JP2017135950A - 電動作業機 - Google Patents

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Abstract

【課題】ブラシレスモータを備える電動作業機において、ブラシレスモータの回転子の回転位置を検出する回転位置センサによる検出結果を、精度良く補正できるようにする。
【解決手段】ブラシレスモータ(以下、モータ)を動力源として備える電動作業機は、モータの回転子の回転に伴う磁界の変化から回転子の回転位置(以下、ロータ位置)を検出するホールセンサと、モータの巻線に発生する誘起電圧からロータ位置を検出するロータ位置検出回路と、モータを制御するマイコンとを備える。マイコンは、モータが惰性回転している場合に、ホールセンサによる検出結果(HaU,HaV,HaW)とロータ位置検出回路による検出結果(ZrU,ZrV,ZrW)との差(TeU,TeV,TeW)を検出し、その差から、ホールセンサによる検出結果を補正するための補正値を算出する。そして、その補正値をメモリに記憶して、ホールセンサによる検出結果の補正に用いる。
【選択図】図7

Description

本発明は、ブラシレスモータを動力源として備えた電動作業機に関する。
特許文献1には、この種の電動作業機の一例として、充電式のドリルやドライバ等の充電工具が記載されている。そして、特許文献1には、ブラシレスモータに組み付けられたホール素子によって、ブラシレスモータの回転子の回転位置を検出し、その検出結果に基づいてブラシレスモータを制御することが記載されている。
特開平3−190684号公報
ブラシレスモータの制御においては、回転子の回転位置(以下単に、回転位置ともいう)に合わせて、固定子の巻線への通電を切り替える。よって、ブラシレスモータの本来の性能を発揮させるためには、回転位置の検出誤差を小さくする必要がある。
一方、ホール素子からなる回転位置センサでは、それの組み付け誤差(即ち、組み付け位置の誤差)に起因して、回転位置の検出誤差が生じる。そして、その検出誤差は、組み付け誤差が大きいほど、また、ブラシレスモータの磁極数(詳しくは、回転子の磁極数)が多いほど、大きくなる。回転位置センサの組み付け誤差が機械角で「A°」であるとし、ブラシレスモータの磁極数が「B」であるとすると、回転位置センサによる回転位置の検出誤差は、電気角で「A°×B/2」となる。
このため、回転位置センサの組み付け誤差を小さく抑えることができたとしても、例えばブラシレスモータの高出力化のために磁極数を増加させると、回転位置の検出誤差が、ブラシレスモータの制御に影響するほどに大きくなってしまう可能性がある。
そこで、本発明は、ブラシレスモータを備える電動作業機において、ブラシレスモータの回転子の回転位置を検出する回転位置センサによる検出結果を、精度良く補正できるようにすること、を目的としている。
本発明の1つの局面における電動作業機は、ブラシレスモータを、動力源として備える。更に、この電動作業機は、回転位置センサと、検出部と、算出部と、記憶処理部と、を備える。
ブラシレスモータは、回転子と、巻線を有する固定子と、を備える。
回転位置センサは、回転子の回転に伴う磁界の変化から回転子の回転位置を検出する。
検出部は、巻線に発生する誘起電圧から回転子の回転位置を検出する。
算出部は、ブラシレスモータが惰性回転している場合に、回転位置センサによる検出結果と検出部による検出結果との差を検出し、その差から回転位置センサによる検出結果を補正するための補正値を算出する。記憶処理部は、算出部により算出された補正値をメモリに記憶する。
回転位置センサでは、それの組み付け誤差に起因して検出誤差が生じるが、誘起電圧から回転位置を検出する手法では、組み付け誤差に起因する検出誤差は生じない。また、誘起電圧は、巻線に流す電流(即ち、励磁電流)による磁場の影響を受けるため、ブラシレスモータの駆動中は回転位置を正確に示さないものの、ブラシレスモータの惰性回転中は回転位置を正確に示す。このため、ブラシレスモータの惰性回転中における検出部による検出結果は、正しい回転位置を示すと考えられる。そこで、算出部は、ブラシレスモータが惰性回転している場合に、回転位置センサによる検出結果と検出部による検出結果との差を検出し、その差から補正値を算出する。
このように構成された電動作業機によれば、回転位置センサによる検出結果を精度良く補正可能な補正値が、メモリに記憶される。このため、回転位置センサによる検出結果を、メモリに記憶された補正値を用いて、精度良く補正することができるようになる。
算出部は、ブラシレスモータが惰性回転している場合に、回転位置センサと検出部とが回転子の同じ回転位置を検出した各タイミングのずれ量を、前記差として検出するように構成されても良い。
このように構成された電動作業機によれば、回転位置センサによる検出結果と検出部による検出結果との差を、簡単に検出することができ、延いては、補正値を算出するための処理を簡単なものにすることができる。
電動作業機は、更に、モータ制御部を備えていても良い。そのモータ制御部は、回転位置センサによる検出結果に基づいてブラシレスモータを制御する。そして、モータ制御部は、回転位置センサによる検出結果を、メモリに記憶された補正値により補正してブラシレスモータの制御に使用するように構成されていても良い。
このように構成された電動作業機によれば、ブラシレスモータの制御精度を向上させることができる。
算出部は、ブラシレスモータの回転速度が所定の下限値以上の場合に、前記差を検出するように構成されていても良い。回転速度が小さすぎると、発生する誘起電圧の振幅が小さくなり、その誘起電圧から回転位置を精度良く検出することが難しくなるためである。
そして、このように構成された電動作業機によれば、算出部によって算出される補正値の精度を向上させることができる。
算出部は、ブラシレスモータの回転速度が前記下限値以上で、且つ、前記下限値よりも大きい所定の上限値以下の場合に、前記差を検出するように構成されていても良い。回転速度が大きすぎると、発生する誘起電圧の変化速度が大きくなり、その誘起電圧から回転位置を精度良く検出することが難しくなるためである。
そして、このように構成された電動作業機によれば、検出部による回転位置の検出精度が良好になる回転速度範囲において、前記差を検出することができる。よって、算出部によって算出される補正値の精度を一層向上させることができる。
電動作業機は、更に、更新判定部を備えていても良い。その更新判定部は、メモリ内の補正値と、算出部により算出された新たな補正値とを比較して、メモリ内の補正値を更新するか否かを判定する。そして、記憶処理部は、その更新判定部により肯定判定された場合に、メモリ内の補正値を、前記新たな補正値に更新するように構成されていても良い。
このように構成された電動作業機によれば、記憶処理部は、メモリ内の補正値を、新たな補正値が算出される毎に更新しなくても済むようになる。このため、メモリ内の補正値を書き換えるための処理負荷を抑制することができ、また、メモリの書き換え回数も抑制することができる。
電動作業機は、更に、異常検出部を備えていても良い。その異常検出部は、算出部により算出された補正値が所定の範囲内であるか否かにより、その補正値が正常か否かを判定し、その補正値が正常でないと判定した場合に、当該電動作業機の使用者に対して異常の発生を報知するための処理を行う。所定の範囲は、設計上の正常範囲(即ち、設計上取り得る範囲)に設定すれば良い。
このように構成された電動作業機によれば、例えば回転位置センサと検出部との何れかに異常が発生して、算出部により算出された補正値が異常な値になった場合に、異常の発生を検知して、使用者に報知することができる。その結果、使用者に対して、当該電動作業機の修理を促すことができる。
実施形態の刈払機を表す斜視図である。 前端ユニットを表す斜視図である。 上面カバーを外した前端ユニットの平面図である。 ブラシレスモータのロータを表す平面図である。 制御装置の構成を示す構成図である。 各相の誘起電圧とゼロクロス信号とホール信号とを表すタイムチャートである。 補正処理の内容と具体例を表すタイムチャートである。 モータ制御処理を表すフローチャートである。 第1のU相ホール信号割込処理を表すフローチャートである。 補正値記憶処理を表すフローチャートである。 U相ゼロクロス信号割込処理を表すフローチャートである。 第2のU相ホール信号割込処理を表すフローチャートである。
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を用いて説明する。
本実施形態では、電動作業機の一例である刈払機を例に挙げる。
[刈払機の全体構成]
図1に示す実施形態の刈払機2は、園芸用の電動作業機であって、草木を刈り払うために用いられる
刈払機2は、支持棹4と、支持棹4の前端4aに設けられた前端ユニット6と、支持棹4の後端4bに設けられた後端ユニット8と、支持棹4の中間部に設けられたループハンドル10と、ループハンドル10と後端ユニット8との間に設けられたグリップ12と、を備える。支持棹4は、中空のパイプ状であって、前端4aから後端4bまで直線状に伸びている。
図2に示すように、前端ユニット6は、モータハウジング13を備える。モータハウジング13は、上部が開口したハウジング本体14と、ハウジング本体14の上部の開口を覆う上面カバー15と、を備える。
図3に示すように、ハウジング本体14の中には、動力源としてのモータ16と、センサ基板17とが、収容されている。
モータ16は、アウタロータ型の3相のブラシレスモータであり、固定子としてのステータ18と、回転子としてのロータ19と、ロータ19に連結されたモータ軸20と、を備える。
ステータ18は、巻線として、U,V,Wの各相のコイル41u,41v,41w(図5参照)を備える。ステータ18は、ハウジング本体14に固定されており、そのステータ18に対して、ロータ19及びモータ軸20が回転する。
図4に示すように、ロータ19は、内周面が円筒形状に形成されたマグネット21と、マグネット21の外周面に一体的に取り付けられたロータコア22と、を備える。マグネット21は、例えば希土類異方性ボンド磁石により形成されている。また、ロータコア22は、例えば複数の電磁鋼板を積層することで形成されている。マグネット21には、それの内周面にN極とS極との2つの磁極が周方向に交互に現れるように着磁されている。この例において、ロータ19の磁極数は16(換言すれば、極対数は8)である。
図3に示すように、センサ基板17には、ロータ19の回転に伴う磁界の変化からロータ位置を検出する回転位置センサとして、3つのホールセンサ23u,23v,23wが設けられている。ロータ位置とは、ロータ19の回転位置のことである。ホールセンサ23u,23v,23wは、磁電変換素子としてホール素子を備える回転位置センサである。また、ホールセンサ23uは、U相に対応するホールセンサであり、ホールセンサ23vは、V相に対応するホールセンサであり、ホールセンサ23wは、W相に対応するホールセンサである。
センサ基板17は、ホールセンサ23u,23v,23wが、ロータ19のマグネット21の上端面(即ち、上面カバー15側の端面)と対向する位置となるように、ハウジング本体14にネジ24により固定されている。また、ホールセンサ23u,23v,23wは、ロータ19の周方向において、機械角で15°の間隔(換言すれば、電気角で120°の間隔)で配置される。本実施形態では、機械角の値を8倍した値が、電気角の値である。
図2に示すように、前端ユニット6は、モータハウジング13の下方に着脱可能に取り付けられたコードホルダ26と、安全カバー27と、を備える。
コードホルダ26は、モータ軸20と連結されている。よって、コードホルダ26は、モータ16によって回転駆動される。コードホルダ26は、紐状のカッターコード28を保持している。カッターコード28の先端は、コードホルダ26から引き出されており、コードホルダ26と共に回転する。刈払機2は、高速で周回するカッターコード28によって草木を切断する。カッターコード28は、例えばナイロンコードである。
安全カバー27は、モータハウジング13及びコードホルダ26よりも後方において、支持棹4に取り付けられている。
図1に示すように、ループハンドル10は、支持棹4の上方および側方に膨らむループ形状に形成されている。ループハンドル10は、支持棹4に固定されている。
グリップ12は、支持棹4の外周を覆うように形成されている。グリップ12は、下面に設けられたトリガスイッチ29と、上面に設けられたロックオフレバー30と、を備える。
トリガスイッチ29は、モータ16を駆動させるためのスイッチであり、押し込み操作されることでオンする。ロックオフレバー30は、トリガスイッチ29の押し込み操作の規制および規制の解除を行うためのレバーである。ロックオフレバー30が押し込まれていない状態では、トリガスイッチ29の押し込み操作が規制される。ロックオフレバー30が押し込まれた状態では、トリガスイッチ29の押し込み操作の規制が解除される。
グリップ12の上面において、ロックオフレバー30よりも前方側には、操作部31と、表示パネル32とが、設けられている。
操作部31には、モータ16の回転方向や回転速度等を変更するための操作ボタンが設けられている。表示パネル32には、故障の有無やモータ16の動作状態等を示すLED34(図5参照)が設けられている。LEDは、発光ダイオードの略である。
刈払機2の使用者(即ち、作業者)は、一方の手でループハンドル10を把持し、他方の手でグリップ12を把持する。そして、使用者は、グリップ12を把持した手の親指の付け根でロックオフレバー30を押し込み操作し、同じ手の他の指でトリガスイッチ29を押し込み操作する。これによって、モータ16へ電力が供給される。また、使用者は、グリップ12を把持した手の親指で操作部31の操作ボタンを操作することにより、モータ16の回転方向や回転速度等を調節することができる。
図1に示すように、後端ユニット8は、モータ16を制御する制御装置35(図5参照)が収容された後端ハウジング36と、後端ハウジング36に着脱可能に取り付けられた2個のバッテリパック37と、を備える。
2個のバッテリパック37は、後端ハウジング36に装着されることで、直列に接続されるようになっている(図5参照)。また、各バッテリパック37に収納されたバッテリ38(図5参照)は、例えばリチウムイオン電池など、繰り返し充電可能な二次電池であり、例えば18ボルトの公称電圧を有している。
[モータの駆動制御系]
図5に示すように、モータ16は、前述した各相のコイル41u,41v,41wと、各相の端子43u,43v,43wと、を備える。この例では、コイル41u,41v,41wがスター結線されている。そして、U相端子43uは、U相コイル41uの端部に接続されており、V相端子43vは、V相コイル41vの端部に接続されており、W相端子43wは、W相コイル41wの端部に接続されている。
モータ16を制御する制御装置35には、モータ16の端子43u,43v,43wと、ホールセンサ23u,23v,23wと、トリガスイッチ29と、LED34とが、接続されている。
また、制御装置35には、2個の直列なバッテリパック37が接続され、その2個のバッテリパック37から電力が供給される。詳しくは、2個のバッテリパック37が直列に接続されることで、各バッテリパック37内のバッテリ38も直列に接続され、その直列に接続されたバッテリ38から、制御装置35に電力が供給される。尚、以下の説明では、直列に接続された2個のバッテリパック37内のバッテリ38を総称して、バッテリ38と言う。そして、制御装置35は、バッテリ38からの電力によって動作すると共に、その電力をモータ16に供給することでモータ16を駆動する。
ホールセンサ23u,23v,23wは、回転するロータ19から受ける磁界の変化に応じて、ハイとローとに信号レベルが切り替わる各相の位置検出信号(以下、ホール信号という)HaU,HaV,HaWを出力する。
本実施形態では、ロータ19の磁極数が16である。このため、ホールセンサ23u,23v,23wからの各ホール信号HaU,HaV,HaWは、図6の下から3つの各段に示すように、ロータ19が22.5°回転する毎(即ち、機械角で22.5°毎)に、ハイとローとに切り替わる。そして、各ホール信号HaU,HaV,HaWの位相は、機械角で15°ずつずれる。よって、ホール信号HaU,HaV,HaWの何れかのレベル変化(即ち、エッジ)は、ロータ19が7.5°回転する毎(即ち、機械角で7.5°毎)に生じる。尚、図6において、()内に記載した角度値は、機械角の値である。
電気角で表現すると、各ホール信号HaU,HaV,HaWは、電気角で180°毎に、ハイとローとに切り替わる。そして、各ホール信号HaU,HaV,HaWの位相は、電気角で120°ずつずれるため、ホール信号HaU,HaV,HaWの何れかのレベル変化は、電気角で60°毎に生じることとなる。
ホールセンサ23uからのU相のホール信号(以下、U相ホール信号とも言う)HaUがレベル変化するタイミングは、ホールセンサ23uが電気角で180°毎のロータ位置を検出したタイミングであり、ホールセンサ23uによるロータ位置の検出結果に相当する。同様に、ホールセンサ23vからのV相のホール信号(以下、V相ホール信号とも言う)HaVがレベル変化するタイミングは、ホールセンサ23vが電気角で180°毎のロータ位置を検出したタイミングであり、ホールセンサ23vによるロータ位置の検出結果に相当する。同様に、ホールセンサ23wからのW相のホール信号(以下、W相ホール信号とも言う)HaWがレベル変化するタイミングは、ホールセンサ23wが電気角で180°毎のロータ位置を検出したタイミングであり、ホールセンサ23wによるロータ位置の検出結果に相当する。
図5に示すように、制御装置35は、レギュレータ45と、制御部としてのマイクロコンピュータ(以下、マイコンという)46と、メモリ47と、ドライバ回路48と、電流検出回路49と、ロータ位置検出回路50と、を備える。
レギュレータ45は、バッテリ38の電圧(以下、バッテリ電圧という)から、マイコン46や他の構成要素が動作するための電源電圧Vcc(例えば5V)を生成して出力する。
マイコン46は、CPU、RAM、ROM及びA/D変換器等を備える。そして、マイコン46は、主にモータ16を制御するための処理を行う。
マイコン46の動作は、CPUが記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、ROMが、プログラムを格納した記録媒体に該当する。また、このプログラムの実行により、プログラムに対応する方法が実行される。また、制御部としてのマイコン46の数は1つでも複数でも良い。また、マイコン46が行う処理の一部又は全部を、論理回路やアナログ回路等を組み合わせたハードウェアを用いて実現しても良い。
メモリ47は、フラッシュROMやEEPROMなどの書き換え可能な不揮発性メモリである。メモリ47は、マイコン46がアクセスすることができるようになっている。メモリ47は、マイコン46の内部に設けられていても良い。
ドライバ回路48は、モータ16の各コイル41u,41v,41wへの通電状態を切り替えたり、各コイル41u,41v,41wに流す電流を制御したりすることによって、モータ16を回転駆動するための回路である。このため、ドライバ回路48は、モータ16の各端子43u,43v,43wに接続されている。
ドライバ回路48は、周知のインバータ回路を構成する6つのスイッチング素子を備える。その6つのスイッチング素子のうち、ハイサイドスイッチとしての3つのスイッチング素子は、バッテリ電圧のラインと各端子43u,43v,43wとの接続/非接続を切り替える。また、6つのスイッチング素子のうち、ローサイドスイッチとしての3つのスイッチング素子は、グランドラインと各端子43u,43v,43wとの接続/非接続を切り替える。バッテリ電圧のラインとは、バッテリ38のプラス端子が接続されたラインであり、グランドラインとは、バッテリ38のマイナス端子が接続されたラインである。この例において、バッテリ38のプラス端子とは、2個のバッテリパック37のうち、上流側のバッテリパック37におけるプラス端子のことでもある。また、バッテリ38のマイナス端子とは、2個のバッテリパック37のうち、下流側のバッテリパック37におけるマイナス端子のことでもある。
そして、ドライバ回路48は、マイコン46からの駆動指令信号UH,VH,WH,UL,VL,WLに従って、上記6つの各スイッチング素子をオン/オフさせることにより、各コイル41u,41v,41wへの通電を行う。
電流検出回路49は、バッテリ38のマイナス端子に流れ込む電流に応じた電流検出信号を、マイコン46へ出力する。
一方、モータ16においては、ロータ19が回転すると、各相のコイル41u,41v,41wには、図6の上から3つの各段に示すように、正弦波のような誘起電圧が発生する。そして、各コイル41u,41v,41wの誘起電圧は、モータ16の各端子43u,43v,43wに現れる。
ロータ位置検出回路50は、各端子43u,43v,43wの電圧を、各コイル41u,41v,41wの誘起電圧として検出する。
そして、ロータ位置検出回路50は、図6の上から6つの各段に示すように、各コイル41u,41v,41wの誘起電圧が基準電圧を横切るタイミングで信号レベルがハイとローとに切り替わる信号(以下、ゼロクロス信号という)ZrU,ZrV,ZrWを出力する。ゼロクロス信号ZrUは、U相コイル41uの誘起電圧を、基準電圧よりも大きいか否かで波形整形した信号であり、同様に、ゼロクロス信号ZrVは、V相コイル41vの誘起電圧を、基準電圧よりも大きいか否かで波形整形した信号であり、ゼロクロス信号ZrWは、W相コイル41wの誘起電圧を、基準電圧よりも大きいか否かで波形整形した信号である。基準電圧は、コイル41u,41v,41wの中性点の電圧(以下、中性点電圧という)であり、変動する誘起電圧の波形の中心値である。図6の例では基準電圧を0Vとしている。
例えば、ロータ位置検出回路50は、各端子43u,43v,43wの電圧を加算回路で加算した電圧を、中性点電圧とする。そして、その中性点電圧と各端子43u,43v,43wの電圧とを、比較回路でそれぞれ大小比較することにより、ゼロクロス信号ZrU,ZrV,ZrWを出力する。
換言すれば、ロータ位置検出回路50は、各相の端子43u,43v,43wの電圧と中性点電圧との差を、各相のコイル41u,41v,41wに生じた誘起電圧として検出し、その誘起電圧の正負を示すハイ又はローの信号を、ゼロクロス信号ZrU,ZrV,ZrWとして出力している。
ゼロクロス信号ZrUは、U相に対応するため、以下では、ゼロクロス信号ZrUのことを、U相のゼロクロス信号ZrUあるいはU相ゼロクロス信号ZrUとも言う。ゼロクロス信号ZrVは、V相に対応するため、以下では、ゼロクロス信号ZrVのことを、V相のゼロクロス信号ZrVあるいはV相ゼロクロス信号ZrVとも言う。ゼロクロス信号ZrWは、W相に対応するため、以下では、ゼロクロス信号ZrWのことを、W相のゼロクロス信号ZrWあるいはW相ゼロクロス信号ZrWとも言う。
ホールセンサ23u,23v,23wに検出誤差が無ければ、モータ16が惰性回転している場合において、ゼロクロス信号ZrU,ZrV,ZrWのレベル変化タイミングは、ホール信号HaU,HaV,HaWのレベル変化タイミングと一致する。つまり、図6の下から6つの各段に示すように、U相ゼロクロス信号ZrUとU相ホール信号HaUとは、同じ位相の同じ信号となり、V相ゼロクロス信号ZrVとV相ホール信号HaVとは、同じ位相の同じ信号となり、W相ゼロクロス信号ZrWとW相ホール信号HaWとは、同じ位相の同じ信号となる。モータ16が惰性回転している場合とは、ドライバ回路48に備えられた6つのスイッチング素子が全てオフ(即ち、非導通状態)であり、コイル41u,41v,41wへの通電が実施されておらず、ロータ19が惰性で回転している場合のことである。
ゼロクロス信号ZrU,ZrV,ZrWの何れかがレベル変化するタイミングは、ロータ位置検出回路50が電気角で60°毎(換言すれば、機械角で7.5°毎)のロータ位置を検出したタイミングであり、ロータ位置検出回路50によるロータ位置の検出結果に相当する。
一方、実際には、ホールセンサ23u,23v,23wには、組み付け誤差があり、その組み付け誤差に起因して、ロータ位置の検出誤差が生じる。このため、図6の下から3つの各段における矢印で示すように、ホール信号HaU,HaV,HaWのレベル変化タイミングは、正しいレベル変化タイミングに対して、検出誤差の分だけ前後にずれてしまう。そして、モータ16が惰性回転している場合、ゼロクロス信号ZrU,ZrV,ZrWのレベル変化タイミングは、電気角で60°毎の正しいタイミングとなる。
図5に示すように、マイコン46には、ホール信号HaU,HaV,HaWと、ゼロクロス信号ZrU,ZrV,ZrWと、電流検出回路49からの電流検出信号と、トリガスイッチ29からの信号とが、入力される。トリガスイッチ29からの信号は、トリガスイッチ29のオン/オフ状態を表す。
マイコン46は、モータ16を制御する際(換言すれば、モータ16を駆動する際)には、ホール信号HaU,HaV,HaWに基づいて、電気角で60°毎のロータ位置を検出する。そして、その検出した各タイミングにて、ドライバ回路48への駆動指令信号UH,VH,WH,UL,VL,WLを所定のシーケンスで切り替えることにより、各コイル41u,41v,41wに対する励磁切替を行う。つまり、コイル41u,41v,41wのうちで通電するコイルと、通電電流の方向とを、予め定められた励磁シーケンスに従い切り替える。マイコン46は、このような励磁切替によってモータ16を動作させる。また、マイコン46は、駆動指令信号UH,VH,WH,UL,VL,WLのうち、ドライバ回路48におけるハイサイドスイッチ又はローサイドスイッチとしての3つのスイッチング素子をオンオフさせる駆動指令信号を、PWM制御することにより、モータ16の回転速度を制御する。PWMとは、パルス幅変調の略である。一方、マイコン46は、表示パネル32に設けられているLED34の駆動も制御する。
ところで、前述したように、ホールセンサ23u,23v,23wには組み付け誤差があるため、ホール信号HaU,HaV,HaWのレベル変化タイミングは、電気角で60°毎の正しいタイミングからずれてしまう可能性がある。
このため、マイコン46は、モータ16が惰性回転している場合に、ホール信号HaU,HaV,HaWと、ゼロクロス信号ZrU,ZrV,ZrWとを比較することにより、補正値を算出する。その補正値は、ホール信号HaU,HaV,HaWのレベル変化タイミングを補正するための補正値であり、換言すれば、ホールセンサ23u,23v,23wによるロータ位置の検出結果を補正するための補正値である。そして、マイコン46は、モータ16を制御する際には、ホール信号HaU,HaV,HaWの実際のレベル変化タイミングを、補正値により補正し、その補正したタイミングに基づいて、各コイル41u,41v,41wに対する励磁切替を行う。
[補正処理の概要]
レベル変化タイミングを補正するための処理は、各相のホール信号HaU,HaV,HaWの各々について実施される。このため、U相、V相、W相の何れかを、X相と表現し、そのX相のホール信号について、補正処理の概要を説明する。つまり、Xは、U,V,Wの何れかを示す。そして、符号中最後のXは、X相に対応するものであることを意味する。例えば、X相のホール信号の符号として「HaX」を用い、X相のゼロクロス信号の符号として「ZrX」を用いる。
マイコン46は、下記〈1〉〜〈3〉の処理を行う。
〈1〉モータ16が惰性回転している場合に、ホール信号HaXのレベル変化タイミングと、ゼロクロス信号ZrXのレベル変化タイミングとの、時間差TeXを検出すると共に、ホール信号HaXのレベル変化の間隔時間である半周期時間TcXも検出する。
尚、ホール信号HaXのレベル変化タイミングが、ゼロクロス信号ZrXのレベル変化タイミングよりも早い場合、即ち、ホール信号HaXがゼロクロス信号ZrXに対して進角側にずれている場合には、時間差TeXの正負符号を、正とする。
逆に、ホール信号HaXのレベル変化タイミングが、ゼロクロス信号ZrXのレベル変化タイミングよりも遅い場合、即ち、ホール信号HaXがゼロクロス信号ZrXに対して遅角側にずれている場合には、時間差TeXの正負符号を、負とする。但し、正負符号は、上記とは逆にしても良い。
〈2〉検出した時間差TeXの正負符号が正の場合、即ち、ホール信号HaXが進角側にずれている場合には、その時間差TeXと半周期時間TcXとを用いて、下記の式1により、ホール信号HaXのレベル変化タイミングを補正するための補正値RXを算出する。そして、算出した補正値RXをメモリ47に記憶する。
また、検出した時間差TeXの正負符号が負の場合、即ち、ホール信号HaXが遅角側にずれている場合には、その時間差TeXと半周期時間TcXとを用いて、下記の式2により、補正値RXを算出する。そして、算出した補正値RXをメモリ47に記憶する。
補正値RX=時間差TeX/半周期時間TcX …式1
補正値RX=1−時間差TeX/半周期時間TcX …式2
〈3〉モータ16を制御する場合にも、ホール信号HaXの半周期時間TcXを検出する。更に、モータ16を制御する場合には、ホール信号HaXがレベル変化したタイミングから、下記の式3で表される補正時間TrXが経過したタイミングを、補正後のレベル変化タイミング(即ち、正しいレベル変化タイミング)とする。そして、その補正後のレベル変化タイミングにて励磁切替を実施する。
補正時間TrX=補正値RX×半周期時間TcX …式3
図7を用いて具体例を説明する。
図7において、TeU,TeV、TeWの各々は、ホール信号HaU,HaV,HaWの各々について、上記〈1〉の処理で検出される時間差である。また、TcU,TcV、TcWの各々は、ホール信号HaU,HaV,HaWの各々について、上記〈1〉の処理で検出される半周期時間である。また、TrU,TrVの各々は、ホール信号HaU,HaVの各々について、式3によって算出される補正時間である。尚、図7の例では、ホール信号HaWとゼロクロス信号ZrWとに位相差が無いため、時間差TeWは0であり、ホール信号HaWは補正されない。
図7の例では、ホール信号HaUがゼロクロス信号ZrUに対して進角側にずれているため、上記〈1〉の処理で算出される時間差TeUの正負符号は正になる。そして、ホール信号HaUについての補正値RUは、式1によって算出される。その補正値RUは、ホール信号HaUの半周期時間TcUに対する時間差TeUの割合である。
このため、モータ16の制御中において、ホール信号HaUの半周期時間TcUに補正値RUを乗じた値である補正時間TrUは、ホール信号HaUがゼロクロス信号ZrUに対して進角側にずれている時間となる。
よって、マイコン46は、モータ16を制御する場合には、図7の上から4段目及び7段目に示すように、ホール信号HaUの今回のレベル変化タイミングから、補正時間TrUだけ遅れたタイミングを、今回の正しいレベル変化タイミングとする。
また、図7の例では、ホール信号HaVがゼロクロス信号ZrVに対して遅角側にずれているため、上記〈1〉の処理で算出される時間差TeVの正負符号は負になる。そして、ホール信号HaVについての補正値RVは、式2によって算出される。その補正値RVは、ホール信号HaVの半周期時間TcVに対する時間差TeVの割合を、1から引いた値である。換言すれば、補正値RVは、半周期時間TcVから時間差TeVを引いた時間の、半周期時間TcVに対する割合である。
このため、モータ16の制御中において、ホール信号HaVの半周期時間TcVに補正値RVを乗じた値である補正時間TrVは、ホール信号HaVがゼロクロス信号ZrVに対して遅角側にずれている時間を、半周期時間TcVから引いた時間となる。
よって、マイコン46は、モータ16を制御する場合には、図7の上から5段目及び8段目に示すように、ホール信号HaVの今回レベル変化タイミングから、補正時間TrVだけ遅れたタイミングを、次回の正しいレベル変化タイミングとする。
[処理の具体的な内容]
マイコン46は、トリガスイッチ29からの信号に基づき、トリガスイッチ29がオンされたことを検出すると、図8に示すモータ制御処理を実行する。
図8に示すように、マイコン46は、モータ制御処理を開始すると、S110にて、各相の補正時間タイマ値をクリアする。
補正時間タイマ値とは、補正時間タイマの値のことである。そして、補正時間タイマは、U,V,Wの各相について設けられている。U相の補正時間タイマは、U相ホール信号HaUに対する前述の補正時間TrUを計測して、その補正時間TrUが経過したことを知らせるためのタイマである。同様に、V相の補正時間タイマは、V相ホール信号HaVに対する補正時間TrVを計測して、その補正時間TrVが経過したことを知らせるためのタイマである。同様に、W相の補正時間タイマは、W相ホール信号HaWに対する補正時間TrWを計測して、その補正時間TrWが経過したことを知らせるためのタイマである。
例えば、各相の補正時間タイマは、十分に短い所定の単位時間毎にカウント値が1ずつ増加するカウンタと、計測対象の補正時間を上記単位時間で割ったカウント対象値がセットされる設定部と、を備える。そして、上記カウンタのカウントアップが開始されてから、そのカウンタの値が設定部にセットされた値と等しくなると、カウント終了フラグがセットされる。このような補正時間タイマでは、上記カウンタの値が、補正時間タイマ値に相当し、上記設定部に上記カウント対象値をセットすることが、補正時間タイマに計測対象の補正時間をセットすることに相当する。そして、上記カウンタの値を0にして該カウンタのカウントアップを開始させることが、補正時間タイマをスタータさせることに相当し、上記カウンタの値が設定部にセットされた値と等しくなってカウント終了フラグがセットされることが、補正時間タイマがカウントを終了することに相当する。
マイコン46は、次のS120にて、各相の回転速タイマ値をクリアする。
回転速タイマ値とは、回転速タイマの値のことである。そして、回転速タイマは、U,V,Wの各相について設けられている。U相の回転速タイマは、U相ホール信号HaUの半周期時間TcUを計測するためのタイマである。同様に、V相の回転速タイマは、V相ホール信号HaVの半周期時間TcVを計測するためのタイマである。同様に、W相の回転速タイマは、W相ホール信号HaWの半周期時間TcWを計測するためのタイマである。例えば、各相の回転速タイマは、上記単位時間毎にカウント値が1ずつ増加するカウンタによって構成されており、そのカウンタの値が、回転速タイマ値に相当する。
マイコン46は、次のS130にて、ホール信号割込を許可する。マイコン46においては、このS130でホール信号割込が許可されると、U相ホール信号HaUにレベル変化が生じる毎に、第1と第2のU相ホール信号割込処理が実行される。同様に、V相ホール信号HaVにレベル変化が生じる毎に、第1と第2のV相ホール信号割込処理が実行され、W相ホール信号HaWにレベル変化が生じる毎に、第1と第2のW相ホール信号割込処理が実行される。これらのホール信号割込処理については後で説明する。
マイコン46は、次のS140にて、モータ16を始動させる(即ち、ロータ19を停止状態から回転させる)ための始動処理を行う。この始動処理は、例えば、各コイル41u,41v,41wへの通電をロータ位置に拘わらず所定のパターンで切り替えることで、モータ16を始動させる処理である。
マイコン46は、次のS150にて、トリガスイッチ29がオンであるか否かを判定し、トリガスイッチ29がオンであれば、S160に進む。
マイコン46は、S160では、各相の補正時間タイマの何れかがカウントを終了したか否かを判定する。補正時間タイマがカウントを終了するとは、その補正時間タイマにセットされた計測対象の補正時間が経過したということである。
そして、マイコン46は、S160で否定判定した場合、即ち、各相の補正時間タイマの何れも、カウントを終了していない場合には、S150に戻る。
また、マイコン46は、S160で肯定判定した場合、即ち、各相の補正時間タイマの何れかがカウントを終了した場合には、カウントを終了した補正時間タイマに対応する前述のカウント終了フラグをクリアする。そして、S170に進み、励磁切替の処理を行った後、S150に戻る。
ここで、各相のホール信号HaU,HaV,HaWにレベル変化が生じる毎に、各相の補正時間タイマに補正時間をセットして、その補正時間タイマをスタートさせるための処理について、U相を例に挙げて説明する。
マイコン46は、U相ホール信号HaUにレベル変化が生じる毎に、図9に示す第1のU相ホール信号割込処理を行う。
図9に示すように、マイコン46は、第1のU相ホール信号割込処理を開始すると、S210にて、U相の回転速タイマがスタート済みであるか否かを判定し、スタート済みでなければ、S230に進んで、U相の回転速タイマをクリアスタートさせる。つまり、S230では、U相の回転速タイマ値を0にクリアしてから、そのU相の回転速タイマをスタートさせる。すると、U相の回転速タイマ値は、前述の単位時間が経過する毎に1ずつ増加していく。
また、マイコン46は、S210にて、U相の回転速タイマがスタート済みであると判定した場合、即ち、前回のS230でU相の回転速タイマをクリアスタートさせていた場合には、S220に進む。
マイコン46は、S220では、U相の回転速タイマ値をRAMに更新記憶する(つまり、上書き保存する)。そして、その後、S230に進み、U相の回転速タイマを再びクリアスタート(つまり、リスタート)させる。よって、S220でRAMに記憶されるU相の回転速タイマ値は、U相ホール信号HaUの半周期時間TcUを、上記単位時間を分解能として計測した値である。また、半周期時間TcUは、モータ16の回転速度(以下、モータ回転速度、或いは単に、回転速度と言う)に反比例するため、S220では、モータ回転速度を検出しているとも言える。
マイコン46は、S230の処理を行った後、S240に進み、U相の補正時間TrUを、下記の式4によって算出する。
U相の補正時間TrU=U相の補正値RU×U相の回転速タイマ値 …式4
U相の補正時間TrUとは、U相ホール信号HaUに対する補正時間TrUである。U相の補正値RUとは、U相ホール信号HaUに対する補正値RUである。そして、式4における「U相の補正値RU」としては、後述する図10の補正値記憶処理によってメモリ47に記憶されている値が用いられる。また、式4における「U相の回転速タイマ値」としては、今回のS220で記憶した「U相の回転速タイマ値」が使用される。つまり、式4は、前述した式3における「半周期時間TcX」として、S220で記憶した「U相の回転速タイマ値」を用いた式である。尚、メモリ47に補正値RUが未だ記憶されていない場合や、S220の処理によってU相の回転速タイマ値が未だ記憶されていない場合には、U相の補正時間TrUは、デフォルト値としての0として算出される。
マイコン46は、次のS250にて、S240で算出した補正時間TrUを、U相の補正時間タイマにセットして、その補正時間タイマをスタートさせる。すると、U相の補正時間タイマは、セットされた補正時間TrUが経過すると、カウントを終了する。そして、マイコン46は、S250の処理を行った後、当該第1のU相ホール信号割込処理を終了する。
マイコン46は、V相ホール信号HaVとW相ホール信号HaWとの各々についても、レベル変化が生じる毎に、第1のU相ホール信号割込処理と同様の処理を行う。V相ホール信号HaVにレベル変化が生じる毎に行われる第1のV相ホール信号割込処理は、図9における「U相」との記載を「V相」と読み替えた処理である。同様に、W相ホール信号HaWにレベル変化が生じる毎に行われる第1のW相ホール信号割込処理は、図9における「U相」との記載を「W相」と読み替えた処理である。尚、第1のV相ホール信号割込処理と第1のW相ホール信号割込処理についても、図9と同じステップ番号を用いる。また、第1のU相ホール信号割込処理と、第1のV相ホール信号割込処理と、第1のW相ホール信号割込処理とを、総称して、第1の各相ホール信号割込処理と言う。
このため、マイコン46が図8のS160で肯定判定するタイミングは、各相のホール信号HaU,HaV,HaWの何れかがレベル変化したタイミングから、そのホール信号に対する補正時間が経過したタイミングである。そして、そのタイミングでマイコン46は励磁切替を実施することとなる。
図8の説明に戻る。マイコン46は、S150にて、トリガスイッチ29がオフであると判定した場合、即ち、使用者によってトリガスイッチ29がオフされた場合には、S180に進んで、モータ16への通電をオフする。つまり、コイル41u,41v,41wへの通電を停止する。すると、モータ16は暫く惰性で回転する。そして、マイコン46は、次のS190にて、各相の補正時間タイマをストップさせ、次のS200にて、図10に示す補正値記憶処理を行う。よって、補正値記憶処理は、モータ16が惰性回転している場合に実行される。
図10に示すように、マイコン46は、補正値記憶処理を開始すると、S310にて、各相の誤差タイマ値をクリアする。
誤差タイマ値とは、誤差タイマの値のことである。そして、誤差タイマは、U,V,Wの各相について設けられている。U相の誤差タイマは、U相ホール信号HaUのレベル変化タイミングと、U相ゼロクロス信号ZrUのレベル変化タイミングとの、時間差TeUを、U相のホールセンサ23uによるロータ位置の検出誤差として測定するためのタイマである。同様に、V相の誤差タイマは、V相ホール信号HaVのレベル変化タイミングと、V相ゼロクロス信号ZrVのレベル変化タイミングとの、時間差TeVを、V相のホールセンサ23vによるロータ位置の検出誤差として測定するためのタイマである。同様に、W相の誤差タイマは、W相ホール信号HaWのレベル変化タイミングと、W相ゼロクロス信号ZrWのレベル変化タイミングとの、時間差TeWを、W相のホールセンサ23wによるロータ位置の検出誤差として測定するためのタイマである。例えば、各相の誤差タイマは、上記単位時間毎にカウント値が1ずつ増加するカウンタによって構成されており、そのカウンタの値が、誤差タイマ値に相当する。
マイコン46は、次のS320にて、トリガスイッチ29がオフであるか否かを判定し、トリガスイッチ29がオフであれば、S330に進む。
マイコン46は、S330では、モータ回転速度が所定の上限値SH以下であるか否かを判定し、モータ回転速度が上限値SH以下でなければ(即ち、上限値SHよりも大きければ)、S320に戻る。尚、判定対象のモータ回転速度は、例えば、第1のU相のホール信号割込処理と、第1のV相ホール信号割込処理と、第1のW相ホール信号割込処理との、それぞれによって更新記憶される各相の回転速タイマ値を、平均化した値から算出される。
また、マイコン46は、S330にて、モータ回転速度が上限値SH以下であると判定した場合には、S340に進み、ゼロクロス信号割込を許可する。
ここで、マイコン46は、ゼロクロス信号割込が許可された状態では、U相ゼロクロス信号ZrUにレベル変化が生じる毎に、図11に示すU相ゼロクロス信号割込処理を実行する。そして、マイコン46は、V相ゼロクロス信号ZrVとW相ゼロクロス信号ZrWとの各々についても、レベル変化が生じる毎に、図11の処理と同様の処理を行う。V相ゼロクロス信号ZrVにレベル変化が生じる毎に行われるV相ゼロクロス信号割込処理は、図11における「U相」との記載を「V相」と読み替えた処理である。同様に、W相ゼロクロス信号ZrWにレベル変化が生じる毎に行われるW相ゼロクロス信号割込処理は、図11における「U相」との記載を「W相」と読み替えた処理である。このため、U相ゼロクロス信号割込処理について、図11を用い説明する。尚、V相ゼロクロス信号割込処理とW相ゼロクロス信号割込処理についても、図11と同じステップ番号を用いる。また、U相ゼロクロス信号割込処理と、V相ゼロクロス信号割込処理と、W相ゼロクロス信号割込処理とを、総称して、各相ゼロクロス信号割込処理と言う。
図11に示すように、マイコン46は、U相ゼロクロス信号割込処理を開始すると、S610にて、U相の誤差タイマがスタート済みであるか否かを判定する。尚、U相の誤差タイマは、当該U相ゼロクロス信号割込処理における後述のS650か、あるいは、後述する図12のS750により、クリアスタートされる。また、S610では、U相の誤差タイマ値が0よりも大きければ、U相の誤差タイマがスタート済みであると判定する。
マイコン46は、S610にて、U相の誤差タイマがスタート済みであると判定した場合には、S620に進み、U相の誤差タイマ値が下記の式5の関係を満たしているか否かを判定する。
U相の回転速タイマ値<U相の回転速タイマ値×所定値 …式5
尚、式5における「U相の回転速タイマ値」は、図9のS220で更新記憶される値である。また、式5における「所定値」は、予め設定された値であり、半周期時間TcUに対する時間差TeUの割合(=TeU/TcU)の最大値である。本実施形態において、この所定値は、各相について共通の値であるが、各相について異なる値でも良い。
マイコン46は、S620にて、U相の誤差タイマ値が式5の関係を満たしていると判定した場合には、S630に進み、U相の誤差タイマ値と、その誤差タイマ値の正負符号とを、対応付けてRAMに記憶する。このS630では、正負符号として「正」を記憶する。
そして、マイコン46は、次のS640にて、U相の誤差タイマを停止させると共に、そのU相の誤差タイマ値を0にクリアし、その後、当該U相ゼロクロス信号割込を終了する。
また、マイコン46は、S610にて、U相の誤差タイマがスタート済みでない(即ち、停止している)と判定した場合、あるいは、S620にて、U相の誤差タイマ値が式5の関係を満たしていないと判定した場合には、S650に進む。そして、マイコン46は、S650にて、U相の誤差タイマをクリアスタートさせ、その後、当該U相ゼロクロス信号割込処理を終了する。
一方、マイコン46が、図10のS340でゼロクロス信号割込を許可した場合、ホール信号割込は既に図8のS130で許可されている。
このため、マイコン46は、U相ホール信号HaUにレベル変化が生じる毎に、前述した図9の処理だけでなく、図12に示す第2のU相ホール信号割込処理も実行する。そして、マイコン46は、V相ホール信号HaVとW相ホール信号HaWとの各々についても、レベル変化が生じる毎に、図9の処理と同様の処理(即ち、第1のV相ホール信号割込処理又は第1のW相ホール信号割込処理)だけでなく、図12の処理と同様の処理を行う。V相ホール信号HaVにレベル変化が生じる毎に行われる第2のV相ホール信号割込処理は、図12における「U相」との記載を「V相」と読み替えた処理である。同様に、W相ホール信号HaWにレベル変化が生じる毎に行われる第2のW相ホール信号割込処理は、図12における「U相」との記載を「W相」と読み替えた処理である。このため、第2のU相ホール信号割込処理について、図12を用い説明する。尚、第2のV相ホール信号割込処理と第2のW相ホール信号割込処理についても、図12と同じステップ番号を用いる。また、第2のU相ホール信号割込処理と、第2のV相ホール信号割込処理と、第2のW相ホール信号割込処理とを、総称して、第2の各相ホール信号割込処理と言う。
図12に示すように、第2のU相ホール信号割込処理におけるS710,S720,S740,S750の各処理は、図11のU相ゼロクロス信号割込処理におけるS610,S620,S640,S650と同じ処理である。そして、第2のU相ホール信号割込処理におけるS730では、U相の誤差タイマ値と、その誤差タイマ値の正負符号とを、対応付けてRAMに記憶するが、図11のS630と比較すると、正負符号として「負」を記憶する点が異なる。
このため、マイコン46は、第2のX相ホール信号割込処理とX相ゼロクロス信号割込処理とを実行することで、X相ホール信号HaXのレベル変化タイミングとX相ゼロクロス信号ZrXのレベル変化タイミングとの時間差TeXを、X相の誤差タイマ値として計測する。尚、前述の通り、Xは、U,V,Wの何れかを示す。
例えば、図7における1段目及び4段目に示すように、U相ホール信号HaUがU相ゼロクロス信号ZrUに対して進角側にずれている場合には、U相ゼロクロス信号割込処理よりも第2のU相ホール信号割込処理の方が、時間差TeUだけ先に実行される。
このため、マイコン46は、第2のU相ホール信号割込処理では、S710でNOと判定し、S750でU相の誤差タイマをクリアスタートさせる。
そして、マイコン46は、U相ゼロクロス信号割込処理では、S610でYESと判定し、S630で、U相の誤差タイマ値を「正」の正負符号と共に、RAMに記憶する。この場合にRAMに記憶されるU相の誤差タイマ値は、U相ホール信号HaUのレベル変化タイミングからU相ゼロクロス信号ZrUのレベル変化タイミングまでの時間差TeU(即ち、正の時間差TeU)を、上記単位時間を分解能として計測した値となる。
また例えば、図7における2段目及び5段目に示すように、V相ホール信号HaVがV相ゼロクロス信号ZrVに対して遅角側にずれている場合には、第2のV相ホール信号割込処理よりもV相ゼロクロス信号割込処理の方が、時間差TeVだけ先に実行される。
このため、マイコン46は、V相ゼロクロス信号割込処理では、S610でNOと判定し、S650でV相の誤差タイマをクリアスタートさせる。
そして、マイコン46は、第2のV相ホール信号割込処理では、S710でYESと判定し、S730で、V相の誤差タイマ値を「負」の正負符号と共に、RAMに記憶する。この場合にRAMに記憶されるV相の誤差タイマ値は、V相ゼロクロス信号ZrVのレベル変化タイミングからV相ホール信号HaVのレベル変化タイミングまでの時間差TeV(即ち、負の時間差TeV)を、上記単位時間を分解能として計測した値となる。
また、第2の各相ホール信号割込処理と、各相ゼロクロス信号割込処理とによって計測される時間差TeU,TeV,TeWは、ホールセンサ23u,23v,23wとロータ位置検出回路50とが同じロータ位置を検出した各タイミングのずれ量である。このことは、S620又はS720でYESと判定した場合に計測結果としての誤差タイマ値をRAMに保存することで実現されている。
図10の説明に戻る。マイコン46は、S340でゼロクロス信号割込を許可した後、S350に進み、モータ回転速度が所定の下限値SL以上であるか否かを判定する。そして、モータ回転速度が下限値SL以上であれば、S360に進む。尚、下限値SLは、S330での判定に用いられる上限値SHよりも小さい。換言すれば、上限値SHは下限値SLよりも大きい。
マイコン46は、S360では、各相の誤差タイマ値が全てRAMに記憶されているか否かを判定し、否定判定した場合、即ち、何れかの相の誤差タイマ値が未だRAMに記憶されていない場合には、S320に戻る。
また、マイコン46は、S360にて、各相の誤差タイマ値が全てRAMに記憶されていると判定した場合には、S370に進む。
図10におけるS370〜S420の処理は、各相についてそれぞれ実行されるが、ここでは、U相について行われるものとして説明する。
マイコン46は、S370では、RAMに記憶されているU相の誤差タイマ値の正負符号が、「正」であるか否かを判定し、「正」であれば、S380に進む。
マイコン46は、S380では、U相の補正値(即ち、U相ホール信号HaUに対する補正値)RUを、下記の式6によって算出する。
U相の補正値RU=U相の誤差タイマ値/U相の回転速タイマ値 …式6
式6は、前述の式1に相当する。つまり、式6は、式1おける「時間差TeX」として、「U相の誤差タイマ値」を用い、式1における「半周期時間TcX」として、「U相の回転速タイマ値」を用いた式である。そして、この式6により算出されるU相の補正値RUは、進角側にずれているU相ホール信号HaUを、遅角側に補正するための補正値(以下、遅角方向用の補正値という)である。
また、マイコン46は、S370にて、RAMに記憶されているU相の誤差タイマ値の正負符号が、「正」ではない(即ち「負」である)と判定した場合には、S390に進む。
マイコン46は、S390では、U相の補正値RUを、下記の式7によって算出する。
U相の補正値RU=1−U相の誤差タイマ値/U相の回転速タイマ値 …式7
式7は、前述の式2に相当する。つまり、式7は、式2おける「時間差TeX」として、「U相の誤差タイマ値」を用い、式2における「半周期時間TcX」として、「U相の回転速タイマ値」を用いた式である。そして、この式7により算出されるU相の補正値RUは、遅角側にずれているU相ホール信号HaUを、進角側に補正するための補正値(以下、進角方向用の補正値という)である。
マイコン46は、S380又はS390でU相の補正値RUを算出した後、S400に進む。そして、S400では、S380又はS390で今回算出した新たなU相の補正値RU(以下、新補正値RUという)が、所定の範囲内であるか否かを判定することにより、その新補正値RUが正常か否かを判定する。所定の範囲は、設計上の正常範囲(即ち、設計上取り得る範囲)に設定されている。
マイコン46は、S400にて、新補正値RUが正常であると判定した場合には、S410に進む。そして、S410では、後述するS420によってメモリ47に既に記憶されているU相の補正値RU(以下、現補正値RUという)と、新補正値RUとを比較することで、メモリ47内の現補正値RUを新補正値RUに更新する必要があるか否かを判定する。
具体的には、まず、現補正値RUと新補正値RUとの差を表す差分値を算出する。その差分値は、現補正値RUと新補正値RUとの差の絶対値である。但し、現補正値RUと新補正値RUとのうち、一方が遅角方向用で、他方が進角方向用であれば、進角方向用の補正値については、その補正値から1を引いた値を、差分値の算出に用いる。また、補正値が、遅角方向用か進角方向用かは、例えば、図11のS620と図12のS720との判定で使用している所定値よりも小さければ、遅角方向用の補正値と判断し、その所定値以上であれば、進角方向用の補正値と判断することができる。換言すれば、差分値は、現補正値RUが表す半周期時間TcUに対する時間差TeUの割合と、新補正値RUが表す半周期時間TcUに対する時間差TeUの割合との、差の絶対値に該当する。
そして、マイコン46は、S410では、算出した差分値が規定値以上であれば、現補正値RUの更新が必要と判定し、その差分値が規定値よりも小さければ、現補正値RUの更新は不要と判定する。差分値が規定値よりも小さい場合、現補正値RUと新補正値RUとは、実質的に同じであると考えられるからである。実質的に同じとは、差があったとしても、モータ16の制御に使用した場合に、制御精度に影響しない程度の差でしかない、という意味である。また、S410では、現補正値RUと新補正値RUとが同じでなければ、現補正値RUの更新が必要と判定し、現補正値RUと新補正値RUとが同じであれば、現補正値RUの更新は不要と判定するようになっていても良い。
そして、マイコン46は、S410にて、現補正値RUの更新が必要と判定した場合には、S420に進み、メモリ47内の現補正値RUを新補正値RUに書き換えることで更新する。そして、その後、S430に進む。また、マイコン46は、S410にて、現補正値RUの更新が不要と判定した場合には、S420の処理を行うことなく、そのままS430に進む。
尚、メモリ47にU相の補正値RUが未だ記憶されていない場合には、S400では新補正値RUが正常であると判定され、S410では現補正値RUの更新が必要と判定される。そして、この場合のS420では、新補正値RUがメモリ47に新規に記憶されることとなる。
マイコン46は、S430では、全ての相についてS370〜S420の処理を終了したか否かを判定し、終了していないと判定した場合には、S370に戻る。この場合、マイコン46は、他の相についてS370〜S420の処理を行うこととなる。
また、マイコン46は、S430にて、全ての相についてS370〜S420の処理を終了したと判定した場合には、S450に進む。
また、マイコン46は、S400にて、新補正値RUが正常でないと判定した場合には、S440に進み、使用者に対して異常の発生を報知するための異常報知処理を行う。ホールセンサ23u,23v,23wやロータ位置検出回路50や信号配線など、何らかの部分に異常が発生していると考えられるからである。そして、マイコン46は、その後、S450に進む。尚、異常報知処理としては、LED34を所定のパターンで点灯させる処理を行うが、例えば、ブザーを鳴らす処理や、表示パネル32に表示装置が設けられているのであれば、その表示装置に異常の発生を示すメッセージを表示する処理を行っても良い。
また、マイコン46は、S350にて、モータ回転速度が下限値SL以上ではない(つまり、下限値SLよりも小さい)と判定した場合には、そのままS450に進む。
マイコン46は、S450では、ホール信号割込を禁止し、次のS460にて、ゼロクロス信号割込を禁止する。
そして、マイコン46は、次のS470にて、各相の誤差タイマを停止させると共に、その各相の誤差タイマ値を0にクリアする。更に、マイコン46は、次のS480にて、各相の回転速タイマを停止させると共に、その各相の回転速タイマ値を0にクリアする。そして、その後、当該補正値記憶処理を終了する。すると、モータ制御処理も終了することとなる。
また、マイコン46は、S320にて、トリガスイッチ29がオフではない(即ち、オンである)と判定した場合には、S490に進み、ゼロクロス信号割込を禁止する。そして、マイコン46は、次のS500にて、各相の誤差タイマを停止させると共に、その各相の誤差タイマ値を0にクリアする。その後、マイコン46は、S510にて、モータ制御処理の先頭(即ち、図8のS110)へジャンプする。この場合には、モータ16が再び駆動されることとなる。
マイコン46は、図8〜図12を用いて説明した各処理を行うことにより、前述した〈1〉〜〈3〉の処理を行うこととなる。
[効果]
本実施形態の刈払機2において、マイコン46は、モータ16が惰性回転している場合に、第2の各相ホール信号割込処理と、各相ゼロクロス信号割込処理とを実行する。マイコン46は、それらの処理により、各相について、ホール信号HaU,HaV,HaWのレベル変化タイミングと、ゼロクロス信号ZrU,ZrV,ZrWのレベル変化タイミングとの時間差TeU,TeV,TeWを、誤差タイマ値として計測する。計測される時間差TeU,TeV,TeWは、ホールセンサ23u,23v,23wによるロータ位置の検出結果と、ロータ位置検出回路50によるロータ位置の検出結果との、差に相当する。
更に、マイコン46は、図10のS370〜S390の処理により、時間差TeU,TeV,TeWの測定結果に相当する各相の誤差タイマ値から、ホールセンサ23u,23v,23wによるロータ位置の検出結果を補正するための補正値RU,RV,RWを算出し、図10のS420にて、その補正値RU,RV,RWをメモリ47に記憶する。
モータ16の惰性回転中において、ロータ位置検出回路50によるロータ位置の検出結果に相当するゼロクロス信号ZrU,ZrV,ZrWのレベル変化タイミングは、正しいロータ位置を示す。このため、メモリ47に記憶される補正値RU,RV,RWは、ホールセンサ23u,23v,23wによるロータ位置の検出結果(即ち、ホール信号HaU,HaV,HaWのレベル変化タイミング)を精度良く補正可能な補正値となる。
よって、マイコン46は、第1の各相ホール信号割込処理と図8のS150〜S170の処理により、ホール信号HaU,HaV,HaWのレベル変化タイミングを、メモリ47内の補正値RU,RV,RWを用いて、精度良く補正することができる。そして、マイコン46は、図8のS170では、その補正されたレベル変化タイミングにて励磁切替を実施するため、モータ16の制御精度を向上させることができる。
また、前述したように、第2の各相ホール信号割込処理と、各相ゼロクロス信号割込処理とによって計測される時間差TeU,TeV,TeWは、ホールセンサ23u,23v,23wとロータ位置検出回路50とが同じロータ位置を検出した各タイミングのずれ量である。そして、本実施形態では、そのずれ量を、ホールセンサ23u,23v,23wによるロータ位置の検出結果と、ロータ位置検出回路50によるロータ位置の検出結果との、差(即ち、ホールセンサ23u,23v,23wによる検出誤差)として扱っている。このため、ホールセンサ23u,23v,23wによる検出誤差を、簡単に検出することができ、延いては、補正値RU,RV,RWを算出するための処理を簡単なものにすることができる。
また、マイコン46は、図10のS350でモータ回転速度が下限値SLよりも小さいと判定した場合には、S450,S460にて、ホール信号割込とゼロクロス信号割込を禁止する。つまり、マイコン46は、モータ回転速度が下限値SL以上の場合に、第2の各相ホール信号割込処理と、各相ゼロクロス信号割込処理とを実行して、時間差TeU,TeV,TeWを検出する。モータ回転速度が小さすぎると、発生する誘起電圧の振幅が小さくなり、その誘起電圧に基づくゼロクロス信号ZrU,ZrV,ZrWの精度が低下するためである。よって、モータ回転速度が下限値SL以上の場合に時間差TeU,TeV,TeWを検出することで、その時間差TeU,TeV,TeWに基づき算出される補正値RU,RV,RWの精度を、向上させることができる。
また、マイコン46は、図10のS330でモータ回転速度が上限値SH以下であると判定した場合に、S340にてゼロクロス信号割込を許可する。つまり、マイコン46は、モータ回転速度が下限値SL以上で、且つ、上限値SH以下である場合に、第2の各相ホール信号割込処理と、各相ゼロクロス信号割込処理とを実行して、時間差TeU,TeV,TeWを検出する。モータ回転速度が大きすぎても、発生する誘起電圧の変化速度が大きくなって、ゼロクロス信号ZrU,ZrV,ZrWの精度が低下するためである。よって、モータ回転速度が下限値SL〜上限値SHの範囲内である場合に時間差TeU,TeV,TeWを検出することで、その時間差TeU,TeV,TeWに基づき算出される補正値RU,RV,RWの精度を、一層向上させることができる。尚、下限値SL〜上限値SHの範囲は、ゼロクロス信号ZrU,ZrV,ZrWの精度が良好となる範囲であれば良く、適宜設定することができる。
また、マイコン46は、図10のS410にて、メモリ47内の補正値と、新たに算出した補正値とを比較して、メモリ47内の補正値の更新が必要か否かを判定し、必要と判定した場合に、メモリ47内の補正値を、新たに算出した補正値に書き換える。このため、メモリ47内の補正値を書き換えるための処理負荷を抑制することができ、また、メモリ47の書き換え回数も抑制することができる。例えば、モータ16を交換した場合など、補正値が大きく変わる場合にだけ、メモリ47内の補正値を更新することができる。
また、マイコン46は、図10のS400にて、新たに算出した補正値が所定の範囲内であるか否かにより、その補正値が正常か否かを判定する。そして、マイコン46は、新たに算出した補正値が正常でないと判定した場合には、図10のS440にて、異常報知処理を行う。
このため、例えば、ホールセンサ23u,23v,23wやロータ位置検出回路50や信号配線など、何らかの部分に異常が発生して、新たに算出した補正値が異常な値になった場合に、異常の発生を検知して、使用者に報知することができる。その結果、使用者に対して、当該刈払機2の修理を促すことができる。
尚、本実施形態において、ロータ位置検出回路50は、検出部の一例に相当する。また、マイコン46は、算出部と、記憶処理部と、モータ制御部と、更新判定部と、異常検出部との、各々として機能している。そして、図8のS130と、図10のS310〜S390,S450,S460と、図11のU相ゼロクロス信号割込処理を含む各相ゼロクロス信号割込処理と、図12の第2のU相ホール信号割込処理を含む第2の各相ホール信号割込処理とが、算出部としての処理の一例に相当する。また、図10のS420が、記憶処理部としての処理の一例に相当する。また、図8のS150〜S170と、図9の第1のU相ホール信号割込処理を含む第1の各相ホール信号割込処理とが、モータ制御部としての処理の一例に相当する。また、図10のS410が、更新判定部としての処理の一例に相当する。また、図10のS400,S440が、異常検出部としての処理の一例に相当する。
[他の実施形態]
上記実施形態では、ホールセンサ23u,23v,23wに検出誤差が無ければ、モータ16の惰性回転時において、ホール信号HaU,HaV,HaWのレベル変化タイミングは、ゼロクロス信号ZrU,ZrV,ZrWのレベル変化タイミングと一致するようになっていた。この場合のホールセンサ23u,23v,23wの組み付け位置を、基準位置と言うことにすると、ホールセンサ23u,23v,23wは、基準位置よりも進角側又は遅角側にずらして組み付けられても良い。上記の例では、センサ基板17の組み付け位置を変えることで、ホールセンサ23u,23v,23wの組み付け位置を変えることができる。
例えば、ホールセンサ23u,23v,23wが、基準位置よりも進角側に、電気角で「α°」分だけずらして組み付けられるとする。
この場合、モータ16の惰性回転時において、ホール信号HaU,HaV,HaWのレベル変化は、ゼロクロス信号ZrU,ZrV,ZrWのレベル変化タイミングよりも電気角で「α°」分の時間Tαだけ前に発生することとなる。そして、この場合には、上記実施形態を下記のように変形すれば良い。
U,V、Wの各相のうち、U相を例に挙げて説明すると、マイコン46は、U相ホール信号HaUにレベル変化が生じたタイミングから、電気角で「α°」分の時間Tαだけ後のタイミングを、仮想タイミングとして生成する。その仮想タイミングは、モータ回転速度に基づいて生成することができる。モータ回転速度から上記時間Tαを算出することができるからである。そして、マイコン46は、図12の第2のU相ホール信号割込処理を、上記仮想タイミングにて実行すれば良い。尚、V相、W相についても同様である。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得る。また、前述の数値も一例であり他の値でも良い。
例えば、回転位置センサとしては、ホール素子を用いたものに限らず、例えば磁気抵抗素子など、他の磁電変換素子を用いたセンサでも良い。
モータ16におけるコイルの結線方式は、スター結線に限らず、例えばデルタ結線など、他の結線方式でも良い。
補正値を記憶するメモリ47としては、例えば電源バックアップされたRAMなどでも良い。
電動作業機としては、作業現場での作業に使用されるものであれば良く、例えば、草刈機、チェーンソー、カットオフソー、噴霧機、散布機、ブロワ、集塵機等であっても良いし、ドリル、インパクトドライバ、マルノコ、グラインダ等の電動工具であっても良い。
電動作業機の電源は、交流電源であっても良い。
また、上記実施形態における1つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、1つの構成要素が有する1つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、1つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される1つの機能を、1つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。また、上述した電動作業機の他、当該電動作業機を構成要素とするシステム、当該電動作業機としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の記録媒体、電動作業機用ブラシレスモータの制御方法や、回転位置センサの補正方法など、種々の形態で本発明を実現することもできる。
2…刈払機、4…支持棹、4a…前端、4b…後端、6…前端ユニット、8…後端ユニット、10…ループハンドル、12…グリップ、13…モータハウジング、14…ハウジング本体、15…上面カバー、16…モータ、17…センサ基板、18…ステータ、19…ロータ、20…モータ軸、21…マグネット、22…ロータコア、23u,23v,23w…ホールセンサ、24…ネジ、26…コードホルダ、27…安全カバー、28…カッターコード、29…トリガスイッチ、30…ロックオフレバー、31…操作部、32…表示パネル、34…LED、35…制御装置、36…後端ハウジング、37…バッテリパック、38…バッテリ、41u…U相コイル、41v…V相コイル、41w…W相コイル、43u…U相端子、43v…V相端子、43w…W相端子、45…レギュレータ、46…マイコン、47…メモリ、48…ドライバ回路、49…電流検出回路、50…ロータ位置検出回路。

Claims (7)

  1. 回転子と、巻線を有する固定子と、を備えるブラシレスモータを、動力源として備える電動作業機であって、
    前記回転子の回転に伴う磁界の変化から前記回転子の回転位置を検出する回転位置センサと、
    前記巻線に発生する誘起電圧から前記回転子の回転位置を検出する検出部と、
    前記ブラシレスモータが惰性回転している場合に、前記回転位置センサによる検出結果と前記検出部による検出結果との差を検出し、その差から前記回転位置センサによる検出結果を補正するための補正値を算出する算出部と、
    前記算出部により算出された補正値をメモリに記憶する記憶処理部と、
    を備える、電動作業機。
  2. 請求項1に記載の電動作業機であって、
    前記算出部は、
    前記ブラシレスモータが惰性回転している場合に、前記回転位置センサと前記検出部とが前記回転子の同じ回転位置を検出した各タイミングのずれ量を、前記差として検出するように構成されている、
    電動作業機。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の電動作業機であって、
    前記回転位置センサによる検出結果に基づいて前記ブラシレスモータを制御するモータ制御部を、備え、
    前記モータ制御部は、
    前記回転位置センサによる検出結果を、前記メモリに記憶された補正値により補正して前記ブラシレスモータの制御に使用するように構成されている、
    電動作業機。
  4. 請求項1ないし請求項3の何れか1項に記載の電動作業機であって、
    前記算出部は、
    前記ブラシレスモータの回転速度が所定の下限値以上の場合に、前記差を検出するように構成されている、
    電動作業機。
  5. 請求項4に記載の電動作業機であって、
    前記算出部は、
    前記ブラシレスモータの回転速度が前記下限値以上で、且つ、前記下限値よりも大きい所定の上限値以下の場合に、前記差を検出するように構成されている、
    電動作業機。
  6. 請求項1ないし請求項5の何れか1項に記載の電動作業機であって、
    前記メモリ内の前記補正値と、前記算出部により算出された新たな前記補正値とを比較して、前記メモリ内の前記補正値を更新するか否かを判定する更新判定部、を備え、
    前記記憶処理部は、
    前記更新判定部により肯定判定された場合に、前記メモリ内の前記補正値を、前記新たな補正値に更新するように構成されている、
    電動作業機。
  7. 請求項1ないし請求項6の何れか1項に記載の電動作業機であって、
    前記算出部により算出された前記補正値が所定の範囲内であるか否かにより、前記算出された補正値が正常か否かを判定し、前記算出された補正値が正常でないと判定した場合に、当該電動作業機の使用者に対して異常の発生を報知するための処理を行う異常検出部、を備える、
    電動作業機。
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