JP2022002423A - Motor device - Google Patents

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JP2022002423A JP2018180384A JP2018180384A JP2022002423A JP 2022002423 A JP2022002423 A JP 2022002423A JP 2018180384 A JP2018180384 A JP 2018180384A JP 2018180384 A JP2018180384 A JP 2018180384A JP 2022002423 A JP2022002423 A JP 2022002423A
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克彦 佐藤
Katsuhiko Sato
剛 山口
Takeshi Yamaguchi
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Nidec Corp
Nidec Seimitsu Corp
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • H02P6/16Circuit arrangements for detecting position

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

To provide a motor device improved in motor controlling performance, while reducing cost.SOLUTION: A motor device 10X comprises: a motor 1X having a rotor 11 having a magnetic pole, a stator 12 having a coil with multiple phases and a magnetic pole sensor detecting the magnetic pole; a position detection device 6 detecting positional variation of the rotor 11; and a motor control unit 3 rotating the rotor 11 by switching a conduction pattern conducted to the coil by AC voltage. The motor control unit 3 estimates, on the basis of signal length in at least one first half period of a detected signal of the magnetic pole sensor, a period corresponding to a unit electric angle position being a unit for switching the conduction pattern in a second half period after the first half period. When the estimated period passes, the conduction pattern having varied from the conduction pattern estimated to be switched to the next, on the basis of the detection result of the position detection device 6, is conducted to the coil.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、モータ装置に関する。 The present invention relates to a motor device.

従来のDCブラシレスモータの一例は、特許文献1に開示される。特許文献1のDCブラシレスモータは、4極の磁極を有するロータと、3相の励磁コイルを有するステータと、を備える。ステータには、ロータ位置検出手段として1個のホール素子が配置される。ホール素子からのホール素子信号は、インバータへ送られる。インバータは、ホール素子信号を用いてドライブ信号を形成し、各相の励磁コイルの駆動を行う。 An example of a conventional DC brushless motor is disclosed in Patent Document 1. The DC brushless motor of Patent Document 1 includes a rotor having a four-pole magnetic pole and a stator having a three-phase exciting coil. One Hall element is arranged on the stator as a rotor position detection means. The Hall element signal from the Hall element is sent to the inverter. The inverter forms a drive signal using the Hall element signal and drives the exciting coil of each phase.

ホール素子信号は、1個のホール素子が設置される励磁コイルに対する磁極変化のみを検出しており、ホール素子が設置されないその他の励磁コイルに対する磁極変化は検出されない。そこで、インバータは、ホール素子検出手段と、タイマ手段と、励磁パターン作成手段と、を有する。 The Hall element signal detects only the magnetic pole change for the exciting coil in which one Hall element is installed, and does not detect the magnetic pole change for the other exciting coil in which the Hall element is not installed. Therefore, the inverter has a Hall element detecting means, a timer means, and an excitation pattern creating means.

ホール素子検出手段は、ホール素子信号を波形処理してホール素子検出信号を形成する。タイマ手段は、ホール素子検出信号の周期間隔を測定し、ロータの各極が検出されている時間間隔を測定する。タイマ手段は、測定された上記時間間隔に基づき、実際には測定していないホール素子検出信号を予測し、擬似信号として形成する。励磁パターン作成手段は、形成された上記擬似信号に基づき、励磁パターンを形成する。 The Hall element detecting means corrugates the Hall element signal to form a Hall element detection signal. The timer means measures the cycle interval of the Hall element detection signal and measures the time interval in which each pole of the rotor is detected. The timer means predicts a Hall element detection signal that is not actually measured based on the measured time interval, and forms it as a pseudo signal. The excitation pattern creating means forms an excitation pattern based on the formed pseudo signal.

特開平9−163787号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-163787

上記特許文献1によれば、ホール素子の個数を削減し、コスト削減を図ることはできる。しかしながら、ロータにかかる負荷によって、ホール素子検出信号の予測精度、すなわち擬似信号の正確性が低下する虞があった。この場合、本来形成すべき励磁パターンと異なるパターンが形成されて励磁コイルが駆動されることで、ロータの正常な回転が継続できない虞があった。 According to the above-mentioned Patent Document 1, the number of Hall elements can be reduced and the cost can be reduced. However, the load applied to the rotor may reduce the prediction accuracy of the Hall element detection signal, that is, the accuracy of the pseudo signal. In this case, there is a possibility that normal rotation of the rotor cannot be continued because a pattern different from the originally formed excitation pattern is formed and the excitation coil is driven.

上記状況に鑑み、本発明は、コスト削減を図りつつ、モータの制御性能を向上させることができるモータ装置を提供することを目的とする。 In view of the above situation, it is an object of the present invention to provide a motor device capable of improving the control performance of a motor while reducing costs.

本発明の例示的なモータ装置は、
磁極を有するロータと、
複数相のコイルを有するステータと、
前記磁極を検出する磁極センサと、
を有するモータと、
前記ロータの位置変化を検出する位置検出器と、
交流電圧により前記コイルに通電される通電パターンを切り換えることにより、前記ロータを回転させるモータ制御部と、
を有し、
前記モータ制御部は、前記磁極センサの検出信号の少なくとも1つの第1半周期における信号長に基づき、前記第1半周期よりも後の第2半周期における前記通電パターンを切替える単位である単位電気角位置に相当する期間を推定し、推定された前記期間が経過したときに前記位置検出器の検出結果に基づいて次に切替えるべきと推定される前記通電パターンから変更した前記通電パターンを前記コイルに通電させる。
The exemplary motor device of the present invention is
A rotor with magnetic poles and
A stator with multi-phase coils and
A magnetic pole sensor that detects the magnetic pole and
With a motor and
A position detector that detects a change in the position of the rotor, and
A motor control unit that rotates the rotor by switching the energization pattern that energizes the coil with an AC voltage.
Have,
The motor control unit is a unit for switching the energization pattern in the second half cycle after the first half cycle based on the signal length in at least one first half cycle of the detection signal of the magnetic pole sensor. The coil is changed from the energization pattern estimated to be switched next based on the detection result of the position detector when the period corresponding to the corner position is estimated and the estimated period elapses. Is energized.

本発明の例示的なモータ装置によれば、コスト削減を図りつつ、モータの制御性能を向上させることができる。 According to the exemplary motor device of the present invention, it is possible to improve the control performance of the motor while reducing the cost.

図1は、第1比較例に係るモータ装置の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a motor device according to a first comparative example. 図2は、図1に示すロータの回転位置を電気角で表した一例を示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing an example in which the rotation position of the rotor shown in FIG. 1 is represented by an electric angle. 図3は、第1比較例に係るモータ装置におけるモータの駆動制御を示すタイミングチャートである。FIG. 3 is a timing chart showing motor drive control in the motor device according to the first comparative example. 図4は、第2比較例および本発明の例示的な実施形態に係るモータ装置の構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a motor device according to a second comparative example and an exemplary embodiment of the present invention. 図5は、本発明の例示的な実施形態に係るモータ装置におけるモータの駆動制御を説明するためのタイミングチャートである。FIG. 5 is a timing chart for explaining the drive control of the motor in the motor device according to the exemplary embodiment of the present invention. 図6は、本発明の例示的な実施形態に係るモータ装置におけるモータの駆動制御に関するフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart relating to drive control of a motor in a motor device according to an exemplary embodiment of the present invention. 図7は、本発明の例示的な実施形態に係るモータ装置におけるモータの駆動制御に関するフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart relating to drive control of a motor in a motor device according to an exemplary embodiment of the present invention.

以下に本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

<1.第1比較例に関して>
本発明の例示的な実施形態について述べる前に、まず、本発明に対する比較例に関して説明する。図1は、第1比較例に係るモータ装置10の構成を示す図である。
<1. Regarding the first comparative example>
Before describing an exemplary embodiment of the present invention, first, a comparative example with respect to the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a motor device 10 according to a first comparative example.

図1に示すモータ装置10は、モータ1と、インバータ2と、モータ制御部3と、減速機4と、出力軸5と、位置検出器6と、を有する。モータ装置10は、不図示の筐体を更に有する。モータ1、インバータ2、モータ制御部3、減速機4、出力軸5、および位置検出器6は、上記筐体内に収容される。また、モータ1は、U相端子Tu、V相端子Tv、およびW相端子Twを有する。 The motor device 10 shown in FIG. 1 includes a motor 1, an inverter 2, a motor control unit 3, a speed reducer 4, an output shaft 5, and a position detector 6. The motor device 10 further includes a housing (not shown). The motor 1, the inverter 2, the motor control unit 3, the speed reducer 4, the output shaft 5, and the position detector 6 are housed in the housing. Further, the motor 1 has a U-phase terminal Tu, a V-phase terminal Tv, and a W-phase terminal Tw.

モータ1は、DCブラシレスモータとして構成される。DCブラシレスモータは、コイルに流す電流の切替えをインバータ等の駆動回路によって行うことでブラシおよび整流子を不要としたモータである。 The motor 1 is configured as a DC brushless motor. The DC brushless motor is a motor that does not require a brush and a commutator by switching the current flowing through the coil by a drive circuit such as an inverter.

モータ1は、ロータ11と、ステータ12と、ホール素子H1〜H3と、を有する。ロータ11は、一例として、4極の磁極を有する。具体的には、ロータ11は、N極の永久磁石とS極の永久磁石が交互に周方向に90度ずつの範囲で配置される。なお、周方向とは、ロータ11が回転する回転軸J周りの方向である。また、本実施形態の例では、図1に示すように、ロータ11の回転方向は、図1の紙面で左回り(反時計回り)である。 The motor 1 includes a rotor 11, a stator 12, and Hall elements H1 to H3. The rotor 11 has, as an example, a four-pole magnetic pole. Specifically, in the rotor 11, the permanent magnets of the N pole and the permanent magnets of the S pole are alternately arranged in a range of 90 degrees in the circumferential direction. The circumferential direction is the direction around the rotation axis J where the rotor 11 rotates. Further, in the example of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the rotation direction of the rotor 11 is counterclockwise (counterclockwise) on the paper surface of FIG.

ステータ12は、ステータコア121と、U相コイル12uと、V相コイル12vと、W相コイル12wと、を有する。ステータコア121は、コアバック121Aと、3つのティース121Bと、を有する。コアバック121Aは、ロータ11の外側を周方向に囲む円筒状である。各ティース121Bは、周方向に等間隔に配置される。すなわち、隣接するティース121B間の周方向角度は、120度である。各ティース121Bは、コアバック121Aの内周面からロータ11へ向かって径方向に突出する。なお、径方向とは、回転軸Jに対する径方向である。 The stator 12 has a stator core 121, a U-phase coil 12u, a V-phase coil 12v, and a W-phase coil 12w. The stator core 121 has a core back 121A and three teeth 121B. The core back 121A has a cylindrical shape that surrounds the outside of the rotor 11 in the circumferential direction. The teeth 121B are arranged at equal intervals in the circumferential direction. That is, the circumferential angle between the adjacent teeth 121B is 120 degrees. Each tooth 121B projects radially from the inner peripheral surface of the core back 121A toward the rotor 11. The radial direction is the radial direction with respect to the rotation axis J.

U相コイル12u、V相コイル12v、およびW相コイル12wは、それぞれ各ティース121Bに設けられる。U相コイル12u、V相コイル12v、およびW相コイル12wは、各ティース121Bに導線が巻き回されて構成される。図1に示す例では、U相コイル12uの一端、V相コイル12vの一端、およびW相コイル12wの一端は、一つの中性点で接続される。U相コイル12uの他端は、U相端子Tuに接続される。V相コイル12vの他端は、V相端子Tvに接続される。W相コイル12wの他端は、W相端子Twに接続される。すなわち、U相コイル12u、V相コイル12v、およびW相コイル12wは、所謂スター結線により結線される。 The U-phase coil 12u, the V-phase coil 12v, and the W-phase coil 12w are provided in each tooth 121B, respectively. The U-phase coil 12u, the V-phase coil 12v, and the W-phase coil 12w are configured by winding a conducting wire around each tooth 121B. In the example shown in FIG. 1, one end of the U-phase coil 12u, one end of the V-phase coil 12v, and one end of the W-phase coil 12w are connected at one neutral point. The other end of the U-phase coil 12u is connected to the U-phase terminal Tu. The other end of the V-phase coil 12v is connected to the V-phase terminal Tv. The other end of the W-phase coil 12w is connected to the W-phase terminal Tw. That is, the U-phase coil 12u, the V-phase coil 12v, and the W-phase coil 12w are connected by so-called star connection.

図1の紙面で右回りの周方向に、U相コイル12u、V相コイル12v、およびW相コイル12wが順に配置される。 The U-phase coil 12u, the V-phase coil 12v, and the W-phase coil 12w are arranged in this order in the clockwise direction on the paper surface of FIG.

ホール素子H1〜H3は、磁力によって出力電圧が変化する半導体センサである。ホール素子H1〜H3は、ロータ11の有する永久磁石のN極、S極が接近することにより、出力を切替える。 The Hall elements H1 to H3 are semiconductor sensors whose output voltage changes depending on the magnetic force. The Hall elements H1 to H3 switch their outputs when the north and south poles of the permanent magnets of the rotor 11 approach each other.

図1の紙面で右回りの周方向に、ホール素子H1、ホール素子H2、およびホール素子H3が順に配置される。ホール素子H1、ホール素子H2、およびホール素子H3は、周方向に等間隔に配置される。 The Hall element H1, the Hall element H2, and the Hall element H3 are arranged in this order in the clockwise direction on the paper surface of FIG. The Hall element H1, the Hall element H2, and the Hall element H3 are arranged at equal intervals in the circumferential direction.

ホール素子H1は、V相コイル12vとW相コイル12wとに周方向に挟まれる位置に配置される。ホール素子H1は、V相コイル12vとW相コイル12wとのそれぞれの位置から周方向に60度ずつずれた位置に配置される。ホール素子H2は、W相コイル12wとU相コイル12uとに周方向に挟まれる位置に配置される。ホール素子H2は、W相コイル12wとU相コイル12uとのそれぞれの位置から周方向に60度ずつずれた位置に配置される。ホール素子H3は、U相コイル12uとV相コイル12vとに周方向に挟まれる位置に配置される。ホール素子H3は、U相コイル12uとV相コイル12vとのそれぞれの位置から周方向に60度ずつずれた位置に配置される。 The Hall element H1 is arranged at a position sandwiched between the V-phase coil 12v and the W-phase coil 12w in the circumferential direction. The Hall element H1 is arranged at a position deviated by 60 degrees in the circumferential direction from the respective positions of the V-phase coil 12v and the W-phase coil 12w. The Hall element H2 is arranged at a position sandwiched between the W-phase coil 12w and the U-phase coil 12u in the circumferential direction. The Hall element H2 is arranged at a position deviated by 60 degrees in the circumferential direction from the respective positions of the W-phase coil 12w and the U-phase coil 12u. The Hall element H3 is arranged at a position sandwiched between the U-phase coil 12u and the V-phase coil 12v in the circumferential direction. The Hall element H3 is arranged at a position deviated by 60 degrees in the circumferential direction from the respective positions of the U-phase coil 12u and the V-phase coil 12v.

すなわち、モータ1は、磁極を有するロータ11と、複数相のコイル(12u、12v、12w)と、磁極を検出する磁極センサ(ホール素子H1〜H3)と、を有する。 That is, the motor 1 has a rotor 11 having a magnetic pole, a multi-phase coil (12u, 12v, 12w), and a magnetic pole sensor (Hall elements H1 to H3) for detecting the magnetic pole.

インバータ2は、U相ブリッジ21u、V相ブリッジ21v、W相ブリッジ21w、およびコンデンサ22を有する。インバータ2には、直流電源15による直流電圧Vccが印加される。具体的には、直流電圧Vccは、コンデンサ22の一端に印加される。コンデンサ22の他端には、グランド電位が接続される。すなわち、コンデンサ22の一端側が高電位側、他端側が低電位側となる。 The inverter 2 has a U-phase bridge 21u, a V-phase bridge 21v, a W-phase bridge 21w, and a capacitor 22. A DC voltage Vcc from the DC power supply 15 is applied to the inverter 2. Specifically, the DC voltage Vcc is applied to one end of the capacitor 22. A ground potential is connected to the other end of the capacitor 22. That is, one end side of the capacitor 22 is the high potential side, and the other end side is the low potential side.

U相ブリッジ21uは、高電位側のU相上側スイッチング素子UHと、低電位側のU相下側スイッチング素子ULと、が直列接続されて構成される。V相ブリッジ21vは、高電位側のV相上側スイッチング素子VHと、低電位側のV相下側スイッチング素子VLと、が直列接続されて構成される。W相ブリッジ21wは、高電位側のW相上側スイッチング素子WHと、低電位側のW相下側スイッチング素子WLと、が直列接続されて構成される。すなわち、U相ブリッジ21u、V相ブリッジ21v、およびW相ブリッジ21wは、コンデンサ22に対して並列に接続される。 The U-phase bridge 21u is configured by connecting a U-phase upper switching element UH on the high potential side and a U-phase lower switching element UL on the low potential side in series. The V-phase bridge 21v is configured by connecting a V-phase upper switching element VH on the high potential side and a V-phase lower switching element VL on the low potential side in series. The W-phase bridge 21w is configured by connecting a W-phase upper switching element WH on the high potential side and a W-phase lower switching element WL on the low potential side in series. That is, the U-phase bridge 21u, the V-phase bridge 21v, and the W-phase bridge 21w are connected in parallel to the capacitor 22.

U相ブリッジ21uにおけるU相上側スイッチング素子UHとU相下側スイッチング素子ULとが接続される接続ノードNuは、U相端子Tuに接続される。V相ブリッジ21vにおけるV相上側スイッチング素子VHとV相下側スイッチング素子VLとが接続される接続ノードNvは、V相端子Tvに接続される。W相ブリッジ21wにおけるW相上側スイッチング素子WHとW相下側スイッチング素子WLとが接続される接続ノードNwは、W相端子Twに接続される。 The connection node Nu to which the U-phase upper switching element UH and the U-phase lower switching element UL in the U-phase bridge 21u are connected is connected to the U-phase terminal Tu. The connection node Nv to which the V-phase upper switching element VH and the V-phase lower switching element VL in the V-phase bridge 21v are connected is connected to the V-phase terminal Tv. The connection node Nw to which the W-phase upper switching element WH and the W-phase lower switching element WL in the W-phase bridge 21w are connected is connected to the W-phase terminal Tw.

モータ制御部3は、例えばマイクロプロセッサ等によって構成される。モータ制御部3は、スイッチング信号Su、Sv、Sw、Sx、Sy、Szをインバータ2に出力して、インバータ2を駆動する。 The motor control unit 3 is composed of, for example, a microprocessor or the like. The motor control unit 3 outputs switching signals Su, Sv, Sw, Sx, Sy, and Sz to the inverter 2 to drive the inverter 2.

U相上側スイッチング素子UHは、スイッチング信号Suによってオンオフを切替えられる。スイッチング信号SuがHighレベルの場合、U相上側スイッチング素子UHはオンとなり、スイッチング信号SuがLowレベルの場合、U相上側スイッチング素子UHはオフとなる。 The U-phase upper switching element UH is switched on and off by the switching signal Su. When the switching signal Su is at High level, the U-phase upper switching element UH is turned on, and when the switching signal Su is at Low level, the U-phase upper switching element UH is turned off.

U相下側スイッチング素子ULは、スイッチング信号Sxによってオンオフを切替えられる。スイッチング信号SxがHighレベルの場合、U相下側スイッチング素子ULはオンとなり、スイッチング信号SxがLowレベルの場合、U相下側スイッチング素子ULはオフとなる。 The U-phase lower switching element UL is switched on and off by the switching signal Sx. When the switching signal Sx is at High level, the U-phase lower switching element UL is turned on, and when the switching signal Sx is at Low level, the U-phase lower switching element UL is turned off.

V相上側スイッチング素子VHは、スイッチング信号Svによってオンオフを切替えられる。スイッチング信号SvがHighレベルの場合、V相上側スイッチング素子VHはオンとなり、スイッチング信号SvがLowレベルの場合、V相上側スイッチング素子VHはオフとなる。 The V-phase upper switching element VH can be switched on and off by the switching signal Sv. When the switching signal Sv is at High level, the V-phase upper switching element VH is turned on, and when the switching signal Sv is at Low level, the V-phase upper switching element VH is turned off.

V相下側スイッチング素子VLは、スイッチング信号Syによってオンオフを切替えられる。スイッチング信号SyがHighレベルの場合、V相下側スイッチング素子VLはオンとなり、スイッチング信号SyがLowレベルの場合、V相下側スイッチング素子VLはオフとなる。 The V-phase lower switching element VL can be switched on and off by the switching signal Sy. When the switching signal Sy is at High level, the V-phase lower switching element VL is turned on, and when the switching signal Sy is at Low level, the V-phase lower switching element VL is turned off.

W相上側スイッチング素子WHは、スイッチング信号Swによってオンオフを切替えられる。スイッチング信号SwがHighレベルの場合、W相上側スイッチング素子WHはオンとなり、スイッチング信号SwがLowレベルの場合、W相上側スイッチング素子WHはオフとなる。 The W phase upper switching element WH is switched on and off by the switching signal Sw. When the switching signal Sw is at High level, the W phase upper switching element WH is turned on, and when the switching signal Sw is at Low level, the W phase upper switching element WH is turned off.

W相下側スイッチング素子WLは、スイッチング信号Szによってオンオフを切替えられる。スイッチング信号SzがHighレベルの場合、W相下側スイッチング素子WLはオンとなり、スイッチング信号SzがLowレベルの場合、W相下側スイッチング素子WLはオフとなる。 The W-phase lower switching element WL is switched on and off by the switching signal Sz. When the switching signal Sz is at High level, the W phase lower switching element WL is turned on, and when the switching signal Sz is at Low level, the W phase lower switching element WL is turned off.

モータ制御部3によりスイッチング信号SuがHighレベル、スイッチング信号SxがLowレベルとされた場合、U相上側スイッチング素子UHがオン、U相下側スイッチング素子ULがオフとなり、U相端子Tuには高電位(直流電圧Vcc)が印加される。 When the switching signal Su is set to the High level and the switching signal Sx is set to the Low level by the motor control unit 3, the U-phase upper switching element UH is turned on, the U-phase lower switching element UL is turned off, and the U-phase terminal Tu is high. A potential (DC voltage Vcc) is applied.

モータ制御部3によりスイッチング信号SuがLowレベル、スイッチング信号SxがLowレベルとされた場合、U相上側スイッチング素子UHおよびU相下側スイッチング素子ULともにオフとなり、U相端子Tuにはオープン電位が印加される。 When the switching signal Su is set to the Low level and the switching signal Sx is set to the Low level by the motor control unit 3, both the U-phase upper switching element UH and the U-phase lower switching element UL are turned off, and the U-phase terminal Tu has an open potential. Applied.

モータ制御部3によりスイッチング信号SuがLowレベル、スイッチング信号SxがHighレベルとされた場合、U相上側スイッチング素子UHがオフ、U相下側スイッチング素子ULはオンとなり、U相端子Tuには低電位(グランド電位)が印加される。 When the switching signal Su is set to the Low level and the switching signal Sx is set to the High level by the motor control unit 3, the U-phase upper switching element UH is turned off, the U-phase lower switching element UL is turned on, and the U-phase terminal Tu is low. A potential (ground potential) is applied.

モータ制御部3によるスイッチング信号Su,Sxの上記パターンの切替えにより、U相端子Tuに印加される電位が切替えられ、U相コイル12uの通電パターンが切替えられる。通電パターンに応じてU相コイル12uは励磁される。 By switching the pattern of the switching signals Su and Sx by the motor control unit 3, the potential applied to the U-phase terminal Tu is switched, and the energization pattern of the U-phase coil 12u is switched. The U-phase coil 12u is excited according to the energization pattern.

上述したU相と同様に、モータ制御部3によるスイッチング信号Sv,Syのパターンの切替えにより、V相端子Tvに印加される電位が切替えられ、V相コイル12vの通電パターンが切替えられる。通電パターンに応じてV相コイル12vは励磁される。 Similar to the U phase described above, the potential applied to the V phase terminal Tv is switched by switching the patterns of the switching signals Sv and Sy by the motor control unit 3, and the energization pattern of the V phase coil 12v is switched. The V-phase coil 12v is excited according to the energization pattern.

上述したU相と同様に、モータ制御部3によるスイッチング信号Sw,Szのパターンの切替えにより、W相端子Twに印加される電位が切替えられ、W相コイル12wの通電パターンが切替えられる。通電パターンに応じてW相コイル12wは励磁される。 Similar to the U phase described above, the potential applied to the W phase terminal Tw is switched by switching the patterns of the switching signals Sw and Sz by the motor control unit 3, and the energization pattern of the W phase coil 12w is switched. The W-phase coil 12w is excited according to the energization pattern.

ホール素子H1〜H3の各出力信号は、モータ制御部3に出力される。モータ制御部3は、不図示の増幅回路およびコンパレータを有する。上記各出力信号は、上記増幅回路により増幅され、上記コンパレータにより2値レベルのホール素子検出信号に変換される。 Each output signal of the Hall elements H1 to H3 is output to the motor control unit 3. The motor control unit 3 has an amplifier circuit and a comparator (not shown). Each of the output signals is amplified by the amplifier circuit and converted into a Hall element detection signal having a binary level by the comparator.

モータ制御部3は、ホール素子検出信号により検出されるロータ11の回転位置に応じて、スイッチング信号Su〜Szを制御してU相コイル12u、V相コイル12v、およびW相コイル12wの通電パターンを切替える。これにより、ロータ11に回転力を与えて、ロータ11を回転軸J周りに回転させる。 The motor control unit 3 controls the switching signals Su to Sz according to the rotation position of the rotor 11 detected by the Hall element detection signal, and energizes the U-phase coil 12u, the V-phase coil 12v, and the W-phase coil 12w. To switch. As a result, a rotational force is applied to the rotor 11 to rotate the rotor 11 around the rotation axis J.

なお、モータ1にホール素子の代わりにホールICを備えてもよい。ホールICは、ホール素子、上記増幅回路、および上記コンパレータを1つのチップに集積化したICである。 The motor 1 may be provided with a Hall IC instead of the Hall element. The Hall IC is an IC in which a Hall element, the amplifier circuit, and the comparator are integrated on one chip.

減速機4は、ロータ11の回転速度を減速して出力する。減速機4は、複数段のギヤを有する。ロータ11は、不図示のシャフトを有する。上記シャフトは、減速機4における初段のギヤに接続される。減速機4における最終段のギヤには、出力軸5が接続される。出力軸5は、不図示の被制御体に接続される。 The speed reducer 4 reduces the rotation speed of the rotor 11 and outputs the speed. The speed reducer 4 has a plurality of gears. The rotor 11 has a shaft (not shown). The shaft is connected to the first gear of the speed reducer 4. The output shaft 5 is connected to the final gear of the speed reducer 4. The output shaft 5 is connected to a controlled body (not shown).

すなわち、モータ装置10は、ロータ11の回転を減速して出力する減速機4と、減速機4の出力を被制御体に伝達する出力軸5と、を有する。これにより、例えば被制御体をロボットの腕部とすれば、ロータ11のトルクを減速機4および出力軸5を介して上記腕部に伝達することができる。 That is, the motor device 10 has a speed reducer 4 that slows down the rotation of the rotor 11 and outputs the speed reducer 4, and an output shaft 5 that transmits the output of the speed reducer 4 to the controlled body. Thereby, for example, if the controlled body is the arm portion of the robot, the torque of the rotor 11 can be transmitted to the arm portion via the speed reducer 4 and the output shaft 5.

位置検出器6は、出力軸5の回転位置を検出する。モータ制御部3は、外部から入力される制御信号CSと、位置検出器6による検出結果に基づいて、スイッチング信号Su,Sv,Swを生成し、モータ1を駆動制御する。具体的には、後述するようにスイッチング信号Su,Sv,Swのデューティを制御する。これにより、出力軸5の位置、速度、加速度などの力学的パラメータを目標値に追従させるサーボ制御を行うことができる。すなわち、モータ制御部3は、位置検出器6の検出結果に基づいてコイル(12u,12v,12w)への通電制御を行うことによりサーボ制御を行う。 The position detector 6 detects the rotational position of the output shaft 5. The motor control unit 3 generates switching signals Su, Sv, Sw based on the control signal CS input from the outside and the detection result by the position detector 6, and drives and controls the motor 1. Specifically, the duty of the switching signals Su, Sv, Sw is controlled as described later. This makes it possible to perform servo control to make mechanical parameters such as the position, speed, and acceleration of the output shaft 5 follow the target value. That is, the motor control unit 3 performs servo control by controlling the energization of the coil (12u, 12v, 12w) based on the detection result of the position detector 6.

なお、位置検出器6は、例えば、レゾルバ、インクリメンタルエンコーダ、アブソリュートエンコーダ、磁気センサ、およびポテンショメータのいずれかである。これにより、位置検出器6として、サーボ制御に適したものを用いることができる。 The position detector 6 is, for example, any one of a resolver, an incremental encoder, an absolute encoder, a magnetic sensor, and a potentiometer. As a result, a position detector 6 suitable for servo control can be used.

図2は、図1に示すロータ11の回転位置を電気角で表した一例を示す概念図である。図2では、図1に示すように実際には4極のロータ11を2極として示す。図1に示すロータ11の左回りである回転方向は、図2ではロータ11の右回りの回転方向に相当する。ロータ11におけるN極とS極との境界に沿う矢印ARを判定基準とすると、ホール素子H1の位置を電気角で0度として、0度の位置から右回りに120度だけずれた位置にホール素子H2が位置し、ホール素子H2の位置から更に右回りに120度だけずれた位置にホール素子H3が位置する。 FIG. 2 is a conceptual diagram showing an example in which the rotation position of the rotor 11 shown in FIG. 1 is represented by an electric angle. In FIG. 2, as shown in FIG. 1, a 4-pole rotor 11 is actually shown as a 2-pole. The counterclockwise rotation direction of the rotor 11 shown in FIG. 1 corresponds to the clockwise rotation direction of the rotor 11 in FIG. Using the arrow AR along the boundary between the north and south poles of the rotor 11 as a criterion, the Hall element H1 is set to 0 degrees in terms of electrical angle, and the Hall is displaced clockwise by 120 degrees from the 0 degree position. The Hall element H2 is located, and the Hall element H3 is located at a position further clockwisely displaced by 120 degrees from the position of the Hall element H2.

そして、0度の位置から360度まで右回りに60度ずつ区切られた各範囲は、単位電気角位置P1〜P6である。なお、電気角θEと機械角θMの関係は、θE=(P/2)×θM(Pは極数)で表されるので、図1に示す極数が4極の場合は、θE=2×θMとなる。 Each range divided by 60 degrees clockwise from the 0 degree position to 360 degrees is the unit electric angle position P1 to P6. The relationship between the electric angle θ E and the mechanical angle θ M is expressed by θ E = (P / 2) × θ M (P is the number of poles), so when the number of poles shown in FIG. 1 is four, , Θ E = 2 × θ M.

図3は、図1に示す第1比較例に係るモータ装置10におけるモータ1の駆動制御を示すタイミングチャートである。図3に示すように、先述した単位電気角位置P1〜P6に応じてホール素子H1〜H3のホール素子検出信号SH1〜SH3のレベルが切替わる。 FIG. 3 is a timing chart showing drive control of the motor 1 in the motor device 10 according to the first comparative example shown in FIG. As shown in FIG. 3, the levels of the Hall element detection signals SH1 to SH3 of the Hall elements H1 to H3 are switched according to the unit electric angle positions P1 to P6 described above.

具体的には、ホール素子検出信号SH1は、単位電気角位置P1〜P3においてHighレベルとなり、単位電気角位置P4〜P6においてLowレベルとなる。ホール素子検出信号SH2は、単位電気角位置P3〜P5においてHighレベルとなり、単位電気角位置P1,P2,P6においてLowレベルとなる。ホール素子検出信号SH3は、単位電気角位置P1,P5,P6においてHighレベルとなり、単位電気角位置P2〜P4においてLowレベルとなる。 Specifically, the Hall element detection signal SH1 has a high level at the unit electric angle positions P1 to P3 and a low level at the unit electric angle positions P4 to P6. The Hall element detection signal SH2 has a high level at the unit electric angle positions P3 to P5 and a low level at the unit electric angle positions P1, P2, and P6. The Hall element detection signal SH3 has a high level at the unit electric angle positions P1, P5, P6 and a low level at the unit electric angle positions P2 to P4.

これにより、ホール素子検出信号SH1〜SH3の立上りエッジおよび立下りエッジを検出することで単位電気角位置P1〜P6を検出することができる。モータ制御部3は、ホール素子検出信号SH1〜SH3に基づき単位電気角位置P1〜P6を検出し、検出された単位電気角位置に応じたスイッチング信号Su〜Szを生成する。図3に、スイッチング信号Su〜Szの切替えを示す。これにより、単位電気角位置に応じてロータ11に適切な回転力を与え、ロータ11の回転を継続させることができる。 Thereby, the unit electric angle positions P1 to P6 can be detected by detecting the rising edge and the falling edge of the Hall element detection signals SH1 to SH3. The motor control unit 3 detects the unit electric angle positions P1 to P6 based on the Hall element detection signals SH1 to SH3, and generates switching signals Su to Sz according to the detected unit electric angle positions. FIG. 3 shows switching of switching signals Su to Sz. As a result, an appropriate rotational force can be applied to the rotor 11 according to the unit electric angle position, and the rotation of the rotor 11 can be continued.

具体的には、U相のスイッチング信号Su,Sxについては、単位電気角位置P1〜P2では、スイッチング信号Suをパルス状、SxをLowレベルとし、単位電気角位置P4〜P5では、スイッチング信号SuをLowレベル、SxをHighレベルとし、単位電気角位置P3,P6では、スイッチング信号Su,SxともにLowレベルとする。 Specifically, for the U-phase switching signals Su and Sx, the switching signals Su are pulsed and Sx is the Low level at the unit electric angle positions P1 to P2, and the switching signals Su are set at the unit electric angle positions P4 to P5. Is set to Low level, Sx is set to High level, and at the unit electric angle positions P3 and P6, both the switching signals Su and Sx are set to Low level.

V相のスイッチング信号Sv,Syについては、単位電気角位置P3〜P4では、スイッチング信号Svをパルス状、SyをLowレベルとし、単位電気角位置P1,P6では、スイッチング信号SvをLowレベル、SyをHighレベルとし、単位電気角位置P2,P5では、スイッチング信号Sv,SyともにLowレベルとする。 Regarding the V-phase switching signals Sv and Sy, at the unit electric angle positions P3 to P4, the switching signal Sv is pulsed and Sy is the Low level, and at the unit electric angle positions P1 and P6, the switching signals Sv are the Low level and Sy. Is the High level, and at the unit electrical angle positions P2 and P5, both the switching signals Sv and Sy are set to the Low level.

W相のスイッチング信号Sw,Szについては、単位電気角位置P5〜P6では、スイッチング信号Swをパルス状、SzをLowレベルとし、単位電気角位置P2〜P3では、スイッチング信号SwをLowレベル、SzをHighレベルとし、単位電気角位置P1,P4では、スイッチング信号Sw,SzともにLowレベルとする。 Regarding the W-phase switching signals Sw and Sz, at the unit electric angle positions P5 to P6, the switching signal Sw is pulsed and Sz is the Low level, and at the unit electric angle positions P2 to P3, the switching signal Sw is the Low level and Sz. Is the High level, and at the unit electrical angle positions P1 and P4, both the switching signals Sw and Sz are set to the Low level.

すなわち、モータ制御部3は、交流電圧によりコイル(12u,12v,12w)に通電される通電パターンを切り換えることにより、ロータ11を回転させる。 That is, the motor control unit 3 rotates the rotor 11 by switching the energization pattern in which the coil (12u, 12v, 12w) is energized by the AC voltage.

このように、各相とも、120度の電気角区間でスイッチング信号をHighレベルとするので、図3に示す駆動方式は120度通電方式と称される。なお、スイッチング信号Su,Sv,Swにおいてパルス状とするときは、先述したサーボ制御によるデューティ制御を反映させる。 As described above, since the switching signal is set to the high level in the electric angle section of 120 degrees in each phase, the drive method shown in FIG. 3 is referred to as a 120 degree energization method. When the switching signals Su, Sv, and Sw are pulsed, the duty control by the servo control described above is reflected.

<2.第2比較例に関して>
図3に示すホール素子H1〜H3を用いた駆動方法により、単位電気角位置を逐次検出して適切な駆動信号をモータ1に与え、モータ1を駆動制御することができる。しかしながら、必要なホール素子の個数が多くなるので、コストの面では不利である。
<2. Regarding the second comparative example>
By the driving method using the Hall elements H1 to H3 shown in FIG. 3, the unit electric angle position is sequentially detected, an appropriate driving signal is given to the motor 1, and the motor 1 can be driven and controlled. However, since the number of Hall elements required is large, it is disadvantageous in terms of cost.

そこで、図4に示す第2比較例に係るモータ装置10Xでは、先述した第1比較例に係るモータ装置10との構成上の相違点として、モータ1Xにおいて、設けるホール素子は1個のホール素子H1としている。 Therefore, in the motor device 10X according to the second comparative example shown in FIG. 4, the Hall element provided in the motor 1X is one Hall element as a structural difference from the motor device 10 according to the first comparative example described above. It is set to H1.

第2比較例に係るモータ装置10Xにおける駆動制御を図3を用いて説明する。なお、第2比較例において、図3で図示されるホール素子検出信号SH2,SH3は、生成されない。モータ制御部3は、ホール素子検出信号SH1の立上りタイミングから立下りタイミングまでの期間ΔT1を計測する。そして、モータ制御部3は、期間ΔT1を3等分することにより、単位電気角位置に相当する期間Δt2を推定する。 The drive control in the motor device 10X according to the second comparative example will be described with reference to FIG. In the second comparative example, the Hall element detection signals SH2 and SH3 shown in FIG. 3 are not generated. The motor control unit 3 measures the period ΔT1 from the rising timing to the falling timing of the Hall element detection signal SH1. Then, the motor control unit 3 estimates the period Δt2 corresponding to the unit electric angle position by dividing the period ΔT1 into three equal parts.

モータ制御部3は、ホール素子検出信号SH1が立下るタイミングtaから期間Δt2が経過したタイミングtbで、次に切替えるべきと推定される単位電気角位置P5でのスイッチング信号Su〜Szのパターン(通電パターン)を生成してインバータ2へ出力する。さらに、モータ制御部3は、タイミングtbから期間Δt2が経過したタイミングtcで、次に切替えるべきと推定される単位電気角位置P6でのスイッチング信号Su〜Szのパターンを生成してインバータ2へ出力する。 The motor control unit 3 has a pattern of switching signals Su to Sz (energization) at the unit electric angle position P5 estimated to be switched next at the timing tb in which the period Δt2 has elapsed from the timing ta at which the Hall element detection signal SH1 falls. Pattern) is generated and output to the inverter 2. Further, the motor control unit 3 generates a pattern of switching signals Su to Sz at the unit electric angle position P6 estimated to be switched next at the timing ct when the period Δt2 has elapsed from the timing tb and outputs the pattern to the inverter 2. do.

このようにすれば、必要なホール素子を1個としてコスト削減を図りつつ、モータ1Xの駆動制御を行うことができる。しかしながら、出力軸5に接続される負荷の状況によっては推定された期間Δt2が実際の値からずれる場合がある。例えば、負荷が急に大きくなって推定された期間Δt2よりも実際の値がかなり大きくなる場合、負荷によってロータ11の回転が停止する場合、負荷によってロータ11が逆転した場合などである。このような場合に、タイミングtbまたはtcにおいて、次に切替えるべきと推定される通電パターンによりモータ1Xを駆動すると、各相のコイル12u,12v,12Wからロータ11へ適切な回転力を与えることができなくなり、正常なロータ11の回転の継続が困難となる。 By doing so, it is possible to control the drive of the motor 1X while reducing the cost by using only one required Hall element. However, the estimated period Δt2 may deviate from the actual value depending on the condition of the load connected to the output shaft 5. For example, when the load suddenly increases and the actual value becomes considerably larger than the estimated period Δt2, the rotation of the rotor 11 is stopped by the load, the rotor 11 is reversed by the load, and so on. In such a case, when the motor 1X is driven by the energization pattern presumed to be switched next at the timing tb or tc, an appropriate rotational force can be applied to the rotor 11 from the coils 12u, 12v, 12W of each phase. It becomes impossible to continue the normal rotation of the rotor 11.

なお、ホール素子検出信号SH1の立上りタイミングから立下りタイミングまでの期間ΔT1と同様に、ホール素子検出信号SH1の立下りタイミングから立上りタイミングまでの期間ΔT2を計測して、期間ΔT2を3等分して単位電気角位置に相当する期間を推定することも行われる。 Similar to the period ΔT1 from the rising timing to the falling timing of the Hall element detection signal SH1, the period ΔT2 from the falling timing to the rising timing of the Hall element detection signal SH1 is measured, and the period ΔT2 is divided into three equal parts. It is also performed to estimate the period corresponding to the unit electric angle position.

<3.本発明の例示的な実施形態に関して>
先述した第1比較例および第2比較例を踏まえて、本発明の例示的な実施形態について説明する。本発明の例示的な実施形態に係るモータ装置の構成は、図4に示すモータ装置10Xと同様である。すなわち、必要なホール素子を1個のホール素子H1として、コスト削減を図っている。第2比較例と異なるのは、モータ制御部3による制御方法である。より具体的には、本実施形態では、サーボ制御とは別に、モータ1Xの駆動制御に位置検出器6を用いる。
<3. Regarding an exemplary embodiment of the present invention>
An exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to the first comparative example and the second comparative example described above. The configuration of the motor device according to the exemplary embodiment of the present invention is the same as that of the motor device 10X shown in FIG. That is, the required Hall element is used as one Hall element H1 to reduce the cost. What is different from the second comparative example is the control method by the motor control unit 3. More specifically, in the present embodiment, the position detector 6 is used for the drive control of the motor 1X separately from the servo control.

モータ1Xにおけるロータ11は、減速機4を介して出力軸6に接続される。これにより、減速機4の減速比をnとすると、出力軸6が1回転する間にロータ11はn回転する。位置検出器6は、ロータ11の位置変化を検出する。 The rotor 11 in the motor 1X is connected to the output shaft 6 via the speed reducer 4. As a result, assuming that the reduction ratio of the speed reducer 4 is n, the rotor 11 rotates n times while the output shaft 6 makes one rotation. The position detector 6 detects a change in the position of the rotor 11.

本実施形態に係るモータ制御部3による制御方法について、図6および図7に示すフローチャートに沿って説明する。なお、図5に示すタイミングチャートも参照する。図5で示す位置検出器6の検出値PDは、デジタル値を示す。 The control method by the motor control unit 3 according to the present embodiment will be described with reference to the flowcharts shown in FIGS. 6 and 7. The timing chart shown in FIG. 5 is also referred to. The detection value PD of the position detector 6 shown in FIG. 5 indicates a digital value.

図6に示すフローチャートが開始されると、ステップS1で、モータ制御部3は、ホール素子検出信号SH1の立上りタイミングから立下りタイミングまでの期間ΔT1を計測した場合、計測された期間ΔT1を3等分することにより単位電気角位置に相当する期間Δtを推定し、推定された期間Δtが経過したかを判定する。未だ期間Δtが経過していなければ(ステップS1のN)、判定を継続し、期間Δtが経過すると(ステップS1のY)、ステップS2に進む。 When the flowchart shown in FIG. 6 is started, in step S1, when the motor control unit 3 measures the period ΔT1 from the rise timing to the fall timing of the Hall element detection signal SH1, the measured period ΔT1 is set to 3 or the like. By dividing, the period Δt corresponding to the unit electric angle position is estimated, and it is determined whether the estimated period Δt has elapsed. If the period Δt has not elapsed (N in step S1), the determination is continued, and if the period Δt has elapsed (Y in step S1), the process proceeds to step S2.

ステップS2で、モータ制御部3は、位置検出器6の検出値PDは、Δt経過前に比べてロータ11の正転方向に変化しているかを判定する。正転方向は、単位電気角位置がP1からP6へ向かう方向である。もし正転方向に変化していれば(ステップS2のY)、ステップS3に進み、モータ制御部3は、スイッチング信号Su〜Szのパターン(以下、スイッチパターン)を単位電気角位置P4用からP5用へ切替える。一方、正転方向に変化していなければ(ステップS2のN)、後述するステップS9(図7)へ進む。 In step S2, the motor control unit 3 determines whether the detection value PD of the position detector 6 has changed in the forward rotation direction of the rotor 11 as compared with before the elapse of Δt. The normal rotation direction is the direction in which the unit electrical angle position is from P1 to P6. If it changes in the forward rotation direction (Y in step S2), the process proceeds to step S3, and the motor control unit 3 changes the pattern of the switching signals Su to Sz (hereinafter referred to as the switch pattern) from the unit electric angle position P4 to P5. Switch to. On the other hand, if it does not change in the forward rotation direction (N in step S2), the process proceeds to step S9 (FIG. 7) described later.

ステップS3の次にステップS4で、モータ制御部3は、期間Δtが経過したかを判定する。未だ期間Δtが経過していなければ(ステップS4のN)、判定を継続し、期間Δtが経過すると(ステップS4のY)、ステップS5に進む。 In step S4 after step S3, the motor control unit 3 determines whether the period Δt has elapsed. If the period Δt has not elapsed (N in step S4), the determination is continued, and if the period Δt has elapsed (Y in step S4), the process proceeds to step S5.

ステップS5で、モータ制御部3は、位置検出器6の検出値PDは、Δt経過前に比べてロータ11の正転方向に変化しているかを判定する。もし正転方向に変化していれば(ステップS5のY)、ステップS6に進み、モータ制御部3は、スイッチパターンを単位電気角位置P5用からP6用へ切替える。一方、正転方向に変化していなければ(ステップS5のN)、後述するステップS9へ進む。 In step S5, the motor control unit 3 determines whether the detection value PD of the position detector 6 has changed in the forward rotation direction of the rotor 11 as compared with before the elapse of Δt. If it changes in the forward rotation direction (Y in step S5), the process proceeds to step S6, and the motor control unit 3 switches the switch pattern from the unit electric angle position P5 to P6. On the other hand, if it does not change in the forward rotation direction (N in step S5), the process proceeds to step S9, which will be described later.

ステップS6の後、モータ制御部3は、ホール素子検出信号SH1のレベルに変化があるかを判定する。すなわち、ホール素子検出信号SH1のレベルが立上がる変化があるかを判定する。もし、変化がある場合は(ステップS7のY)、ステップS8に進み、モータ制御部3は、スイッチパターンを単位電気角位置P6用からP1用へ切替える。ステップS8の次は、ステップS1へ戻る。 After step S6, the motor control unit 3 determines whether or not there is a change in the level of the Hall element detection signal SH1. That is, it is determined whether or not there is a change in the level of the Hall element detection signal SH1. If there is a change (Y in step S7), the process proceeds to step S8, and the motor control unit 3 switches the switch pattern from the unit electric angle position P6 to P1. After step S8, the process returns to step S1.

もしホール素子検出信号SH1のレベルに変化がなかった場合は(ステップS7のN)、ステップS9へ進む。 If there is no change in the level of the Hall element detection signal SH1 (N in step S7), the process proceeds to step S9.

ステップS9で、モータ制御部3は、位置検出器6の検出値PDの変化が所定値以下であって実質的に検出値の変化がないか、または、位置検出器6の検出値PDの変化が所定値以下ではないがロータ11の逆転を示すかを判定する。逆転は、正転方向とは逆方向の回転である。 In step S9, the motor control unit 3 indicates that the change in the detection value PD of the position detector 6 is equal to or less than a predetermined value and there is substantially no change in the detection value, or the change in the detection value PD of the position detector 6 Is not less than or equal to a predetermined value, but it is determined whether or not indicates reversal of the rotor 11. Reverse rotation is rotation in the direction opposite to the forward rotation direction.

もし検出値PDの変化が所定値以下であった場合は、負荷によってロータ11の正転方向への回転が阻止されている可能性がある。なお、これはロータ11の回転が停止されている場合も含む。この場合、ステップS10へ進み、モータ制御部3は、スイッチパターンを現状のスイッチパターンで維持する。そして、ステップS11に進み、モータ制御部3は、位置検出器6の検出値PDにロータ11の正転方向の変化が生じたかを判定する。もし正転方向の変化が生じた場合は(ステップS11のY)、ステップS12へ進む。ステップS12で、現状のスイッチパターンがP6用であるかを判定し、もしそうでない場合は(ステップS12のN)、現状の次の単位電気角位置でのスイッチパターンに切替えた上で、ステップS4またはS7へ進む。一方、現状のスイッチングパターンがP6用である場合は(ステップS12のY)、ステップS7へ進む。 If the change in the detected value PD is not more than a predetermined value, it is possible that the load prevents the rotor 11 from rotating in the forward rotation direction. This includes the case where the rotation of the rotor 11 is stopped. In this case, the process proceeds to step S10, and the motor control unit 3 maintains the switch pattern with the current switch pattern. Then, the process proceeds to step S11, and the motor control unit 3 determines whether or not the detection value PD of the position detector 6 has changed in the normal rotation direction of the rotor 11. If a change in the forward rotation direction occurs (Y in step S11), the process proceeds to step S12. In step S12, it is determined whether the current switch pattern is for P6, and if not (N in step S12), the switch pattern is switched to the current switch pattern at the next unit electric angle position, and then step S4. Or proceed to S7. On the other hand, if the current switching pattern is for P6 (Y in step S12), the process proceeds to step S7.

また、ステップS11で、位置検出器6の検出値PDにロータ11の正転方向の変化が生じない場合は(ステップS11のN)、ステップS9で検出値PDに変化はないが、ロータ11は負荷によって逆転している可能性がある。減速機4によって出力軸5の回転角度は、ロータ11の回転角度よりも小さくなるので、位置検出器6の検出値PDに変化がない場合でも、ロータ11が逆転している可能性がある。 If the detection value PD of the position detector 6 does not change in the normal rotation direction of the rotor 11 in step S11 (N in step S11), the detection value PD does not change in step S9, but the rotor 11 does not change. It may be reversed due to the load. Since the rotation angle of the output shaft 5 is smaller than the rotation angle of the rotor 11 by the speed reducer 4, there is a possibility that the rotor 11 is reversed even if the detection value PD of the position detector 6 does not change.

この場合、ステップS13に進み、モータ制御部3は、現状のスイッチングパターンよりも単位電気角位置が1つ前のスイッチングパターンにスイッチングパターンを戻す。その後、現状の次の単位電気角位置でのスイッチパターンに切替えた上で、ステップS1、S4、またはS7へ進む。 In this case, the process proceeds to step S13, and the motor control unit 3 returns the switching pattern to the switching pattern whose unit electric angle position is one before the current switching pattern. Then, after switching to the switch pattern at the current next unit electric angle position, the process proceeds to steps S1, S4, or S7.

また、ステップS9で、位置検出器6の検出値PDの変化がロータ11の逆転を示す場合は、ステップS13に進み、モータ制御部3は、現状のスイッチングパターンよりも単位電気角位置が1つ前のスイッチングパターンにスイッチングパターンを戻す。その後、現状の次の単位電気角位置でのスイッチパターンに切替えた上で、ステップS1、S4、またはS7へ進む。 If the change in the detection value PD of the position detector 6 indicates the reversal of the rotor 11 in step S9, the process proceeds to step S13, and the motor control unit 3 has one unit electric angle position than the current switching pattern. Returns the switching pattern to the previous switching pattern. Then, after switching to the switch pattern at the current next unit electric angle position, the process proceeds to steps S1, S4, or S7.

例えば、図5に示す例では、ステップS4で期間Δtが経過したタイミングtcにおいて、位置検出器6の検出値PDに変化がない場合を示す。この場合、ステップS10へ進み、スイッチパターンが現状のスイッチパターン(P5用)に維持される。これにより、検出値PDに正転方向の変化があった場合は(ステップS11のY)、スイッチパターンがP6用に切替えられてステップS7へ進む。一方、検出値PDに正転方向の変化が生じない場合は(ステップS11のN)、スイッチパターンが現状より単位電気角位置が1つ前のスイッチパターン(P4用)に切替えられる(ステップS13)。その後、スイッチパターンがP5用に切替えられてステップS4へ進む。 For example, in the example shown in FIG. 5, the case where the detection value PD of the position detector 6 does not change at the timing ct when the period Δt has elapsed in step S4 is shown. In this case, the process proceeds to step S10, and the switch pattern is maintained at the current switch pattern (for P5). As a result, when the detected value PD changes in the normal rotation direction (Y in step S11), the switch pattern is switched for P6 and the process proceeds to step S7. On the other hand, if the detected value PD does not change in the normal rotation direction (N in step S11), the switch pattern is switched to the switch pattern (for P4) whose unit electrical angle position is one before the current state (step S13). .. After that, the switch pattern is switched for P5, and the process proceeds to step S4.

なお、ステップS1で、モータ制御部3は、ホール素子検出信号SH1の立下りタイミングから立上りタイミングまでの期間ΔT2を計測した場合、計測された期間ΔT2を3等分することにより単位電気角位置に相当する期間Δtを推定し、推定された期間Δtが経過したかを判定する。この場合、ステップS3でスイッチパターンは単位電気角位置P1用からP2用へ切替えられ、ステップS6でスイッチパターンは単位電気角位置P2用からP3用へ切替えられ、ステップS8でスイッチパターンは単位電気角位置P3用からP4用へ切替えられる。また、ステップS14で、現状のスイッチパターンがP3用であるかを判定される。また、ステップS7で、ホール素子検出信号SH1のレベルが立下がる変化があるかを判定する。 When the motor control unit 3 measures the period ΔT2 from the falling timing to the rising timing of the Hall element detection signal SH1 in step S1, the measured period ΔT2 is divided into three equal parts to obtain the unit electric angle position. The corresponding period Δt is estimated, and it is determined whether the estimated period Δt has elapsed. In this case, the switch pattern is switched from the unit electric angle position P1 to P2 in step S3, the switch pattern is switched from the unit electric angle position P2 to P3 in step S6, and the switch pattern is the unit electric angle in step S8. The position is switched from P3 to P4. Further, in step S14, it is determined whether the current switch pattern is for P3. Further, in step S7, it is determined whether or not there is a change in the level of the Hall element detection signal SH1.

すなわち、モータ制御部3は、ホール素子H1(磁極センサ)の検出信号SH1の1つの第1半周期における信号長(ΔT1またはΔT2)に基づき、第1半周期よりも後の第2半周期における通電パターンを切替える単位である単位電気角位置に相当する期間Δtを推定し、推定された期間Δtが経過したときに位置検出器6の検出結果に基づいて次に切替えるべきと推定される通電パターンから変更した通電パターンをコイル(12u,12v,12w)に通電させる。 That is, the motor control unit 3 is based on the signal length (ΔT1 or ΔT2) in one first half cycle of the detection signal SH1 of the Hall element H1 (magnetic pole sensor) in the second half cycle after the first half cycle. The period Δt corresponding to the unit electric angle position, which is the unit for switching the energization pattern, is estimated, and when the estimated period Δt elapses, the energization pattern estimated to be switched next based on the detection result of the position detector 6. The coil (12u, 12v, 12w) is energized with the energization pattern changed from.

これにより、モータ1Xにかかる負荷によって単位電気角位置に相当する期間の推定値Δtが実際の値からずれた場合でも、適切な通電パターンをコイル(12u,12v,12w)に通電させることにより、ロータ11の正常な回転を継続し易くすることができる。すなわち、磁極センサ(ホール素子)の個数を削減してコスト削減を図りつつ、モータの制御性能を向上させることができる。 As a result, even if the estimated value Δt for the period corresponding to the unit electric angle position deviates from the actual value due to the load applied to the motor 1X, the coil (12u, 12v, 12w) is energized with an appropriate energization pattern. It is possible to facilitate the continuation of normal rotation of the rotor 11. That is, it is possible to improve the control performance of the motor while reducing the number of magnetic pole sensors (Hall elements) to reduce the cost.

また、上記実施形態では、第1半周期は、第2半周期の直前における1つの半周期(ΔT1またはΔT2)を含む。これにより、簡易な演算によって第2半周期での単位電気角位置に相当する期間を推定することができる。 Further, in the above embodiment, the first half cycle includes one half cycle (ΔT1 or ΔT2) immediately before the second half cycle. Thereby, the period corresponding to the unit electric angle position in the second half cycle can be estimated by a simple calculation.

また、モータ制御部3は、推定された期間Δtが経過したときに、位置検出器6の検出値PDの変化が所定値以下であると判定した場合に、現状の通電パターンを維持してコイル(12u,12v,12w)に通電させる(ステップS10)。 Further, when the motor control unit 3 determines that the change in the detection value PD of the position detector 6 is equal to or less than a predetermined value when the estimated period Δt elapses, the motor control unit 3 maintains the current energization pattern and the coil. (12u, 12v, 12w) is energized (step S10).

これにより、負荷によってロータ11の回転が妨げられた場合に、コイルの励磁によってロータ11へ回転力を適切に与えることができる。 As a result, when the rotation of the rotor 11 is hindered by the load, the rotational force can be appropriately applied to the rotor 11 by the excitation of the coil.

また、モータ制御部3は、現状の通電パターンを維持してコイル(12u,12v,12w)に通電させた後、位置検出器6の検出値の変化が前記所定値以下であると判定した場合に、現状の通電パターンよりも単位電気角位置が1つ前の通電パターンをコイル(12u,12v,12w)に通電させる(ステップS13)。 Further, when the motor control unit 3 maintains the current energization pattern and energizes the coil (12u, 12v, 12w), and then determines that the change in the detection value of the position detector 6 is equal to or less than the predetermined value. In addition, the coil (12u, 12v, 12w) is energized with the energization pattern one unit electric angle position before the current energization pattern (step S13).

これにより、負荷が大きくかかることによってロータ11が逆転した場合でも、コイルの励磁によってロータ11へ回転力を適切に与えることができる。 As a result, even when the rotor 11 is reversed due to a large load, it is possible to appropriately apply a rotational force to the rotor 11 by exciting the coil.

またこのとき、減速機4による減速比によってロータ11の回転角度に対して出力軸5の回転角度は小さくなるので、位置検出器6の検出値の変化量が所定値以下である場合でもロータ11が逆転した状態である可能性があり、ロータ11の逆転に適した通電パターンを試行することができる。 Further, at this time, since the rotation angle of the output shaft 5 becomes smaller than the rotation angle of the rotor 11 due to the reduction ratio by the reduction gear 4, the rotor 11 is used even when the change amount of the detection value of the position detector 6 is equal to or less than a predetermined value. May be in a reversed state, and an energization pattern suitable for the reverse rotation of the rotor 11 can be tried.

また、モータ制御部3は、推定された期間Δtが経過したときに、位置検出器6の検出値PDの変化に基づきロータ11の逆転を検出した場合に、現状の通電パターンよりも単位電気角位置が1つ前の通電パターンをコイル(12u,12v,12w)に通電させる(ステップS13)。 Further, when the motor control unit 3 detects the reversal of the rotor 11 based on the change in the detection value PD of the position detector 6 when the estimated period Δt has elapsed, the unit electric angle is higher than the current energization pattern. The coil (12u, 12v, 12w) is energized with the energization pattern one position before (step S13).

これにより、負荷が大きくかかることによってロータ11が逆転した場合でも、コイルの励磁によってロータ11へ回転力を適切に与えることができる。 As a result, even when the rotor 11 is reversed due to a large load, it is possible to appropriately apply a rotational force to the rotor 11 by exciting the coil.

また、本実施形態であれば、出力軸5のサーボ制御に用いる位置検出器6を図6および図7で示した制御に兼用することができる。 Further, in the present embodiment, the position detector 6 used for the servo control of the output shaft 5 can also be used for the control shown in FIGS. 6 and 7.

<4.その他>
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内であれば、実施形態は種々の変更が可能である。
<4. Others>
Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments can be changed in various ways within the scope of the gist of the present invention.

例えば、期間Δtの推定は、1つの第1半周期(ΔT1またはΔT2)に限らず、複数の第1半周期に基づいて行ってもよい。すなわち、モータ制御部3は、ホール素子H1(磁極センサ)の検出信号SH1の少なくとも1つの第1半周期における信号長に基づき、第1半周期よりも後の第2半周期における通電パターンを切替える単位である単位電気角位置に相当する期間Δtを推定することが可能である。 For example, the estimation of the period Δt is not limited to one first half cycle (ΔT1 or ΔT2), and may be performed based on a plurality of first half cycles. That is, the motor control unit 3 switches the energization pattern in the second half cycle after the first half cycle based on the signal length in at least one first half cycle of the detection signal SH1 of the Hall element H1 (pole pole sensor). It is possible to estimate the period Δt corresponding to the unit electric angle position which is the unit.

具体的には、例えば、ΔT1およびΔT2をそれぞれ少なくとも1つ含む複数の第1半周期における信号長の平均値または変化量に基づき、期間Δtを推定する。すなわち、モータ制御部3は、複数の第1半周期における信号長の平均値または変化量に基づき、第2半周期における単位電気角位置に相当する期間Δtを推定する。これにより、より精度良く第2半周期での単位電気角位置に相当する期間Δtを推定することができる。 Specifically, for example, the period Δt is estimated based on the average value or the amount of change in the signal length in a plurality of first half cycles including at least one of ΔT1 and ΔT2. That is, the motor control unit 3 estimates the period Δt corresponding to the unit electric angle position in the second half cycle based on the average value or the amount of change of the signal lengths in the plurality of first half cycles. Thereby, the period Δt corresponding to the unit electric angle position in the second half cycle can be estimated more accurately.

また、本発明は、120度通電方式に限らず、150度通電などのオーバーラップ通電、または正弦波通電などに適用することも可能である。 Further, the present invention is not limited to the 120-degree energization method, and can be applied to overlap energization such as 150-degree energization, sine wave energization, and the like.

本発明は、例えば、ロボット用のモータ装置に利用することができる。 The present invention can be used, for example, in a motor device for a robot.

1、1X・・・モータ、11・・・ロータ、12・・・ステータ、121・・・ステータコア、121A・・・コアバック、121B・・・ティース、12u・・・U相コイル、12v・・・V相コイル、12w・・・W相コイル、2・・・インバータ、21u・・・U相ブリッジ、21v・・・V相ブリッジ、21w・・・W相ブリッジ、UH・・・U相上側スイッチング素子、VH・・・V相上側スイッチング素子、WH・・・W相上側スイッチング素子、UL・・・U相下側スイッチング素子、VL・・・V相下側スイッチング素子、WL・・・W相下側スイッチング素子、3・・・モータ制御部、4・・・減速機、5・・・出力軸、6・・・位置検出器、10、10X・・・モータ装置 1,1X ... motor, 11 ... rotor, 12 ... stator, 121 ... stator core, 121A ... core back, 121B ... teeth, 12u ... U-phase coil, 12v ... V-phase coil, 12w ... W-phase coil, 2 ... Inverter, 21u ... U-phase bridge, 21v ... V-phase bridge, 21w ... W-phase bridge, UH ... U-phase upper Switching element, VH ... V phase upper switching element, WH ... W phase upper switching element, UL ... U phase lower switching element, VL ... V phase lower switching element, WL ... W Phase lower switching element, 3 ... motor control unit, 4 ... reducer, 5 ... output shaft, 6 ... position detector, 10, 10X ... motor device

Claims (9)

磁極を有するロータと、
複数相のコイルを有するステータと、
前記磁極を検出する磁極センサと、
を有するモータと、
前記ロータの位置変化を検出する位置検出器と、
交流電圧により前記コイルに通電される通電パターンを切り換えることにより、前記ロータを回転させるモータ制御部と、
を有し、
前記モータ制御部は、前記磁極センサの検出信号の少なくとも1つの第1半周期における信号長に基づき、前記第1半周期よりも後の第2半周期における前記通電パターンを切替える単位である単位電気角位置に相当する期間を推定し、推定された前記期間が経過したときに前記位置検出器の検出結果に基づいて次に切替えるべきと推定される前記通電パターンから変更した前記通電パターンを前記コイルに通電させる、
モータ装置。
A rotor with magnetic poles and
A stator with multi-phase coils and
A magnetic pole sensor that detects the magnetic pole and
With a motor and
A position detector that detects a change in the position of the rotor, and
A motor control unit that rotates the rotor by switching the energization pattern that energizes the coil with an AC voltage.
Have,
The motor control unit is a unit for switching the energization pattern in the second half cycle after the first half cycle based on the signal length in at least one first half cycle of the detection signal of the magnetic pole sensor. The coil is changed from the energization pattern estimated to be switched next based on the detection result of the position detector when the period corresponding to the corner position is estimated and the estimated period elapses. Energize the
Motor device.
前記第1半周期は、前記第2半周期の直前における1つの半周期を含む、請求項1に記載のモータ装置。 The motor device according to claim 1, wherein the first half cycle includes one half cycle immediately before the second half cycle. 前記モータ制御部は、複数の前記第1半周期における信号長の平均値または変化量に基づき、前記第2半周期における前記単位電気角位置に相当する期間を推定する、請求項1または請求項2に記載のモータ装置。 The motor control unit estimates the period corresponding to the unit electric angle position in the second half cycle based on the average value or the amount of change of the signal lengths in the plurality of first half cycles, claim 1 or claim. 2. The motor device according to 2. 前記モータ制御部は、推定された前記期間が経過したときに、前記位置検出器の検出値の変化が所定値以下であると判定した場合に、現状の前記通電パターンを維持して前記コイルに通電させる、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のモータ装置。 When the motor control unit determines that the change in the detection value of the position detector is equal to or less than a predetermined value when the estimated period elapses, the motor control unit maintains the current energization pattern on the coil. The motor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the motor device is energized. 前記モータ制御部は、現状の前記通電パターンを維持して前記コイルに通電させた後、前記位置検出器の検出値の変化が前記所定値以下であると判定した場合に、現状の前記通電パターンよりも前記単位電気角位置が1つ前の通電パターンを前記コイルに通電させる、請求項4に記載のモータ装置。 When the motor control unit maintains the current energization pattern and energizes the coil, and then determines that the change in the detection value of the position detector is equal to or less than the predetermined value, the current energization pattern The motor device according to claim 4, wherein the coil is energized with an energization pattern one before the unit electric angle position. 前記ロータの回転を減速して出力する減速機と、前記減速機の出力を被制御体に伝達する出力軸と、をさらに有し、
前記位置検出器は、前記出力軸の回転位置を検出する、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のモータ装置。
It further has a speed reducer that slows down the rotation of the rotor and outputs it, and an output shaft that transmits the output of the speed reducer to the controlled body.
The motor device according to any one of claims 1 to 5, wherein the position detector detects the rotational position of the output shaft.
前記モータ制御部は、前記位置検出器の検出結果に基づいて前記コイルへの通電制御を行うことによりサーボ制御を行う、請求項6に記載のモータ装置。 The motor device according to claim 6, wherein the motor control unit performs servo control by controlling energization of the coil based on the detection result of the position detector. 前記位置検出器は、レゾルバ、インクリメンタルエンコーダ、アブソリュートエンコーダ、磁気センサ、およびポテンショメータのいずれかである、請求項7に記載のモータ装置。 The motor device according to claim 7, wherein the position detector is any one of a resolver, an incremental encoder, an absolute encoder, a magnetic sensor, and a potentiometer. 前記モータ制御部は、推定された前記期間が経過したときに、前記位置検出器の検出値の変化に基づき前記ロータの逆転を検出した場合に、現状の前記通電パターンよりも前記単位電気角位置が1つ前の通電パターンを前記コイルに通電させる、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のモータ装置。 When the motor control unit detects the reversal of the rotor based on the change in the detection value of the position detector when the estimated period elapses, the unit electric angle position is higher than the current energization pattern. The motor device according to any one of claims 1 to 8, wherein the coil is energized with the previous energization pattern.
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