor changes from H to L. .
The control unit 13 acquires the sensor edge interval time at the magnetic pole position = 60 from the time between the time when the W-phase hall sensor signal changes from H to L and the time when the V-phase hall sensor changes from L to H. .
The control unit 13 acquires the sensor edge interval time at the magnetic pole position = 120 from the time between the time when the V-phase hall sensor signal changes from L to H and the time when the U-phase hall sensor changes from H to L. .
The control unit 13 acquires the sensor edge interval time at the magnetic pole position = 180 from the time between the time when the U-phase hall sensor signal changes from H to L and the time when the W-phase hall sensor changes from L to H. .
The control unit 13 acquires the sensor edge interval time at the magnetic pole position = 240 from the time between the time when the W-phase hall sensor signal changes from L to H and the time when the V-phase hall sensor changes from H to L. .
The control unit 13 acquires the sensor edge interval time at magnetic pole position = 300 from the time between the time when the V-phase hall sensor signal changes from H to L and the time when the U-phase hall sensor changes from L to H. .

制御部13は、センサエッジ間隔時間を元に電気角X度回転時間を算出する(ステップST3)。ここで、制御部13は、電気角X度回転時間(所定の電気角)を算出する際、センサエッジ間隔時間(電気角60度回転時間)を、例えば、60の約数(所定の数)で除算することにより電気角X度回転時間を算出する。
制御部13は、ホールセンサ信号間隔(電気角X度回転時間)を直前の電気角60度回転時間から推定して補正する。なお、ホールセンサ12の取付ばらつきを補正するには、電気角X度回転時間の移動平均結果から推定して補正するのが好ましい。
The controller 13 calculates the electrical angle X degree rotation time based on the sensor edge interval time (step ST3). Here, when the controller 13 calculates the electrical angle X degrees rotation time (predetermined electrical angle), the sensor edge interval time (electrical angle 60 degrees rotation time) is, for example, a divisor of 60 (predetermined number). The electrical angle X degree rotation time is calculated by dividing by.
The controller 13 estimates and corrects the Hall sensor signal interval (electrical angle X degree rotation time) from the previous electric angle 60 degree rotation time. In addition, in order to correct the mounting variation of the Hall sensor 12, it is preferable to correct by estimating from the moving average result of the electrical angle X degree rotation time.

制御部13は、通電切り替えタイマの動作を開始させ、電気角X度回転時間経過毎に割り込み処理を行う(ステップST4)。この際、制御部13は、最新のセンサエッジ間隔時間で算出した時間でタイマを更新する。
制御部13は、ステップST1で確定した磁極位置i×60(i=0、1、2、3、4、5のいずれか)の次の磁極位置(i+1)×60における一番目の電気角X度回転時間において、通電切り替えタイマの動作を開始させる。
制御部13は、dq三相変換(PWM Duty算出)を行う(ステップST5)。
この算出には、ホールセンサ12の磁極位置で算出するため、電気角θ=(i+1)×60度が用いられる。
制御部13は、PWM Dutyを出力する(ステップST6)。制御部13は、算出されたPWM Duty(PWM指令信号)をゲートドライバ14に出力し、ゲートドライバ14にPWM信号を出力させる。
制御部13は、磁極位置(i+1)におけるj(j=2〜60/X)番目の電気角X度回転時間において、通電切り替えタイマの動作を開始させる(ステップST4)。
制御部13は、磁極位置をX度加える処理を行う(ステップST7)。
これは、電気角X度回転時間毎に割り込みを発生させるため、電気角X度回転したと推定するためである。
制御部13は、dq三相変換(PWM Duty算出)を行う(ステップST8)。
この算出にはホールセンサ12の磁極位置で算出するため、電気角θ=(i+1)×60+(j−1)×X度が用いられる。
制御部13は、PWM Dutyを出力する(ステップST9)。制御部13は、算出されたPWM Dutyをゲートドライバ14に出力し、ゲートドライバ14にPWM信号を出力させる。
このようにして、磁極位置(i+1)における磁極位置検出が終了した後、制御部13は、ステップ2に戻り磁極位置(i+2)における磁極位置検出へ移行する。すなわち、制御部13は、ホールセンサ12の切り替わりで磁極位置認識を更新する。この際、ロータが加速または減速した場合であっても絶対位置(電気角θ)が更新される。
The control unit 13 starts the operation of the energization switching timer, and performs an interrupt process every time the electrical angle X degrees rotation time has elapsed (step ST4). At this time, the control unit 13 updates the timer with the time calculated by the latest sensor edge interval time.
The control unit 13 determines the first electrical angle X at the next magnetic pole position (i + 1) × 60 after the magnetic pole position i × 60 (i = 0, 1, 2, 3, 4, 5) determined in step ST1. The operation of the energization switching timer is started in the degree rotation time.
The control unit 13 performs dq three-phase conversion (PWM duty calculation) (step ST5).
For this calculation, an electrical angle θ = (i + 1) × 60 degrees is used for calculation based on the magnetic pole position of the Hall sensor 12.
The controller 13 outputs the PWM duty (step ST6). The control unit 13 outputs the calculated PWM duty (PWM command signal) to the gate driver 14 and causes the gate driver 14 to output a PWM signal.
The controller 13 starts the operation of the energization switching timer during the j (j = 2 to 60 / X) th electrical angle X degree rotation time at the magnetic pole position (i + 1) (step ST4).
The controller 13 performs a process of adding the magnetic pole position by X degrees (step ST7).
This is because it is estimated that the electrical angle has been rotated by X degrees in order to generate an interrupt every electrical angle X degrees rotation time.
The controller 13 performs dq three-phase conversion (PWM duty calculation) (step ST8).
Since this calculation is based on the magnetic pole position of the Hall sensor 12, an electrical angle θ = (i + 1) × 60 + (j−1) × X degrees is used.
The control unit 13 outputs the PWM duty (step ST9). The control unit 13 outputs the calculated PWM duty to the gate driver 14 and causes the gate driver 14 to output a PWM signal.
In this way, after the magnetic pole position detection at the magnetic pole position (i + 1) is completed, the control unit 13 returns to step 2 and shifts to the magnetic pole position detection at the magnetic pole position (i + 2). That is, the control unit 13 updates the magnetic pole position recognition when the hall sensor 12 is switched. At this time, the absolute position (electrical angle θ) is updated even when the rotor is accelerated or decelerated.

ここで、制御部13が行う、dq三相変換(PWM Duty算出)について説明する。
インバータ15は、PWM信号に基づいて、ブラシレスモータ11のステータコイルへの電圧供給を、正弦波状に変化させて供給する。このため、制御部13は、インバータ15がステータコイルへ供給する電圧(U相電圧、V相電圧、W相電圧)が、下記各式で表されるように、PWM Duty(PWM指令信号)の算出を行う。
Vu=(√2/3)×(Vd×cosθ−Vq×sinθ)
Vv=(√2/3)×{Vd×cos(θ−2π/3)−Vq×sin(θ−2π/3)}
Vw=−Vu−Vv
なお、Vd、Vqは制御部13の外部から入力される指令電圧であり、Vdはd軸電圧を示し、Vqはq軸電圧を示している。
PWM Duty(デューティ)とは、直流電源16の電圧レベル、例えば12Vに対する上記各Vu、Vv、Vwのレベルの割合である。そこで、制御部13は、上記式に基づき、デューティ(電気角X度回転時間に対するPWM指令信号がHである時間の割合)を算出して、このデューティを持つ、デジタル信号であるPWM指令信号6本をゲートドライバ14に対して出力する。
ゲートドライバ14は、インバータ15を構成する上側のFETを駆動する場合は、デジタル信号であるPWM指令信号3本のレベルを昇圧してPWM信号を生成し、FETのゲートを駆動する。また、ゲートドライバ14は、インバータ15を構成する下側のFETを駆動する場合は、デジタル信号であるPWM指令信号3本のレベルのままPWM信号を生成し、FETのゲートを駆動する。
これにより、制御部13は、電気角X度回転時間でブラシレスモータ11の各相への通電タイミングを切り替えるPWM信号をゲートドライバ14に出力させる。インバータ15は、PWM信号に基づいて、ブラシレスモータ11のステータコイルへの電圧供給を、正弦波状に変化させて供給する。
Here, the dq three-phase conversion (PWM duty calculation) performed by the control unit 13 will be described.
The inverter 15 supplies the voltage supplied to the stator coil of the brushless motor 11 in a sine wave shape based on the PWM signal. Therefore, the control unit 13 determines the PWM duty (PWM command signal) so that the voltages (U-phase voltage, V-phase voltage, W-phase voltage) that the inverter 15 supplies to the stator coil are expressed by the following equations. Perform the calculation.
Vu = (√2 / 3) × (Vd × cos θ−Vq × sin θ)
Vv = (√2 / 3) × {Vd × cos (θ-2π / 3) −Vq × sin (θ-2π / 3)}
Vw = −Vu−Vv
Vd and Vq are command voltages input from the outside of the control unit 13, Vd indicates a d-axis voltage, and Vq indicates a q-axis voltage.
The PWM duty (duty) is a ratio of the level of each Vu, Vv, Vw to the voltage level of the DC power supply 16, for example, 12V. Therefore, the control unit 13 calculates the duty (ratio of the time during which the PWM command signal is H with respect to the electrical angle X degree rotation time) based on the above formula, and the PWM command signal 6 which is a digital signal having this duty. The book is output to the gate driver 14.
When driving the upper FET constituting the inverter 15, the gate driver 14 boosts the level of three PWM command signals that are digital signals to generate a PWM signal, and drives the gate of the FET. Further, when driving the lower FET constituting the inverter 15, the gate driver 14 generates a PWM signal with the level of three PWM command signals that are digital signals, and drives the gate of the FET.
Thereby, the control part 13 makes the gate driver 14 output the PWM signal which switches the energization timing to each phase of the brushless motor 11 by electrical angle X degree rotation time. The inverter 15 supplies the voltage supplied to the stator coil of the brushless motor 11 in a sine wave shape based on the PWM signal.

本実施形態において、制御部13の外部から入力される指令電圧は、q軸電圧Vqであり、d軸電圧Vdは常に0としている。なお、進角制御を行う場合は、ホールセンサ信号を用いて実施すればよい。
すなわち、インバータ15がステータコイルへ供給する電圧(U相電圧、V相電圧、W相電圧)が、下記各式で表される。
Vu=(√2/3)×(−Vq×sinθ)
Vv=(√2/3)×{−Vq×sin(θ−2π/3)}
Vw=−Vu−Vv
これにより、制御部13がPWM信号の生成に用いる三角関数の値を記憶するテーブルは、(360度/電気角X度)=(60度/所定の数)×6個のsinθをマップデータとして予め記憶しておけばよい。このようにして、従来のような計算誤差が生じることがなくなり、使用するメモリ容量の増加を抑制することができる。
また、図2に示す処理を、電気角0度〜360度について行うことにより、すなわち通電タイミングを(360度/電気角X)回に分けた所定の電気角において行うことにより、ブラシレスモータ11のステータコイル電圧を正弦波状に変化させることが可能となる。すなわち、モータ駆動装置1によれば、レゾルバに比べて安価なホールセンサ12及び回路構成が簡易な制御部13を用いてロータ位置の推定を正確に行うことができ、ブラシレスモータ11のステータコイル電圧を正弦波状に変化させるという適切なモータ駆動を行うことができる。
In the present embodiment, the command voltage input from the outside of the control unit 13 is the q-axis voltage Vq, and the d-axis voltage Vd is always 0. In addition, what is necessary is just to implement using a Hall sensor signal when performing advance angle control.
That is, the voltages (U-phase voltage, V-phase voltage, and W-phase voltage) that the inverter 15 supplies to the stator coil are expressed by the following equations.
Vu = (√2 / 3) × (−Vq × sin θ)
Vv = (√2 / 3) × {−Vq × sin (θ−2π / 3)}
Vw = −Vu−Vv
Thus, the table for storing the trigonometric function values used by the control unit 13 for generating the PWM signal is (360 degrees / electrical angle X degrees) = (60 degrees / predetermined number) × 6 sin θ as map data. You may memorize it beforehand. In this way, a calculation error as in the prior art does not occur, and an increase in memory capacity to be used can be suppressed.
Further, by performing the processing shown in FIG. 2 for electrical angles of 0 degrees to 360 degrees, that is, by performing the energization timing at a predetermined electrical angle divided into (360 degrees / electrical angle X) times, the brushless motor 11 It becomes possible to change the stator coil voltage in a sine wave shape. That is, according to the motor drive device 1, the rotor position can be accurately estimated using the Hall sensor 12 that is less expensive than the resolver and the control unit 13 that has a simple circuit configuration, and the stator coil voltage of the brushless motor 11 can be estimated. The motor can be driven appropriately by changing the sine wave shape.

図3は、モータ駆動装置1の動作を示すタイミングチャートである。
図3において、電気角X度回転時間を電気角10度回転時間(第1の所定の角度)とした場合の、U相電圧、V相電圧、W相電圧各々のレベル変化、U相ホールセンサ信号、V相ホールセンサ信号、W相ホールセンサ信号のレベル変化を、電気角θを横軸にして示している。
電気角θ=0度〜360度において60度毎に縦方向に一点鎖線を引いてある。このそれぞれの一点鎖線の間が、センサエッジ間隔(電気角60度回転時間)を示している。
図3の場合、電気角60度回転時間3.33msを元に算出されるロータの回転数は1000rpmであり、このうち、電気角θ=0度〜60度で示される電気角60度回転時間を6(第1の所定の数)で割った値であるT1=0.555msが、電気角θ=60度〜120度で示される電気角10度回転時間となる。電気角θ=60度〜120度で示される電気角10度回転時間毎に、dq三相変換が6回行われる。これにより、電気角θ=60度〜120度におけるU相電圧、V相電圧、W相電圧各々のレベル変化が得られる。このdq三相変換が36回行われることで、ブラシレスモータ11のステータコイル電圧が正弦波状に変化させられる。
FIG. 3 is a timing chart showing the operation of the motor drive device 1.
In FIG. 3, when the electrical angle X degrees rotation time is set to the electrical angle 10 degrees rotation time (first predetermined angle), the U phase voltage, the V phase voltage, the W phase voltage level changes, and the U phase Hall sensor The level change of the signal, the V-phase Hall sensor signal, and the W-phase Hall sensor signal is shown with the electrical angle θ as the horizontal axis.
In the electrical angle θ = 0 ° to 360 °, a dashed line is drawn in the vertical direction every 60 °. Between each of these dashed-dotted lines, the sensor edge interval (electrical angle 60 degree rotation time) is shown.
In the case of FIG. 3, the rotational speed of the rotor calculated based on the electrical angle of 60 ° rotation time of 3.33 ms is 1000 rpm, and of these, the electrical angle of θ = 0 ° to 60 ° indicates the electrical angle of 60 ° rotation time. Is divided by 6 (the first predetermined number), T1 = 0.555 ms is the electrical angle 10 ° rotation time indicated by the electrical angle θ = 60 degrees to 120 degrees. The dq three-phase transformation is performed six times for every rotation time of electrical angle 10 degrees indicated by electrical angle θ = 60 degrees to 120 degrees. Thereby, the level change of each of the U-phase voltage, the V-phase voltage, and the W-phase voltage in the electrical angle θ = 60 degrees to 120 degrees is obtained. The dq three-phase conversion is performed 36 times, whereby the stator coil voltage of the brushless motor 11 is changed in a sine wave shape.

図4は、モータ駆動装置1の動作を示すタイミングチャートである。
図4において、電気角X度回転時間を電気角12度回転時間(第2の所定の角度)とした場合の、U相電圧、V相電圧、W相電圧各々のレベル変化、U相ホールセンサ信号、V相ホールセンサ信号、W相ホールセンサ信号のレベル変化を、電気角θを横軸にして示している。
電気角θ=0度〜360度において60度毎に縦方向に一点鎖線を引いてある。このそれぞれの一点鎖線の間が、センサエッジ間隔(電気角60度回転時間)を示している。
図4の場合、電気角60度回転時間1.11msを元に算出されるロータの回転数は3000rpmであり、このうち、電気角θ=0度〜60度で示される電気角60度回転時間を5(第2の所定の数)で割った値であるT2=0.222msが、電気角θ=60度〜120度で示される電気角12度回転時間となる。電気角θ=60度〜120度で示される電気角12度回転時間毎に、dq三相変換が5回行われる。これにより、電気角θ=60度〜120度におけるU相電圧、V相電圧、W相電圧各々のレベル変化が得られる。このdq三相変換が30回行われることで、ブラシレスモータ11のステータコイル電圧が正弦波状に変化させられる。
FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the motor drive device 1.
In FIG. 4, when the electrical angle X degrees rotation time is set to the electrical angle 12 degrees rotation time (second predetermined angle), the level change of each of the U phase voltage, V phase voltage, and W phase voltage, U phase Hall sensor The level change of the signal, the V-phase Hall sensor signal, and the W-phase Hall sensor signal is shown with the electrical angle θ as the horizontal axis.
In the electrical angle θ = 0 ° to 360 °, a dashed line is drawn in the vertical direction every 60 °. Between each of these dashed-dotted lines, the sensor edge interval (electrical angle 60 degree rotation time) is shown.
In the case of FIG. 4, the rotational speed of the rotor calculated based on the electrical angle of 60 ° rotation time of 1.11 ms is 3000 rpm, and of these, the electrical angle of θ = 0 ° to 60 ° indicates the electrical angle of 60 ° rotation time. T2 = 0.222 ms, which is a value obtained by dividing by 5 (second predetermined number), is an electrical angle 12 degree rotation time indicated by an electrical angle θ = 60 degrees to 120 degrees. The dq three-phase conversion is performed five times for every 12 electrical degrees rotation time indicated by electrical angle θ = 60 degrees to 120 degrees. Thereby, the level change of each of the U-phase voltage, the V-phase voltage, and the W-phase voltage in the electrical angle θ = 60 degrees to 120 degrees is obtained. By performing this dq three-phase conversion 30 times, the stator coil voltage of the brushless motor 11 is changed into a sine wave.

図3、図4に示すように電気角60度回転時間は、ロータ回転数が3000rpmの場合1.11ms、ロータ回転数が1000rpmの場合、3.33msである。
ここで、電気角10度で通電タイミングを切り替えた場合の電気角10度回転時間(第1の所定の角度)をT1、電気角12度で通電タイミングを切り替えた場合の電気角12度回転時間をT2(第2の所定の角度)とすると、ロータ回転数が3000rpmの場合、T1=0.185ms、T2=0.222ms(図4参照)、ロータ回転数が1000rpmの場合、T1=0.555ms(図3参照)、T2=0.666msとなる。
3000rpm時に電気角10度毎に通電タイミングを切り替えようとすると、T1=0.185msとなり、1000rpm時に比較して処理負荷が大きくなる。
そこで、3000rpm時は電気角12度毎に通電を切り替え、T2=0.222msとすることで処理負荷を軽減することができる。
また、1000rpm時に電気角12度で通電を切り替えようとすると、T2=0.666msとなり、分解能が下がってしまい、制御性が低下する場合がある。
そこで、1000rpm時は電気角10度毎に通電を切り替え、T1=0.555msとすることで低回転域での制御性を落とさないようにすることができる。
このように、制御部13は、ロータ回転数の変化に応じて、複数の所定の電気角を算出し、複数の所定の電気角から一つの所定の電気角を選択し、選択された所定の電気角でブラシレスモータの各相への通電タイミングを切り替えるPWM信号をゲートドライバに出力させる。複数の所定の電気角のうちいずれの所定の電気角を選択するかは、算出したロータ回転数が、予め設定されたロータ回転数(上記説明での3000rpm)未満であるか否かを判定することによって決定される。すなわち、制御部13は、ロータ回転数が予め設定されたロータ回転数未満である場合、所定の電気角のうち10度(第1の所定の電気角)を、電気角60度回転時間を6(第1の所定の数)で除算することにより算出する。一方、制御部13は、ロータ回転数が予め設定されたロータ回転数以上である場合、所定の電気角のうち12度(第2の所定の電気角)を、電気角60度回転時間を5(第2の所定の数)で除算することにより算出する。従って、第1の所定の電気角を低回転時に用い、第2の所定の電気角を高回転時に用いることにより、低回転域での制御性を落とさずに、高回転域での処理負荷を軽減させることができる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the electrical angle 60 ° rotation time is 1.11 ms when the rotor rotation speed is 3000 rpm, and 3.33 ms when the rotor rotation speed is 1000 rpm.
Here, the electrical angle 10 degrees rotation time (first predetermined angle) when the energization timing is switched at an electrical angle of 10 degrees is T1, and the electrical angle 12 degrees rotation time when the energization timing is switched at an electrical angle of 12 degrees. Is T2 (second predetermined angle), when the rotor rotational speed is 3000 rpm, T1 = 0.185 ms, T2 = 0.222 ms (see FIG. 4), and when the rotor rotational speed is 1000 rpm, T1 = 0. 555 ms (see FIG. 3), T2 = 0.666 ms.
If the energization timing is switched every 10 degrees at 3000 rpm, T1 = 0.185 ms, and the processing load becomes larger than at 1000 rpm.
Therefore, at 3000 rpm, the processing load can be reduced by switching the energization every 12 degrees of electrical angle and setting T2 = 0.222 ms.
Further, when switching the energization at an electrical angle of 12 degrees at 1000 rpm, T2 = 0.666 ms, the resolution is lowered, and the controllability may be lowered.
Therefore, at 1000 rpm, the energization is switched every 10 degrees of electrical angle and T1 = 0.555 ms, so that the controllability in the low rotation range can be prevented.
As described above, the control unit 13 calculates a plurality of predetermined electrical angles according to the change in the rotor rotational speed, selects one predetermined electrical angle from the plurality of predetermined electrical angles, and selects the selected predetermined angle. The gate driver is made to output the PWM signal which switches the energization timing to each phase of a brushless motor with an electrical angle. Which one of the plurality of predetermined electrical angles is selected is determined by determining whether or not the calculated rotor rotational speed is less than a preset rotor rotational speed (3000 rpm in the above description). Is determined by That is, when the rotor rotational speed is less than the preset rotor rotational speed, the controller 13 sets 10 degrees (first predetermined electrical angle) out of the predetermined electrical angles, and sets the electrical angle 60 degrees rotation time to 6 degrees. Calculated by dividing by (first predetermined number). On the other hand, when the rotor rotational speed is equal to or higher than the preset rotor rotational speed, the control unit 13 sets 12 degrees (second predetermined electrical angle) out of the predetermined electrical angles and sets the electrical angle 60 degrees rotation time to 5 degrees. Calculated by dividing by (second predetermined number). Therefore, by using the first predetermined electrical angle at the time of low rotation and using the second predetermined electrical angle at the time of high rotation, the processing load in the high rotation range is reduced without degrading the controllability in the low rotation range. It can be reduced.

以上のように本発明の実施形態によれば、制御部13は、磁束変化の信号に基づいて、ロータ回転数を求め、ロータ回転数の変化に応じて、電気角10度回転時間及び電気角12度回転時間(複数の所定の電気角)を算出し、複数の所定の電気角から一つの所定の電気角を選択し、電気角12度回転時間(選択された所定の電気角)でブラシレスモータ11の各相への通電タイミングを切り替えるPWM信号をゲートドライバ14に出力させる。インバータ15は、PWM信号に基づいて、ブラシレスモータ11のステータコイルへの電圧供給を、正弦波状に変化させて供給する。これにより、ロータ位置を推定する計算における処理負荷の増加、高回転時の処理負荷の増加を抑制できるモータ駆動装置1及びモータ駆動装置1の制御方法を提供することができる。   As described above, according to the embodiment of the present invention, the control unit 13 obtains the rotor rotational speed based on the magnetic flux change signal, and according to the change in the rotor rotational speed, the electrical angle 10 degrees rotation time and the electrical angle. 12 degrees rotation time (a plurality of predetermined electrical angles) is calculated, one predetermined electrical angle is selected from the plurality of predetermined electrical angles, and the electrical angle is 12 degrees rotation time (the selected predetermined electrical angle). The gate driver 14 is made to output the PWM signal which switches the energization timing to each phase of the motor 11. The inverter 15 supplies the voltage supplied to the stator coil of the brushless motor 11 in a sine wave shape based on the PWM signal. As a result, it is possible to provide a motor driving device 1 and a method for controlling the motor driving device 1 that can suppress an increase in the processing load in the calculation for estimating the rotor position and an increase in the processing load at the time of high rotation.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明のモータ駆動装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, the motor drive device of this invention is not limited only to the above-mentioned example of illustration, A various change can be added in the range which does not deviate from the summary of this invention. Of course.

1 モータ駆動装置
11 ブラシレスモータ
12 ホールセンサ
13 制御部
14 ゲートドライバ
15 インバータ
16 直流電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor drive device 11 Brushless motor 12 Hall sensor 13 Control part 14 Gate driver 15 Inverter 16 DC power supply

Claims (4)

ブラシレスモータと、ホールセンサと、制御部と、ゲートドライバと、インバータとを備えるモータ駆動装置であって、
前記ブラシレスモータは、3相のモータ構造を有し、
前記ホールセンサは、前記ブラシレスモータの動作時における磁束変化の信号を検出し、
前記制御部は、前記磁束変化の信号に基づいて前記ブラシレスモータのロータ回転数を求め、前記ロータ回転数の変化に応じて、複数の所定の電気角を算出し、前記複数の所定の電気角から一つの所定の電気角を選択し、選択された所定の電気角で前記ブラシレスモータの各相への通電タイミングを切り替えるPWM信号を前記ゲートドライバに出力させ、
前記インバータは、前記PWM信号に基づいて、前記ブラシレスモータのステータコイルへの電圧供給を、正弦波状に変化させて供給する、
ことを特徴とするモータ駆動装置。
A motor drive device comprising a brushless motor, a hall sensor, a control unit, a gate driver, and an inverter,
The brushless motor has a three-phase motor structure,
The Hall sensor detects a magnetic flux change signal during operation of the brushless motor,
The control unit obtains the rotor rotational speed of the brushless motor based on the magnetic flux change signal, calculates a plurality of predetermined electrical angles according to the change in the rotor rotational speed, and the plurality of predetermined electrical angles. Selecting one predetermined electrical angle from, causing the gate driver to output a PWM signal for switching the energization timing to each phase of the brushless motor at the selected predetermined electrical angle,
Based on the PWM signal, the inverter supplies a voltage supply to the stator coil of the brushless motor in a sine wave form.
The motor drive device characterized by the above-mentioned.
前記複数の所定の電気角が、第1の所定の電気角と第2の所定の電気角との2つあり、
前記ホールセンサのエッジ間隔時間である電気角60度回転時間を除算する所定の数が、第1の所定の数と第2の所定の数との2つあり、
前記第2の所定の数は、前記第1の所定の数より小さい値であって、
前記制御部は、
前記ロータ回転数が予め設定されたロータ回転数未満である場合、前記第1の所定の電気角を、前記電気角60度回転時間を前記第1の所定の数で除算することにより算出し、前記電気角60度回転時間から前記第1の所定の電気角が経過する毎に前記PWM信号を変化させ、
前記ロータ回転数が予め設定されたロータ回転数以上である場合、前記第2の所定の電気角を、前記電気角60度回転時間を前記第2の所定の数で除算することにより算出し、前記電気角60度回転時間から前記第2の所定の電気角が経過する毎に前記PWM信号を変化させる、
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。
There are two of the plurality of predetermined electrical angles, a first predetermined electrical angle and a second predetermined electrical angle,
There are two predetermined numbers for dividing the electrical angle 60 degree rotation time which is the edge interval time of the Hall sensor, a first predetermined number and a second predetermined number,
The second predetermined number is smaller than the first predetermined number;
The controller is
When the rotor rotational speed is less than a preset rotor rotational speed, the first predetermined electrical angle is calculated by dividing the electrical angle 60 degree rotation time by the first predetermined number; The PWM signal is changed every time the first predetermined electrical angle elapses from the electrical angle rotation time of 60 degrees,
When the rotor rotational speed is equal to or higher than a preset rotor rotational speed, the second predetermined electrical angle is calculated by dividing the electrical angle 60 degree rotation time by the second predetermined number; The PWM signal is changed every time the second predetermined electrical angle elapses from the electrical angle rotation time of 60 degrees.
The motor driving apparatus according to claim 1.
前記制御部は、前記PWM信号の生成に用いる三角関数の値を記憶するテーブルを有する、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のモータ駆動装置。
The control unit includes a table that stores trigonometric function values used for generating the PWM signal.
The motor drive device according to claim 1 or 2, wherein the motor drive device is provided.
3相のモータ構造を有するブラシレスモータと、ホールセンサと、制御部と、ゲートドライバと、インバータとを備えるモータ駆動装置の制御方法であって、
前記ホールセンサが、前記ブラシレスモータの動作時における磁束変化の信号を検出する検出工程と、
前記制御部が、前記磁束変化の信号に基づいて前記ブラシレスモータのロータ回転数を求め、前記ロータ回転数の変化に応じて、複数の所定の電気角を算出し、前記複数の所定の電気角から一つの所定の電気角を選択し、選択された所定の電気角で前記ブラシレスモータの各相への通電タイミングを切り替えるPWM信号を前記ゲートドライバに出力させる出力工程と、
前記インバータが、前記PWM信号に基づいて、前記ブラシレスモータのステータコイルへの電圧供給を、正弦波状に変化させて供給する供給工程と、
を備えることを特徴とするモータ駆動装置の制御方法。
A control method of a motor drive device comprising a brushless motor having a three-phase motor structure, a hall sensor, a control unit, a gate driver, and an inverter,
The hall sensor detects a magnetic flux change signal during operation of the brushless motor; and
The control unit obtains the rotor rotational speed of the brushless motor based on the magnetic flux change signal, calculates a plurality of predetermined electrical angles according to the change in the rotor rotational speed, and the plurality of predetermined electrical angles. An output step of outputting a PWM signal for switching the energization timing to each phase of the brushless motor at the selected predetermined electrical angle from the gate driver;
A supply step in which the inverter supplies the voltage supply to the stator coil of the brushless motor in a sine wave form based on the PWM signal; and
A method for controlling a motor drive device comprising:
JP2015080770A 2015-04-10 2015-04-10 Motor driving device and control method of motor driving device Active JP6498501B2 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015080770A JP6498501B2 (en) 2015-04-10 2015-04-10 Motor driving device and control method of motor driving device
CN201680012728.3A CN107431452B (en) 2015-04-10 2016-04-06 Motor drive device and control method for motor drive device
PCT/JP2016/061263 WO2016163398A1 (en) 2015-04-10 2016-04-06 Motor drive apparatus and method of controlling motor drive apparatus
US15/551,610 US20180248501A1 (en) 2015-04-10 2016-04-06 Motor drive apparatus and motor drive apparatus control method
EP16776564.3A EP3282574A4 (en) 2015-04-10 2016-04-06 Motor drive apparatus and method of controlling motor drive apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015080770A JP6498501B2 (en) 2015-04-10 2015-04-10 Motor driving device and control method of motor driving device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016201912A true JP2016201912A (en) 2016-12-01
JP6498501B2 JP6498501B2 (en) 2019-04-10

Family

ID=57424714

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015080770A Active JP6498501B2 (en) 2015-04-10 2015-04-10 Motor driving device and control method of motor driving device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6498501B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113258741A (en) * 2021-04-22 2021-08-13 东南大学 Magnetic flux switching motor rotor angle detection method and system based on linear Hall

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005168797A (en) * 2003-12-11 2005-06-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd Motor driving device of dishwasher
JP2005328644A (en) * 2004-05-14 2005-11-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Motor driver, motor controller and motor drive method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005168797A (en) * 2003-12-11 2005-06-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd Motor driving device of dishwasher
JP2005328644A (en) * 2004-05-14 2005-11-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Motor driver, motor controller and motor drive method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113258741A (en) * 2021-04-22 2021-08-13 东南大学 Magnetic flux switching motor rotor angle detection method and system based on linear Hall

Also Published As

Publication number Publication date
JP6498501B2 (en) 2019-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6167982B2 (en) Motor drive device and electric compressor
JP4959460B2 (en) Motor starting device and motor starting method
JP5960008B2 (en) Brushless motor drive device
WO2016163398A1 (en) Motor drive apparatus and method of controlling motor drive apparatus
JP6296566B2 (en) Motor drive control device
CN109863683B (en) Motor drive device and control method for motor drive device
WO2017115721A1 (en) Motor control device and method for controlling motor control device
JP4367279B2 (en) Control device for synchronous motor
US20150188461A1 (en) Motor driving control apparatus and method, and motor driving system using the same
US20150102758A1 (en) Motor drive controller, motor drive control method and motor system using the same
JP5519072B1 (en) Three-phase motor driving device and three-phase motor driving method
CN109496392B (en) Motor rotor control device and method
CN114389496A (en) Motor drive control device and motor drive control method
JP6498501B2 (en) Motor driving device and control method of motor driving device
JP6516537B2 (en) Motor drive device and control method of motor drive device
JP6552373B2 (en) Motor controller
JP2010088238A (en) Synchronous motor controller and its controlling method
JP6474331B2 (en) Motor control method and motor control apparatus
JP2011030385A (en) Motor drive and method of determining relative position of rotor equipped in motor
US20140055066A1 (en) Brushless motor control device and brushless motor control method
JP4486195B2 (en) Position sensorless motor controller
JP2009100544A (en) Motor controller
JP2020198750A (en) Control method and controller for brushless dc motor
JP7306295B2 (en) CONTROL METHOD AND CONTROL DEVICE FOR PERMANENT MAGNET MOTOR
JP2017229113A (en) Brushless motor control device and control method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171027

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180724

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180925

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20181026

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190305

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190313

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6498501

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150