JP2022059935A - Electric angle estimation device, motor, vacuum cleaner, and electric angle estimation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータの電気角を推定する電気角推定装置、モータ、掃除機、及び電気角推定方法に関する。 The present invention relates to an electric angle estimation device for estimating an electric angle of a motor, a motor, a vacuum cleaner, and an electric angle estimation method.
従来の電気角検出装置として、電圧印加手段により印加された電圧によって多相の各巻線に流れる電流の挙動を各々検出する検出手段と、検出手段により検出された各巻線の電流の挙動に基づいて、記憶手段に記憶された関係を参照し、モータの電気角を0~2πの間で求める電気角演算手段とを備えた電気角検出装置が知られている(特許文献1参照)。 As a conventional electric angle detecting device, based on a detecting means for detecting the behavior of the current flowing in each of the polyphase windings by the voltage applied by the voltage applying means and a behavior of the current of each winding detected by the detecting means. , An electric angle detecting device including an electric angle calculating means for obtaining an electric angle of a motor between 0 and 2π by referring to the relationship stored in the storage means is known (see Patent Document 1).
しかしながら、従来の電気角検出装置においては、モータの運転が停止されて慣性による回転が開始された直後のロータの電気角を推定することが困難であった。 However, in the conventional electric angle detecting device, it is difficult to estimate the electric angle of the rotor immediately after the motor operation is stopped and the rotation due to inertia is started.
本発明の目的は、モータの運転が停止されて慣性による回転が開始された直後のロータの電気角を推定することが容易な電気角推定装置、モータ、掃除機、及び電気角推定方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide an electric angle estimator, a motor, a vacuum cleaner, and an electric angle estimation method that can easily estimate the electric angle of a rotor immediately after the motor operation is stopped and rotation due to inertia is started. It is to be.
本発明の一例に係る電気角推定装置は、1又は複数のコイルへの通電状態とロータの電気角とが相関関係を有するモータの運転中において、前記電気角を推定電気角として推定する第一電気角推定部と、前記モータの運転が停止された後の前記電気角を、前記運転が停止される直前の前記ロータの回転速度に基づいて前記推定電気角として推定する第二電気角推定部とを備える。 The electric angle estimation device according to an example of the present invention estimates the electric angle as an estimated electric angle while the motor has a correlation between the energized state of one or a plurality of coils and the electric angle of the rotor. The second electric angle estimation unit that estimates the electric angle estimation unit and the electric angle after the motor operation is stopped as the estimated electric angle based on the rotation speed of the rotor immediately before the operation is stopped. And prepare.
また、本発明の一例に係るモータは、上述の電気角推定装置を備える。 Further, the motor according to an example of the present invention includes the above-mentioned electric angle estimation device.
また、本発明の一例に係る掃除機は、上述のモータを備える。 Further, the vacuum cleaner according to an example of the present invention includes the above-mentioned motor.
また、本発明の一例に係る電気角推定方法は、(a)1又は複数のコイルへの通電状態とロータの電気角とが相関関係を有するモータの運転中において、前記電気角を推定電気角として推定し、(b)前記モータの運転が停止された後の前記電気角を、前記運転が停止される直前の前記ロータの回転速度に基づいて前記推定電気角として推定する。 Further, in the electric angle estimation method according to an example of the present invention, (a) the electric angle is estimated while the motor has a correlation between the energized state of one or a plurality of coils and the electric angle of the rotor. (B) The electric angle after the operation of the motor is stopped is estimated as the estimated electric angle based on the rotation speed of the rotor immediately before the operation is stopped.
このような構成の電気角推定装置、モータ、掃除機、及び電気角推定方法は、モータの運転が停止されて慣性による回転が開始された直後のロータの電気角を推定することが容易となる。 An electric angle estimation device, a motor, a vacuum cleaner, and an electric angle estimation method having such a configuration make it easy to estimate the electric angle of the rotor immediately after the operation of the motor is stopped and the rotation due to inertia is started. ..
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図1は、本発明の一実施形態に係るモータの電気的構成の一例を示すブロック図である。図1に示すモータ1は、電気角推定装置2及びステータ3を備えている。モータ1は、さらにインバータ回路4を備えている。
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the configurations with the same reference numerals in the respective figures indicate that they are the same configurations, and the description thereof will be omitted. FIG. 1 is a block diagram showing an example of an electrical configuration of a motor according to an embodiment of the present invention. The
ステータ3は、コイルLu,Lv,Lwを備える。コイルLu,Lv,Lwの一端は互いに接続され、他端はインバータ回路4に接続されている。
The
インバータ回路4は、電気角推定装置2からの制御信号に応じて、コイルLu,Lv,Lwの通電状態を制御する。具体的には、インバータ回路4は、スイッチング素子Qu1,Qu2の直列回路と、スイッチング素子Qv1,Qv2の直列回路と、スイッチング素子Qw1,Qw2の直列回路とが並列に接続されて構成されている。
The
スイッチング素子Qu1のソース及びスイッチング素子Qu2のドレインは、U相のコイルLuに接続されている。スイッチング素子Qv1のソース及びスイッチング素子Qv2のドレインは、V相のコイルLvに接続されている。スイッチング素子Qw1のソース及びスイッチング素子Qw2のドレインは、W相のコイルLwに接続されている。スイッチング素子Qu1,Qv1,Qw1のドレインはモータ駆動用の電源+Vに接続され、スイッチング素子Qu2,Qv2,Qw2のソースはグラウンドGNDに接続されている。 The source of the switching element Qu1 and the drain of the switching element Qu2 are connected to the U-phase coil Lu. The source of the switching element Qv1 and the drain of the switching element Qv2 are connected to the V-phase coil Lv. The source of the switching element Qw1 and the drain of the switching element Qw2 are connected to the W-phase coil Lw. The drains of the switching elements Qu1, Qv1 and Qw1 are connected to the power supply + V for driving the motor, and the sources of the switching elements Qu2, Qv2 and Qw2 are connected to the ground GND.
スイッチング素子Qu1,Qv1,Qw1,Qu2,Qv2,Qw2のソースにはダイオードDu1,Dv1,Dw1,Du2,Dv2,Dw2のアノードが接続され、スイッチング素子Qu1,Qv1,Qw1,Qu2,Qv2,Qw2のドレインにはダイオードDu1,Dv1,Dw1,Du2,Dv2,Dw2のカソードが接続されている。 The anodes of the diodes Du1, Dv1, Dw1, Du2, Dv2, Dw2 are connected to the source of the switching elements Qu1, Qv1, Qw1, Qu2, Qv2, Qw2, and the drains of the switching elements Qu1, Qv1, Qw1, Qu2, Qv2, Qw2. The cathodes of the diodes Du1, Dv1, Dw1, Du2, Dv2, and Dw2 are connected to the diode.
以下、スイッチング素子Qu1,Qv1,Qw1,Qu2,Qv2,Qw2を総称してスイッチング素子Qと称し、ダイオードDu1,Dv1,Dw1,Du2,Dv2,Dw2を総称してダイオードDと称する場合がある。 Hereinafter, the switching elements Qu1, Qv1, Qw1, Qu2, Qv2, and Qw2 may be collectively referred to as a switching element Q, and the diodes Du1, Dv1, Dw1, Du2, Dv2, and Dw2 may be collectively referred to as a diode D.
ダイオードDu1,Du2はコイルLuに逆起電力が生じたときスイッチング素子Qu1,Qu2をバイパスさせ、ダイオードDv1,Dv2はコイルLvに逆起電力が生じたときスイッチング素子Qv1,Qv2をバイパスさせ、ダイオードDw1,Dw2はコイルLwに逆起電力が生じたときスイッチング素子Qw1,Qw2をバイパスさせて、それぞれの還流電流を流すようになっている。 The diodes Du1 and Du2 bypass the switching elements Qu1 and Qu2 when a counter electromotive force is generated in the coil Lu, and the diodes Dv1 and Dv2 bypass the switching elements Qv1 and Qv2 when a counter electromotive force is generated in the coil Lv. , Dw2 bypasses the switching elements Qw1 and Qw2 when a counter electromotive force is generated in the coil Lw, so that the respective return currents flow.
各スイッチング素子Qのゲートは電気角推定装置2に接続されている。これにより、電気角推定装置2は、各スイッチング素子Qのオン、オフを制御することによって、コイルLu,Lv,Lwの通電の有無及び電流の方向、すなわち通電状態を制御可能とされている。
The gate of each switching element Q is connected to the electric
スイッチング素子Qとしては、例えばMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、バイポーラトランジスタ等、種々のスイッチング素子を用いることができる。 As the switching element Q, various switching elements such as MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), and bipolar transistor can be used.
以下、電気角推定装置2が、インバータ回路4を制御することによって、コイルLu,Lv,Lwの通電状態を制御することを、単に、電気角推定装置2又はその構成要素が、コイルLu,Lv,Lwの通電状態を制御する、というように記載することがある。
Hereinafter, the electric
電気角推定装置2は、例えば、所定の演算処理を実行するCPU(Central Processing Unit)、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ等の不揮発性の記憶部26、電圧検出回路27、タイマ回路、及びその周辺回路等を備えている。電気角推定装置2は、例えば記憶部26に予め記憶された制御プログラムを実行することによって、第一電気角推定部21、及び第二電気角推定部22として機能する。電気角推定装置2は、さらに第三電気角推定部23として機能することが好ましく、さらに電気角信号出力部24として機能することがより好ましく、さらにモータ制御部25として機能することがより好ましい。
The electric
本実施形態においては、第一電気角推定部21と、第二電気角推定部22とは、単一の素子によって構成されている。これにより、単一の素子によって、モータ1が運転中におけるロータの電気角と、モータ1の運転が停止された後のロータの電気角と、を推定できる。また、本実施形態においては、第一電気角推定部21と、第二電気角推定部22と、第三電気角推定部23と、が単一の素子によって構成されている。これにより、単一の素子によって、モータ1が運転中におけるロータの電気角と、モータ1の運転が停止された後のロータの電気角と、切替条件が満たされた後のロータの電気角と、を推定できる。なお、第一電気角推定部21、第二電気角推定部22、第三電気角推定部23、電気角信号出力部24、及びモータ制御部25は、例えばIC(Integrated Circuit)等の単一の素子によって構成されていてもよく、複数の素子に分散配置されていてもよい。
In the present embodiment, the first electric
電圧検出回路27は、コイルLu,Lv,Lwのコイル電圧Vu,Vv,Vwを検出する。電圧検出回路27は、図略のフィルタ、保護回路等を介してコイルLu,Lv,Lwと接続されていてもよい。電圧検出回路27は、モータ1の運転期間中はインバータ回路4によってコイルLu,Lv,Lwに印加される電圧をコイル電圧Vu,Vv,Vwとして検出し、モータ1の運転停止期間中はコイルLu,Lv,Lwに誘起される誘起電圧をコイル電圧Vu,Vv,Vwとして検出する。
The
モータ1においては、1又は複数のコイルへの通電状態とロータの電気角とが相関関係を有する。モータ1は、例えばブラシレスモータである。モータ1としては、ブラシレスDCモータを好適に用いることができる。また、モータ1の極数は限定されない。例えば、モータ1が二極の場合は、電気角推定装置2によって推定される電気角と、ロータの機械的角度とが一致する。
In the
ブラシレスモータは、ブラシによって機械的にコイル電流の向きを変えることができない。そのため、ブラシレスモータを回転させるためには、モータの回転を制御する制御回路側でロータの磁極の回転位置を把握して、ロータの磁極の位置に応じた適切なコイルに電流を流す必要がある。そして、運転を開始したロータの回転位置は、制御回路の制御によりコイルに供給された電流に応じて変化する。すなわち、ブラシレスモータは、コイルへの通電状態とロータの電気角とが相関関係を有するモータである。 Brushless motors cannot mechanically turn the coil current with a brush. Therefore, in order to rotate the brushless motor, it is necessary to grasp the rotation position of the magnetic pole of the rotor on the control circuit side that controls the rotation of the motor, and to pass a current to an appropriate coil according to the position of the magnetic pole of the rotor. .. Then, the rotational position of the rotor that has started operation changes according to the current supplied to the coil by the control of the control circuit. That is, the brushless motor is a motor in which the energization state of the coil and the electric angle of the rotor have a correlation.
従って、ブラシレスモータを運転している期間中は、モータの制御回路は、ロータの磁極の電気的な回転位置である電気角を把握しながらコイルの通電状態を制御する。 Therefore, during the period in which the brushless motor is operated, the control circuit of the motor controls the energization state of the coil while grasping the electric angle which is the electric rotation position of the magnetic pole of the rotor.
一方、ブラシレスモータの運転を停止してロータが慣性で回転すると、磁極の位置が移動する。再度運転を開始するためには、運転開始時の磁極の電気的な位置を示すロータの電気角を把握する必要がある。 On the other hand, when the operation of the brushless motor is stopped and the rotor rotates due to inertia, the position of the magnetic pole moves. In order to start the operation again, it is necessary to grasp the electric angle of the rotor indicating the electric position of the magnetic pole at the start of the operation.
なお、モータ1は、ブラシレスモータに限らない。コイルへの通電状態とロータの電気角とが相関関係を有するモータであれば、電気角推定装置2を適用可能である。
The
第一電気角推定部21は、モータの運転中において、ロータの電気角を推定電気角θeとして推定する。上述のように、コイルへの通電状態とロータの電気角とが相関関係を有するモータ1を運転している期間中のロータの電気角は、制御回路側、すなわち第一電気角推定部21側で把握できる。第一電気角推定部21は、このようにして、モータ1の運転制御に伴い把握される電気角を、推定電気角θeとして推定する。
The first electric
なお、第一電気角推定部21は、運転期間中の推定電気角θeを、電圧検出回路27により検出されるコイルLu,Lv,Lwの電圧、及び/又はコイルLu,Lv,Lwに流れる電流に基づいて推定してもよい。
The first electric
第二電気角推定部22及び第三電気角推定部23は、運転停止中のモータ1のロータの電気角を推定する。
The second electric
具体的には、第二電気角推定部22は、モータ1の運転が停止された後の電気角を、運転が停止される直前のロータの回転速度に基づいて推定電気角θeとして推定する。これにより、モータ1の運転が停止された後でも、ロータの電気角を高精度に推定できる。
Specifically, the second electric
第三電気角推定部23は、第二電気角推定部22による電気角θeの推定期間中に予め設定された切替条件が満たされた後、コイルLu,Lv,Lwのうち少なくとも一つに誘起される電圧に基づいて電気角を推定電気角θeとして推定する。なお、モータ一般においては、誘起される電圧としては、1又は複数のコイルのうち、少なくとも一つに誘起される電圧を用いればよい。これにより、予め設定された切替条件が満たされた後のロータの電気角を、より高精度に推定できる。
The third electric
モータ制御部25は、第一電気角推定部21、第二電気角推定部22、及び第三電気角推定部23によって推定された推定電気角θeに基づいて、モータ1のコイルへの通電状態を制御する。すなわち、モータ制御部25は、推定電気角θeに基づいて、コイルLu,Lv,Lwへの通電状態を制御する。これにより、モータ制御部25によって、推定電気角θeに基づく通電状態の制御が可能になる。なお、電気角推定装置2は、モータ制御部25を備えていなくてもよい。また、推定電気角θeは、モータの駆動制御に用いられる例に限らない。
The
また、推定電気角θeをモータの駆動制御に用いず、第一電気角推定部21を、運転期間中のロータの電気角を、電圧検出回路27により検出されるコイルLu,Lv,Lwの電圧、及び/又はコイルLu,Lv,Lwに流れる電流に基づいて推定する構成とし、モータの電気角を検出するセンサの代わりに電気角推定装置2を用いてもよい。
Further, the estimated electric angle θe is not used for the drive control of the motor, and the first electric
電気角信号出力部24は、推定電気角θeにおける、予め設定された基準角θoを0度、基準角θoから一方向に180度の範囲を正の符号、基準角θoから他方向に180度の範囲を負の符号で表した場合に、推定電気角θeが、0度を超え、かつ180度以下の正の値であったとき、推定電気角θeを表す電気角信号FGをハイレベル(第一レベル)とする。なお、+180度と-180度とは、同一の電気角を表している。
The electric angle
また、電気角信号出力部24は、推定電気角θeが、0度以下、かつ-180度よりもプラス側、すなわち推定電気角θeが0度又は絶対値が180度に満たない負の値であったとき、電気角信号FGをローレベル(第二レベル)とする。
Further, in the electric angle
すなわち、本実施形態においては、推定電気角θeが0度以上180度未満の場合をハイレベル(第一レベル)であり、推定電気角θeが-180度以上0度未満の場合をローレベル(第二レベル)である。なお、推定電気角θeが0度以上180度未満の場合をローレベルであり、推定電気角θeが-180度以上0度未満の場合をハイレベルであってもよい。また、推定電気角θeが0度より大きく180度以下の場合が第一レベルであり、推定電気角θeが-180度より大きく0度以下の場合が第二レベルであってもよい。つまり、電気角信号出力部24は、推定電気角θeにおける、予め設定された基準角θoを0度、基準角θoから一方向に180度の範囲を正の符号、基準角θoから他方向に180度の範囲を負の符号で表した場合に、推定電気角θeが、180度に満たない正の値であったとき、推定電気角θeを表す電気角信号FGの信号レベルを第一レベルとし、推定電気角θeが、絶対値が180度に満たない負の値であったとき、電気角信号FGの信号レベルを第一レベルとは異なる第二レベルとする。
That is, in the present embodiment, the case where the estimated electric angle θe is 0 degrees or more and less than 180 degrees is the high level (first level), and the case where the estimated electric angle θe is −180 degrees or more and less than 0 degrees is the low level (1st level). Second level). The case where the estimated electric angle θe is 0 degrees or more and less than 180 degrees may be the low level, and the case where the estimated electric angle θe is −180 degrees or more and less than 0 degrees may be the high level. Further, the case where the estimated electric angle θe is larger than 0 degrees and 180 degrees or less may be the first level, and the case where the estimated electric angle θe is larger than −180 degrees and 0 degrees or less may be the second level. That is, the electric angle
また、推定電気角θeは、-180度~0度~+180度に当て嵌め可能であればよく、例えば0度~360度で処理されていてもよい。また、第一レベルはローレベル、第二レベルはハイレベルであってもよい。 Further, the estimated electric angle θe may be applied to −180 degrees to 0 degrees to +180 degrees, and may be processed at, for example, 0 degrees to 360 degrees. Further, the first level may be a low level and the second level may be a high level.
図2は、本発明の一実施形態に係る電気角推定方法を用いる電気角推定装置2の動作の一例を示すフローチャートである。図3~図7は、電気角信号出力部24の動作の一例を示すフローチャートである。図2に示すステップS1~S8と、図3~図7に示すステップS11~S53は並行して実行される。まず、ステップS1~S8について説明する。
FIG. 2 is a flowchart showing an example of the operation of the electric
まず、モータ1の運転中は、第一電気角推定部21が推定電気角θeを推定する(ステップS1:(a))。
First, while the
次に、モータ制御部25は、第一電気角推定部21によって推定された推定電気角θeに基づいて、コイルLu,Lv,Lwの通電状態を制御する(ステップS2)。
Next, the
図8は、コイル電圧Vu、推定電気角θe、及び電気角信号FGの一例を示す信号波形図である。図8の横軸は時刻tである。推定電気角θeは、通常デジタル値で処理されるが、図8では説明のために波形図で表している。 FIG. 8 is a signal waveform diagram showing an example of the coil voltage Vu, the estimated electric angle θe, and the electric angle signal FG. The horizontal axis of FIG. 8 is time t. The estimated electric angle θe is usually processed by a digital value, but is represented by a waveform diagram in FIG. 8 for the sake of explanation.
図8に示す運転中の期間、ステップS1で第一電気角推定部21により推定された推定電気角θeが、表されている。この場合、推定電気角θeの波形の傾斜方向がモータ1の回転方向を表している。図8に示すように、左下から右上に向かう傾斜を正回転とすれば、左上から右下に向かう傾斜は逆回転を表す。また、推定電気角θeの波形の傾きの程度がロータの回転速度を示している。具体的には、傾斜が大きいほど、回転速度が速いことを示している。
The estimated electric angle θe estimated by the first electric
運転中において、モータ制御部25は、PWM(Pulse Width Modulation)によりコイルLu,Lv,Lwの通電状態を制御する例を示している。図8のコイル電圧Vuでは、便宜上、PWMパルスの広狭を、ラインの粗密で表している。コイル電圧Vu,Vv,Vwは、ロータの電気角に応じて互いの位相が異なる。コイル電圧Vv,Vwの記載は省略する。
The
運転が継続している期間中(ステップS3でNO)、ステップS1,S2が繰り返される。そして、運転が停止したとき(ステップS3でYES:タイミングToff)、推定電気角θeを推定する主体が第一電気角推定部21から第二電気角推定部22へ切り替わる。そして、第二電気角推定部22が、運転停止直前のロータの回転速度に基づいて推定電気角θeを推定する(ステップS4)。
Steps S1 and S2 are repeated during the period during which the operation is continued (NO in step S3). Then, when the operation is stopped (YES in step S3: Timing Off), the main body for estimating the estimated electric angle θe is switched from the first electric
運転停止直前のロータの回転速度は、例えば運転停止直前における、モータ制御部25の回転速度の制御値を用いることができる。あるいは、図8に示す推定電気角θeの傾きが示すように、運転停止直前における推定電気角θeの単位時間当たりの変化量から回転速度を算出してもよい。
As the rotation speed of the rotor immediately before the stop of operation, for example, the control value of the rotation speed of the
タイミングToff後は、モータ制御部25がモータ1の駆動制御を行っていないため、モータ制御部25の制御値に基づき推定電気角θeを推定することはできない。
After the timing turn off, the
また、タイミングToff直後は、それまでコイルLu,Lv,Lwに流れていた電流が遮断されるため、コイルLu,Lv,Lwに逆起電力が生じ、ダイオードDに還流電流が流れる。そのため、電圧検出回路27によって検出されるコイル電圧Vu,Vv,Vwには、電気角が反映されなくなる。従って、コイル電圧Vu,Vv,Vwやコイル電流に基づいて、推定電気角θeを推定することは困難である。
Immediately after the timing turn is turned off, the current flowing through the coils Lu, Lv, and Lw is cut off, so that a counter electromotive force is generated in the coils Lu, Lv, and Lw, and a reflux current flows through the diode D. Therefore, the electric angle is not reflected in the coil voltages Vu, Vv, and Vw detected by the
一方、第二電気角推定部22は、運転停止直前のロータの回転速度に基づいて推定電気角θeを推定するので、コイルLu,Lv,Lwに逆起電力が生じた場合であっても、運転停止後の推定電気角θeを推定することができる。
On the other hand, since the second electric
このように、第二電気角推定部22を備える電気角推定装置2は、モータ1の運転が停止して慣性による回転が開始された直後のロータの電気角を推定することが容易である。
As described above, the electric
図9、図10は、運転が停止されたタイミングToff前後を拡大して示す波形図である。波形G1は第一電気角推定部21による推定電気角θeを示し、波形G2は第二電気角推定部22による推定電気角θeを示し、波形G3は第三電気角推定部23による推定電気角θeを示している。図9は正回転、図10は逆回転を示している。
9 and 10 are waveform diagrams showing enlarged images before and after the timing Turn when the operation is stopped. The waveform G1 shows the estimated electric angle θe by the first electric
図9、図10に示す波形G2は、第二電気角推定部22が、運転停止直前のロータの回転速度と運転停止後のロータの回転速度とが等しいものとして運転が停止された後の推定電気角θeを波形G2として推定する例を示している。すなわち、波形G1と波形G2の傾斜角度が等しい。つまり、第二電気角推定部22は、運転が停止された後のロータの回転速度と停止される直前の回転速度とが等しいものとして運転が停止された後の推定電気角θeを推定する。これにより、簡易な構成によって、運転が停止された後の推定電気角θeを推定できる。
The waveform G2 shown in FIGS. 9 and 10 is estimated after the operation is stopped by the second electric
運転停止後、モータ1は慣性により回転し、僅かながら減速するもののある程度の時間、略同じ速度が維持される。特に、第三電気角推定部23を備える場合、第二電気角推定部22は、コイルLu,Lv,Lwに逆起電力が生じる数十マイクロ秒の間、推定電気角θeを推定すればよく、その後は第三電気角推定部23による推定に切り替えることができる。この場合、数十マイクロ秒の間に生じる減速は、実用的には無視できる程度に小さい場合が多い。
After the operation is stopped, the
そこで、第二電気角推定部22は、運転停止直前のロータの回転速度と運転停止後のロータの回転速度とが等しいものとして運転が停止された後の推定電気角θeを推定することによって、運転停止後の推定電気角θe(波形G2)を容易に推定することができる。
Therefore, the second electric
なお、第二電気角推定部22は、運転停止直前のロータの回転速度と運転停止後のロータの回転速度とが等しいものとして運転が停止された後の推定電気角θeを推定する例に限らない。タイミングToff以降のモータ1の減速を考慮した推定電気角θeが望ましい場合もある。
The second electric
そこで、運転が停止された場合のモータ1の負の加速度(減速度)を、例えば予め実験的に求めて記憶部26に記憶させておいてもよい。すなわち、電気角推定装置2は、運転が停止された場合の負の加速度を予め記憶する記憶部26をさらに備える。そして、第二電気角推定部22は、運転停止(タイミングToff)される直前の回転速度と、記憶部26に記憶された負の加速度とに基づいて、運転が停止された後の推定電気角θeを推定してもよい。つまり、第二電気角推定部22は、停止される直前の回転速度と負の加速度とに基づいて、運転が停止された後の電気角を推定電気角θeとして推定してもよい。
Therefore, for example, the negative acceleration (deceleration) of the
このようにすれば、運転停止後の推定電気角θeの推定精度を向上することができる。 By doing so, it is possible to improve the estimation accuracy of the estimated electric angle θe after the operation is stopped.
また、モータ1が駆動する対象の負荷が大きいと、運転が停止された後のモータ1の減速が大きくなる。そこで、以下のようにしてもよい。
Further, when the load of the object to be driven by the
すなわち、コイルLu,Lv,Lwのうち少なくとも一つに流れるコイル電流を検出するコイル電流検出部をさらに備える。第二電気角推定部22は、運転停止直前にコイル電流検出部によって検出されたコイル電流に基づいてモータ1の負荷を推定する。第二電気角推定部22は、推定された負荷が大きいほど減速が大きくなるように負の加速度を推定する。第二電気角推定部22は、このようにして推定された負の加速度と、運転停止される直前の回転速度とに基づいて、運転が停止された後の推定電気角θeを推定してもよい。
That is, it further includes a coil current detecting unit that detects a coil current flowing through at least one of the coils Lu, Lv, and Lw. The second electric
第二電気角推定部22が、コイル電流から負の加速度を推定する方法としては、例えば予め実験的に得られたコイル電流と負の加速度との相関関係を、関数又はルックアップテーブルによって表し、記憶部26に記憶させておく。第二電気角推定部22は、この関数又はルックアップテーブルを用いてコイル電流から負の加速度を推定することができる。
As a method for estimating the negative acceleration from the coil current by the second electric
このようにすれば、モータ1の負荷が変化する場合であっても、運転が停止された後の推定電気角θeの推定精度を向上できる。
By doing so, even when the load of the
次に、第三電気角推定部23は、第二電気角推定部22による推定電気角θeの推定期間中に予め設定された切替条件が満たされた後(ステップS5でYES:タイミングT2)、1又は複数のコイルのうち少なくとも一つ、例えばコイルLuに誘起されるコイル電圧Vuに基づいて推定電気角θeを推定する(ステップS6)。
Next, the third electric
運転停止後の逆起電力が無視できる程度に小さくなったことが判断可能な切替条件が満たされた後は、第三電気角推定部23による推定に切り替えることにより、逆起電力の影響を排除しつつ、実際のロータの回転位置(電気角)に対応してコイルLuに誘起されるコイル電圧Vuに基づいて推定電気角θeを推定することができる。その結果、推定電気角θeの推定精度が向上する。
After the switching condition for determining that the counter electromotive force after the operation is stopped is satisfied, the effect of the counter electromotive force is eliminated by switching to the estimation by the third electric
なお、第三電気角推定部23は、コイル電圧Vv又はコイル電圧Vwに基づいて推定電気角θeを推定してもよい。あるいは、第三電気角推定部23は、コイル電圧Vu,Vv,Vwを総合的に用いて推定電気角θeを推定してもよい。
The third electric
ステップS5では、切替条件として、運転が停止されたときから予め設定された切替時間tsが経過することを例示している。 In step S5, as a switching condition, it is exemplified that a preset switching time ts elapses from the time when the operation is stopped.
運転停止後の逆起電力は、時間が経過すれば消滅又は減少する。そこで、逆起電力が消滅又は無視できる程度に減少するのにかかる時間を予め例えば実験的に求めて切替時間tsとして記憶部26に記憶させておく。第三電気角推定部23は、運転が停止されたときから切替時間tsが経過したとき(ステップS5でYES:タイミングT2)、推定電気角θeを推定する主体を第二電気角推定部22から第三電気角推定部23へ切り替える。
The counter electromotive force after the operation is stopped disappears or decreases over time. Therefore, for example, the time required for the counter electromotive force to disappear or decrease to a negligible degree is experimentally obtained in advance and stored in the
このようにすれば、逆起電力の影響を排除しつつ、実際のロータの回転位置(電気角)に対応してコイルLuに誘起されるコイル電圧Vuに基づいて推定電気角θeを推定することができる。その結果、推定電気角θeの推定精度が向上する。運転が停止されたときから切替時間tsが経過していないとき(ステップS5でNO)は、再度ステップS4に移行すればよい。 By doing so, the estimated electric angle θe can be estimated based on the coil voltage Vu induced in the coil Lu corresponding to the actual rotation position (electrical angle) of the rotor while eliminating the influence of the counter electromotive force. Can be done. As a result, the estimation accuracy of the estimated electric angle θe is improved. When the switching time ts has not elapsed since the operation was stopped (NO in step S5), the process may proceed to step S4 again.
なお、切替条件は、運転が停止されたときから切替時間tsが経過することに限らない。例えば、少なくとも一つのコイル、例えばコイルLuについて、運転が停止されたことにより生じた逆起電力により流れる還流電流が、予め設定された切替閾値を下回ることを、ステップS5における切替条件としてもよい。つまり、切替条件は、運転が停止されたことにより少なくとも一つのコイルに生じた逆起電力により流れる還流電流が予め設定された切替閾値を下回ることであってもよい。 The switching condition is not limited to the lapse of the switching time ts from the time when the operation is stopped. For example, for at least one coil, for example, coil Lu, the switching condition in step S5 may be that the reflux current flowing due to the counter electromotive force generated by the stop of operation is lower than the preset switching threshold value. That is, the switching condition may be that the reflux current flowing due to the counter electromotive force generated in at least one coil due to the stop of operation is lower than the preset switching threshold value.
例えばコイルLuを対象とした場合、コイルLuの通電状態には、スイッチング素子Qu1がオン、スイッチング素子Qu2がオフする場合と、スイッチング素子Qu1がオフ、スイッチング素子Qu2がオンする場合とがある。 For example, when the coil Lu is targeted, the switching element Qu1 may be turned on and the switching element Qu2 may be turned off, or the switching element Qu1 may be turned off and the switching element Qu2 may be turned on depending on the energized state of the coil Lu.
運転停止直前、スイッチング素子Qu1がオン、スイッチング素子Qu2がオフしていた場合、電源+Vから供給された電流がスイッチング素子Qu1を介してコイルLuに流入する。この状態で運転停止してスイッチング素子Qu1がオフすると、コイルLuの逆起電力により、グラウンドGNDからダイオードDu2を介してコイルLuへ流入する還流電流が流れる。 When the switching element Qu1 is turned on and the switching element Qu2 is turned off immediately before the operation is stopped, the current supplied from the power supply + V flows into the coil Lu via the switching element Qu1. When the operation is stopped in this state and the switching element Qu1 is turned off, the back electromotive force of the coil Lu causes a reflux current flowing from the ground GND to the coil Lu via the diode Du2 to flow.
一方、運転停止直前、スイッチング素子Qu1がオフ、スイッチング素子Qu2がオンしていた場合、コイルLuから流出した電流が、スイッチング素子Qu2を介してグラウンドGNDへ流れる。この状態で運転停止してスイッチング素子Qu2がオフすると、コイルLuの逆起電力により、コイルLuから流出した還流電流がダイオードDu1を介して電源+Vへ流れる。 On the other hand, when the switching element Qu1 is turned off and the switching element Qu2 is turned on immediately before the operation is stopped, the current flowing out of the coil Lu flows to the ground GND via the switching element Qu2. When the operation is stopped in this state and the switching element Qu2 is turned off, the reflux current flowing out of the coil Lu flows to the power supply + V via the diode Du1 due to the back electromotive force of the coil Lu.
そこで、ダイオードDu1,Du2に流れる電流を検出する電流検出回路を設けておく。そして、運転停止後の逆起電力が無視できる程度に小さくなったときの還流電流を、予め、例えば実験的に求めて切替閾値として記憶部26に記憶しておく。
Therefore, a current detection circuit for detecting the current flowing through the diodes Du1 and Du2 is provided. Then, the reflux current when the counter electromotive force after the operation is stopped becomes negligibly small is obtained in advance, for example, experimentally, and stored in the
そして、ステップS5において、ダイオードDu1,Du2に流れる電流が切替閾値を下回ったとき(ステップS5でYES)、ステップS6へ処理を移行するようにしてもよい。 Then, in step S5, when the current flowing through the diodes Du1 and Du2 falls below the switching threshold value (YES in step S5), the process may be shifted to step S6.
このようにすれば、運転停止後の逆起電力が無視できる程度に小さくなったことを、実測により確認してからステップS6でコイル電圧Vuに基づき推定電気角θeを推定することができる。その結果、推定電気角θeを高精度で推定できる確実性が増大する。 By doing so, it is possible to estimate the estimated electric angle θe based on the coil voltage Vu in step S6 after confirming by actual measurement that the counter electromotive force after the operation is stopped has become negligibly small. As a result, the certainty that the estimated electric angle θe can be estimated with high accuracy is increased.
次に、モータ1の運転が開始されると(ステップS7でYES)、モータ制御部25が、第三電気角推定部23によって推定された推定電気角θeに基づいてコイルLu,Lv,Lwへの通電制御を開始し(ステップS8)、再びステップS1へ処理を移行する。モータ1の運転が開始されていない(ステップS7でNO)ときは、再度ステップS6に移行すればよい。
Next, when the operation of the
以上、ステップS3~S8によれば、運転停止中であっても、第二電気角推定部22及び第三電気角推定部23によって推定電気角θeが推定されるので、再び運転が開始されるとき、モータ制御部25は、推定電気角θeに基づいて適切な通電制御を開始することが可能となる。
As described above, according to steps S3 to S8, the estimated electric angle θe is estimated by the second electric
次に、電気角信号出力部24の動作について説明する。電気角信号出力部24は、ステップS1~S8と並行動作して以下の動作を実行する。
Next, the operation of the electric angle
まず、電気角信号出力部24は、最新の推定電気角θeを直前電気角θpとして取得する(ステップS11)。次に、電気角信号出力部24は、新たに最新の推定電気角θeを取得する(ステップS12)。ステップS11,S12は、いわゆるサンプリング処理に相当し、ステップS11,S12の間隔、及びステップS12が繰り返される間隔が、サンプリング間隔に相当する。以下の処理では、ステップS12で取得された推定電気角θeが用いられる。
First, the electric angle
次に、電気角信号出力部24は、推定電気角θeを0度と比較し(ステップS13)、推定電気角θeが0度以上の場合(ステップS13でYES)、直前電気角θpを0度と比較する(ステップS14)。直前電気角θpが0度に満たない場合(ステップS14でYES)、ステップS15へ処理を移行する。
Next, the electric angle
ステップS13でYES、ステップS14でYESは、推定電気角θeが、マイナスからプラス方向へ0度を跨いで、あるいはマイナスから0度へ変化したことを意味する。 YES in step S13 and YES in step S14 mean that the estimated electric angle θe has changed from minus to plus across 0 degrees or from minus to 0 degrees.
ステップS15において、電気角信号出力部24は、角度反転の有無を確認する(ステップS15)。角度反転とは、推定電気角θeが+180度から-180度、又は-180度から+180度に変化することを意味するものとし、図9及び図10におけるタイミングTrを意味している。
In step S15, the electric angle
角度反転の有無を確認する方法は、特に限定されない。例えば、サンプリング間隔の時間内に、角度反転以外の回転運動では変化し得ない大きさの電気角として、所定の判定角度、例えば260度、を予め設定しておく。そして、|θp-θe|が、判定角度を超え、かつ推定電気角θeと直前電気角θpの符号が反転していた場合、角度反転有、と判定することができる。 The method for confirming the presence or absence of angle inversion is not particularly limited. For example, within the time of the sampling interval, a predetermined determination angle, for example, 260 degrees, is set in advance as an electric angle having a magnitude that cannot be changed by a rotational motion other than angle inversion. Then, when | θp−θe | exceeds the determination angle and the signs of the estimated electric angle θe and the immediately preceding electric angle θp are inverted, it can be determined that the angle is inverted.
角度反転有の場合(ステップS15でYES)、電気角信号出力部24は、モータ制御部25による回転制御方向が、逆回転か否かを確認する(ステップS16)。逆回転であれば(ステップS16でYES)、逆回転を示す図10における、タイミングTrに相当するから、電気角信号出力部24は、電気角信号FGをハイレベルにし(ステップS17:タイミングTr)、ステップS19へ処理を移行する。
When the angle is inverted (YES in step S15), the electric angle
一方、正回転であれば(ステップS16でNO)、電気角信号FGの信号レベルを現状のまま維持する。すなわち第二電気角推定部22による推定から第三電気角推定部23による推定に切り替わったタイミングT2の直前と同じローレベルで電気角信号FGを出力する。
On the other hand, if the rotation is forward (NO in step S16), the signal level of the electric angle signal FG is maintained as it is. That is, the electric angle signal FG is output at the same low level as immediately before the timing T2 when the estimation by the second electric
ここで、ステップS13でYES、ステップS14でYESは、推定電気角θeが、マイナスからプラス方向へ0度を跨いで、あるいはマイナスから0度へ変化したことを意味しており、さらに角度反転有の場合(ステップS15でYES)、もし図9に示す正回転であれば、角度反転のタイミングTrでプラスからマイナス方向へ0度を跨いで変化するのであるから、通常、ステップS16では逆回転(ステップS16でYES)となるはずである。ここで、正回転(ステップS16でNO)となるのは、下記のような場合である。 Here, YES in step S13 and YES in step S14 mean that the estimated electric angle θe has changed from minus to plus across 0 degrees or from minus to 0 degrees, and further angle inversion is present. In the case of (YES in step S15), if the rotation is forward as shown in FIG. 9, the timing Tr of the angle inversion changes from plus to minus over 0 degrees, and therefore, normally, reverse rotation (YES in step S16). It should be YES) in step S16. Here, the forward rotation (NO in step S16) occurs in the following cases.
図11は、正回転の運転停止後にロータの回転が大きく減速した場合のタイミングToff前後を拡大して示す波形図である。運転が停止されたタイミングToffの直後に、波形G2に基づく角度反転のタイミングTrが位置する場合、タイミングTrにおいて、推定電気角θeが0度を下回り、電気角信号FGはローレベルになる。 FIG. 11 is an enlarged waveform diagram showing before and after the timing Turn when the rotation of the rotor is greatly decelerated after the operation of the forward rotation is stopped. When the timing Tr of the angle inversion based on the waveform G2 is located immediately after the timing Stop when the operation is stopped, the estimated electric angle θe falls below 0 degrees in the timing Tr, and the electric angle signal FG becomes a low level.
その後、タイミングT2で第三電気角推定部23による推定に切り替わる。このとき、実際のロータの回転は波形G2よりも遅いので、図11のタイミングT2のように、波形G3が示す第三電気角推定部23の推定電気角θeは、まだ0度以上である。この場合、タイミングT2の前後で、直前電気角θp及び推定電気角θeが取得されると、直前電気角θpがマイナス、推定電気角θeがプラスとなる。この場合、ステップS13,S14,S15でYES、かつステップS16でNO(正回転)の条件を満たす。
After that, at timing T2, the estimation is switched to the estimation by the third electric
この場合、もし仮に、ステップS16,S18を実行せず、ステップS15でYESのとき、ステップS17に移行するようにした場合、図11に一点鎖線で示す波形G4のように、電気角信号FGに信号割れが生じてしまう。電気角信号FGに波形G4のような信号割れが生じると、電気角信号FGを外部で利用する外部回路や外部装置がモータ1の電気角を正しく認識できないおそれがある。
In this case, if steps S16 and S18 are not executed and the process shifts to step S17 when YES in step S15, the electric angle signal FG is displayed as shown by the waveform G4 shown by the alternate long and short dash line in FIG. Signal cracking will occur. When a signal crack such as the waveform G4 occurs in the electric angle signal FG, there is a possibility that an external circuit or an external device that uses the electric angle signal FG externally cannot correctly recognize the electric angle of the
そこで、第二電気角推定部22による推定から第三電気角推定部23による推定に切り替わったタイミングT2の直後の推定電気角θeの変化が、タイミングT2直前のロータの回転方向とは逆方向の回転方向に対応するとき(ステップS13,S14でYES、ステップS16でNO)、切り替わる直前と同じローレベルで電気角信号FGを出力する(ステップS18)。すなわち、電気角信号出力部24は、第二電気角推定部22による推定から第三電気角推定部23による推定に切り替わった直後の推定電気角θeの変化が、切り替わる直前のロータの回転方向とは逆方向の回転方向に対応するとき、切り替わる直前と同じ信号レベルで電気角信号FGを出力する。
Therefore, the change in the estimated electric angle θe immediately after the timing T2 when the estimation by the second electric
従って、電気角信号出力部24は、ステップS13~S18を実行することによって、上述のような電気角信号FGの信号割れを防止することが可能となる。
Therefore, the electric angle
次に、ステップS19において、推定電気角θeを新たな直前電気角θpとし(ステップS19)、再びステップS12以降の処理を繰り返す。 Next, in step S19, the estimated electric angle θe is set to a new immediately preceding electric angle θp (step S19), and the processing after step S12 is repeated again.
一方、ステップS15において、角度反転無しの場合(ステップS15でNO)、ステップS21(図4)へ処理を移行する。角度反転無しの場合(ステップS15でNO)、推定電気角θeはマイナスからプラスへスロープ状に変化していることを意味する。 On the other hand, in step S15, when there is no angle inversion (NO in step S15), the process shifts to step S21 (FIG. 4). When there is no angle inversion (NO in step S15), it means that the estimated electric angle θe changes in a slope shape from minus to plus.
次に、ステップS21において、電気角信号出力部24は、モータ制御部25による回転制御方向が、正回転か否かを確認する(ステップS21)。正回転であれば(ステップS21でYES)、正回転を示す図9における、タイミングT1に相当するから、電気角信号出力部24は、電気角信号FGをハイレベルにし(ステップS22:タイミングT1)、ステップS19へ処理を移行する。
Next, in step S21, the electric angle
一方、逆回転であれば(ステップS21でNO)、電気角信号FGの信号レベルを現状のまま維持する(ステップS23)。すなわち第二電気角推定部22による推定から第三電気角推定部23による推定に切り替わったタイミングT2の直前と同じローレベルで電気角信号FGを出力する。
On the other hand, in the case of reverse rotation (NO in step S21), the signal level of the electric angle signal FG is maintained as it is (step S23). That is, the electric angle signal FG is output at the same low level as immediately before the timing T2 when the estimation by the second electric
ここで、ステップS13,S14でYESは、推定電気角θeが、マイナスからプラス方向へ0度を跨いで、あるいはマイナスから0度へ変化したことを意味しており、さらに角度反転無の場合(ステップS15でNO)、もし図10に示す逆回転であれば、タイミングT1でプラスからマイナス方向へ0度を跨いで変化するのであるから、通常、ステップS21では正回転(ステップS21でYES)となるはずである。ここで、逆回転(ステップS21でNO)となるのは、下記のような場合である。 Here, YES in steps S13 and S14 means that the estimated electric angle θe has changed from minus to plus over 0 degrees or from minus to 0 degrees, and there is no angle reversal (moreover). NO in step S15), and if the reverse rotation is shown in FIG. 10, the timing T1 changes from plus to minus across 0 degrees. Therefore, in step S21, it is usually forward rotation (YES in step S21). Should be. Here, the reverse rotation (NO in step S21) occurs in the following cases.
図12は、逆回転の運転停止後にロータの回転が大きく減速した場合のタイミングToff前後を拡大して示す波形図である。運転が停止されたタイミングToffの直後に、波形G2が0度を下回るタイミングT1が位置する場合、タイミングT1において、推定電気角θeが0度未満となり、電気角信号FGはローレベルになる。 FIG. 12 is an enlarged waveform diagram showing before and after the timing Turn when the rotation of the rotor is greatly decelerated after the operation of the reverse rotation is stopped. When the timing T1 in which the waveform G2 is lower than 0 degrees is located immediately after the timing Turn when the operation is stopped, the estimated electric angle θe becomes less than 0 degrees at the timing T1, and the electric angle signal FG becomes a low level.
その後、タイミングT2で第三電気角推定部23による推定に切り替わる。このとき、実際のロータの回転は波形G2よりも遅いので、図12のタイミングT2のように、波形G3で示す第三電気角推定部23の推定電気角θeは、まだ0度を超えている。この場合、タイミングT2の前後で、直前電気角θp及び推定電気角θeが取得されると、直前電気角θpがマイナス、推定電気角θeがプラスとなる。この場合、ステップS13,S14でYES、ステップS15,S21でNO(逆回転)の条件を満たす。
After that, at timing T2, the estimation is switched to the estimation by the third electric
この場合、もし仮に、ステップS21,S23を実行せず、ステップS15でNOのとき、ステップS22に移行するようにした場合、図12に一点鎖線で示す波形G4のように、電気角信号FGに信号割れが生じてしまう。電気角信号FGに波形G4のような信号割れが生じると、電気角信号FGを外部で利用する外部回路や外部装置がモータ1の電気角を正しく認識できないおそれがある。
In this case, if steps S21 and S23 are not executed and the process shifts to step S22 when NO in step S15, the electric angle signal FG is displayed as shown by the waveform G4 shown by the alternate long and short dash line in FIG. Signal cracking will occur. When a signal crack such as the waveform G4 occurs in the electric angle signal FG, there is a possibility that an external circuit or an external device that uses the electric angle signal FG externally cannot correctly recognize the electric angle of the
そこで、第二電気角推定部22による推定から第三電気角推定部23による推定に切り替わったタイミングT2の直後の推定電気角θeの変化が、タイミングT2直前のロータの回転方向とは逆方向の回転方向に対応するとき(ステップS13,S14でYES、ステップS15,S21でNO)、切り替わる直前と同じローレベルで電気角信号FGを出力する。
Therefore, the change in the estimated electric angle θe immediately after the timing T2 when the estimation by the second electric
従って、電気角信号出力部24は、ステップS13~S15、S21~S23を実行することによって、上述のような電気角信号FGの信号割れを防止することが可能となる。
Therefore, the electric angle
一方、ステップS14において、直前電気角θpが0度以上の場合(ステップS14でNO)、ステップS31(図5)へ処理を移行する。 On the other hand, in step S14, when the immediately preceding electric angle θp is 0 degrees or more (NO in step S14), the process shifts to step S31 (FIG. 5).
ステップS31において、電気角信号出力部24は、電気角信号FGの信号レベルを現状のまま維持し(ステップS31)、ステップS19へ処理を移行する。
In step S31, the electric angle
ステップS13でYES、ステップS14でNOは、推定電気角θe及び直前電気角θpが、共に0度以上であることを意味する。この場合、正回転の図9、及び逆回転の図10の何れにおいても電気角信号FGはハイレベルで維持される。 YES in step S13 and NO in step S14 mean that the estimated electric angle θe and the immediately preceding electric angle θp are both 0 degrees or more. In this case, the electric angle signal FG is maintained at a high level in both FIG. 9 for forward rotation and FIG. 10 for reverse rotation.
一方、ステップS13において、推定電気角θeが0度に満たない場合(ステップS13でNO)、ステップS41(図6)へ処理を移行する。ステップS41において、電気角信号出力部24は、直前電気角θpを0度と比較する(ステップS41)。直前電気角θpが0度以上の場合(ステップS41でYES)、ステップS42へ処理を移行する。
On the other hand, in step S13, when the estimated electric angle θe is less than 0 degrees (NO in step S13), the process shifts to step S41 (FIG. 6). In step S41, the electric angle
ステップS13でNO、ステップS41でYESは、推定電気角θeが、プラスからマイナス方向へ0度を跨いで、あるいはプラスから0度へ変化したことを意味する。 NO in step S13 and YES in step S41 mean that the estimated electric angle θe has changed from plus to minus 0 degrees or from plus to 0 degrees.
ステップS42において、電気角信号出力部24は、角度反転の有無を確認する(ステップS42)。
In step S42, the electric angle
角度反転有の場合(ステップS42でYES)、電気角信号出力部24は、モータ制御部25による回転制御方向が、正回転か否かを確認する(ステップS43)。正回転であれば(ステップS43でYES)、正回転を示す図9における、タイミングTrに相当するから、電気角信号出力部24は、電気角信号FGをローレベルにし(ステップS44:タイミングTr)、ステップS19へ処理を移行する。
When the angle is inverted (YES in step S42), the electric angle
一方、逆回転であれば(ステップS43でNO)、電気角信号FGの信号レベルを現状のまま維持し(ステップS45)、ステップS19へ処理を移行する。すなわち第二電気角推定部22による推定から第三電気角推定部23による推定に切り替わったタイミングT2の直前と同じハイレベルで電気角信号FGを出力する。
On the other hand, if the rotation is reverse (NO in step S43), the signal level of the electric angle signal FG is maintained as it is (step S45), and the process proceeds to step S19. That is, the electric angle signal FG is output at the same high level as immediately before the timing T2 when the estimation by the second electric
ここで、ステップS13でNO、ステップS41でYESは、推定電気角θeが、プラスからマイナス方向へ0度を跨いで、あるいは0度からマイナスへ変化したことを意味しており、さらに角度反転有の場合(ステップS43でYES)、もし図10に示す逆回転であれば、角度反転のタイミングTrでマイナスからプラス方向へ0度を跨いで変化するのであるから、通常、ステップS43では正回転(ステップS43でYES)となるはずである。ここで、逆回転(ステップS43でNO)となるのは、下記のような場合である。 Here, NO in step S13 and YES in step S41 mean that the estimated electric angle θe straddles 0 degrees from plus to minus, or changes from 0 degrees to minus, and further has angle reversal. In the case of (YES in step S43), if the reverse rotation is shown in FIG. 10, the angle inversion timing Tr changes from minus to plus across 0 degrees, and therefore, normally, forward rotation (YES in step S43). It should be YES) in step S43. Here, the reverse rotation (NO in step S43) occurs in the following cases.
図13は、逆回転の運転停止後にロータの回転が大きく減速した場合のタイミングToff前後を拡大して示す波形図である。運転が停止されたタイミングToffの直後に、波形G2に基づく角度反転のタイミングTrが位置する場合、タイミングTrにおいて、推定電気角θeが0度を上回り、電気角信号FGはハイレベルになる。 FIG. 13 is an enlarged waveform diagram showing before and after the timing Turn when the rotation of the rotor is greatly decelerated after the operation of the reverse rotation is stopped. When the timing Tr of the angle inversion based on the waveform G2 is located immediately after the timing Turn when the operation is stopped, the estimated electric angle θe exceeds 0 degrees in the timing Tr, and the electric angle signal FG becomes a high level.
その後、タイミングT2で第三電気角推定部23による推定に切り替わる。このとき、実際のロータの回転は波形G2よりも遅いので、図13のタイミングT2における波形G3のように、第三電気角推定部23の推定電気角θeは、まだ0度未満である。この場合、タイミングT2の前後で、直前電気角θp及び推定電気角θeが取得されると、直前電気角θpがプラス、推定電気角θeがマイナスとなる。この場合、ステップS13でNO、ステップS41,S42でYES、ステップS43でNO(逆回転)の条件を満たす。
After that, at timing T2, the estimation is switched to the estimation by the third electric
この場合、もし仮に、ステップS43,S45を実行せず、ステップS42でYESのとき、ステップS44に移行するようにした場合、図13に一点鎖線で示す波形G4のように、電気角信号FGに信号割れが生じてしまう。電気角信号FGに波形G4のような信号割れが生じると、電気角信号FGを外部で利用する外部回路や外部装置がモータ1の電気角を正しく認識できないおそれがある。
In this case, if steps S43 and S45 are not executed and the process shifts to step S44 when YES in step S42, the electric angle signal FG is displayed as shown by the waveform G4 shown by the alternate long and short dash line in FIG. Signal cracking will occur. When a signal crack such as the waveform G4 occurs in the electric angle signal FG, there is a possibility that an external circuit or an external device that uses the electric angle signal FG externally cannot correctly recognize the electric angle of the
そこで、第二電気角推定部22による推定から第三電気角推定部23による推定に切り替わったタイミングT2の直後の推定電気角θeの変化が、タイミングT2直前のロータの回転方向とは逆方向の回転方向に対応するとき(ステップS13でNO、ステップS41,S42でYES、ステップS43でNO)、電気角信号出力部24は、切り替わる直前と同じハイレベルで電気角信号FGを出力する。
Therefore, the change in the estimated electric angle θe immediately after the timing T2 when the estimation by the second electric
従って、電気角信号出力部24は、ステップS13、S41~S45を実行することによって、上述のような電気角信号FGの信号割れを防止することが可能となる。
Therefore, the electric angle
一方、ステップS42において、角度反転無しの場合(ステップS42でNO)、ステップS51(図7)へ処理を移行する。角度反転無しの場合(ステップS42でNO)、推定電気角θeはプラスからマイナスへスロープ状に変化していることを意味する。 On the other hand, in step S42, when there is no angle inversion (NO in step S42), the process shifts to step S51 (FIG. 7). When there is no angle inversion (NO in step S42), it means that the estimated electric angle θe changes in a slope shape from plus to minus.
次に、ステップS51において、電気角信号出力部24は、モータ制御部25による回転制御方向が、逆回転か否かを確認する(ステップS51)。逆回転であれば(ステップS51でYES)、逆回転を示す図10における、タイミングT1に相当するから、電気角信号出力部24は、電気角信号FGをローレベルにし(ステップS52:タイミングT1)、ステップS19へ処理を移行する。
Next, in step S51, the electric angle
一方、正回転であれば(ステップS51でNO)、電気角信号FGの信号レベルを現状のまま維持する(ステップS53)。すなわち第二電気角推定部22による推定から第三電気角推定部23による推定に切り替わったタイミングT2の直前と同じハイレベルで電気角信号FGを出力する。
On the other hand, if the rotation is forward (NO in step S51), the signal level of the electric angle signal FG is maintained as it is (step S53). That is, the electric angle signal FG is output at the same high level as immediately before the timing T2 when the estimation by the second electric
ここで、ステップS13でNO、ステップS41でYESは、推定電気角θeが、プラスからマイナス方向へ0度を跨いで、あるいはプラスから0度へ変化したことを意味しており、さらに角度反転無の場合(ステップS42でNO)、もし図9に示す正回転であれば、タイミングT1でマイナスからプラス方向へ0度を跨いで変化するのであるから、通常、ステップS51では逆回転(ステップS51でYES)となるはずである。ここで、正回転(ステップS51でNO)となるのは、下記のような場合である。 Here, NO in step S13 and YES in step S41 mean that the estimated electric angle θe has changed from plus to minus 0 degrees or from plus to 0 degrees, and there is no angle inversion. In the case of (NO in step S42), if it is a forward rotation shown in FIG. 9, it changes from minus to plus across 0 degrees at timing T1, and therefore, normally, in step S51, reverse rotation (in step S51). YES) should be. Here, the forward rotation (NO in step S51) occurs in the following cases.
図14は、正回転の運転停止後にロータの回転が大きく減速した場合のタイミングToff前後を拡大して示す波形図である。運転が停止されたタイミングToffの直後に、波形G2が0度以上となるタイミングT1が位置する場合、タイミングT1において、推定電気角θeが0度以上となり、電気角信号FGはハイレベルになる。 FIG. 14 is an enlarged waveform diagram showing before and after the timing Turn when the rotation of the rotor is greatly decelerated after the operation of the forward rotation is stopped. When the timing T1 at which the waveform G2 becomes 0 degrees or more is located immediately after the timing Turn when the operation is stopped, the estimated electric angle θe becomes 0 degrees or more at the timing T1, and the electric angle signal FG becomes a high level.
その後、タイミングT2で第三電気角推定部23による推定に切り替わる。このとき、実際のロータの回転は波形G2よりも遅いので、図14のタイミングT2のように、波形G3で示す第三電気角推定部23の推定電気角θeは、まだ0度を超えていない。この場合、タイミングT2の前後で、直前電気角θp及び推定電気角θeが取得されると、直前電気角θpがプラス、推定電気角θeがマイナスとなる。この場合、ステップS13でNO、ステップS41でYES、ステップS42,S51でNO(正回転)の条件を満たす。
After that, at timing T2, the estimation is switched to the estimation by the third electric
この場合、もし仮に、ステップS51,S53を実行せず、ステップS42でNOのとき、ステップS52に移行するようにした場合、図14に一点鎖線で示す波形G4のように、電気角信号FGに信号割れが生じてしまう。電気角信号FGに波形G4のような信号割れが生じると、電気角信号FGを外部で利用する外部回路や外部装置がモータ1の電気角を正しく認識できないおそれがある。
In this case, if steps S51 and S53 are not executed and the process shifts to step S52 when NO in step S42, the electric angle signal FG is displayed as shown by the waveform G4 shown by the alternate long and short dash line in FIG. Signal cracking will occur. When a signal crack such as the waveform G4 occurs in the electric angle signal FG, there is a possibility that an external circuit or an external device that uses the electric angle signal FG externally cannot correctly recognize the electric angle of the
そこで、第二電気角推定部22による推定から第三電気角推定部23による推定に切り替わったタイミングT2の直後の推定電気角θeの変化が、タイミングT2直前のロータの回転方向とは逆方向の回転方向に対応するとき(ステップS13でNO、ステップS41でYES、ステップS42,S51でNO)、切り替わる直前と同じハイレベルで電気角信号FGを出力する。
Therefore, the change in the estimated electric angle θe immediately after the timing T2 when the estimation by the second electric
従って、電気角信号出力部24は、ステップS13,S41,S42,S51~S53を実行することによって、上述のような電気角信号FGの信号割れを防止することが可能となる。
Therefore, the electric angle
一方、ステップS41において、直前電気角θpが0度に満たない場合(ステップS41でNO)、ステップS31(図5)へ処理を移行する。 On the other hand, in step S41, when the immediately preceding electric angle θp is less than 0 degrees (NO in step S41), the process shifts to step S31 (FIG. 5).
ステップS31において、電気角信号出力部24は、電気角信号FGの信号レベルを現状のまま維持し(ステップS31)、ステップS19へ処理を移行する。
In step S31, the electric angle
ステップS13でNO、ステップS41でNOは、推定電気角θe及び直前電気角θpが、共に0度に満たないことを意味する。この場合、正回転の図9、及び逆回転の図10の何れにおいても電気角信号FGはローレベルで維持される。 NO in step S13 and NO in step S41 mean that the estimated electric angle θe and the immediately preceding electric angle θp are both less than 0 degrees. In this case, the electric angle signal FG is maintained at a low level in both FIG. 9 for forward rotation and FIG. 10 for reverse rotation.
上述のモータ1はモータを利用する種々の装置に適用可能であるが、中でも掃除機に対して好適である。
The above-mentioned
図15は、モータ1を備えた掃除機の一例を示す斜視図である。図15に示す掃除機200は、いわゆるスティック型の電気掃除機である。なお、モータ1は、スティック型に限らず、ロボット型、キャニスター型、ハンディ型等、種々の形式の電気掃除機に適用可能である。
FIG. 15 is a perspective view showing an example of a vacuum cleaner provided with a
掃除機200は、吸気部202及び排気部203が設けられた筐体201を備える。筐体201内の空気通路内には、図略の集塵部、図略のフィルタ、送風装置100、及びモータ1が配置される。空気通路内を流れる空気に含まれる塵埃等のゴミはフィルタにより捕集され、集塵部内に集塵される。モータ1は、送風装置100を駆動させるための駆動力を発生させる。
The
筐体201の上部には把持部204及び操作部205が設けられる。使用者は、操作部205の操作によって掃除機200の動作設定を行う。操作部205の操作により、例えば、モータ1の運転開始、運転停止、及び回転数の変更等が指示される。吸気部202には棒状の吸引管206が接続される。吸引管206の先端部には吸引ノズル207が取り付けられる。
A
モータ1は、電気角推定装置2を有する。モータ1が備える電気角推定装置2によれば、モータの運転が停止されて慣性による回転が開始された直後のロータの電気角である推定電気角θeを推定することが容易である。従って、掃除機200のように、頻繁に運転開始と運転停止とが繰り返される場合であっても、安定的に推定電気角θeを推定することが容易となる。本実施形態においては、掃除機200がモータ1を備える。その結果、推定電気角θeに基づきモータ1を駆動制御することが容易となる。また、本実施形態における電気角推定方法においては、(a)1又は複数のコイルへの通電状態とロータの電気角とが相関関係を有するモータ1の運転中において、電気角を推定電気角θeとして推定し、さらに、(b)モータ1の運転が停止された後の電気角を、運転が停止される直前のロータの回転速度に基づいて推定電気角θeとして推定する。これにより、モータ1の運転が停止された後でも、ロータの電気角を高精度に推定できる。
The
1 モータ
2 電気角推定装置
3 ステータ
4 インバータ回路
21 第一電気角推定部
22 第二電気角推定部
23 第三電気角推定部
24 電気角信号出力部
25 モータ制御部
26 記憶部
27 電圧検出回路
100 送風装置
200 掃除機
201 筐体
202 吸気部
203 排気部
204 把持部
205 操作部
206 吸引管
207 吸引ノズル
D,Du1,Dv1,Dw1,Du2,Dv2,Dw2 ダイオード
FG 電気角信号
G1,G2,G3,G4 波形
Lu,Lv,Lw コイル
Q,Qu1,Qv1,Qw1,Qu2,Qv2,Qw2 スイッチング素子
T1,T2,T3,Toff タイミング
Vu,Vv,Vw コイル電圧
t 時刻
ts 切替時間
θo 基準角
θ1,θ2 電気角
θe 推定電気角
θp 直前電気角
1
Claims (13)
前記モータの運転が停止された後の前記電気角を、前記運転が停止される直前の前記ロータの回転速度に基づいて前記推定電気角として推定する第二電気角推定部とを備える電気角推定装置。 A first electric angle estimation unit that estimates the electric angle as an estimated electric angle while the motor has a correlation between the energization state of one or a plurality of coils and the electric angle of the rotor.
An electric angle estimation unit including a second electric angle estimation unit that estimates the electric angle after the motor operation is stopped as the estimated electric angle based on the rotation speed of the rotor immediately before the operation is stopped. Device.
前記第二電気角推定部は、前記停止される直前の回転速度と前記負の加速度とに基づいて、前記運転が停止された後の前記電気角を前記推定電気角として推定する請求項1又は2に記載の電気角推定装置。 Further provided with a storage unit that previously stores the negative acceleration when the operation is stopped,
The second electric angle estimation unit estimates the electric angle after the operation is stopped as the estimated electric angle based on the rotation speed immediately before the stop and the negative acceleration. 2. The electric angle estimation device according to 2.
前記電気角信号出力部は、前記第二電気角推定部による推定から前記第三電気角推定部による推定に切り替わった直後の前記推定電気角の変化が、前記切り替わる直前の前記ロータの回転方向とは逆方向の回転方向に対応するとき、前記切り替わる直前と同じ信号レベルで前記電気角信号を出力する請求項5~8のいずれか1項に記載の電気角推定装置。 The preset reference angle of the estimated electrical angle is represented by a positive sign, the range of 180 degrees in one direction from the reference angle is represented by a positive sign, and the range of 180 degrees in the other direction from the reference angle is represented by a negative sign. In this case, when the estimated electric angle is a positive value less than 180 degrees, the signal level of the electric angle signal representing the estimated electric angle is set as the first level, and the estimated electric angle has an absolute value of 180. Further, an electric angle signal output unit is provided, which sets the signal level of the electric angle signal to a second level different from the first level when the value is less than the negative value.
In the electric angle signal output unit, the change in the estimated electric angle immediately after switching from the estimation by the second electric angle estimation unit to the estimation by the third electric angle estimation unit is the rotation direction of the rotor immediately before the switching. The electric angle estimation device according to any one of claims 5 to 8, which outputs the electric angle signal at the same signal level as immediately before the switching when corresponding to the rotation direction in the opposite direction.
(b)前記モータの運転が停止された後の前記電気角を、前記運転が停止される直前の前記ロータの回転速度に基づいて前記推定電気角として推定する電気角推定方法。 (A) While the motor has a correlation between the energized state of one or a plurality of coils and the electric angle of the rotor, the electric angle is estimated as an estimated electric angle.
(B) An electric angle estimation method for estimating the electric angle after the operation of the motor is stopped as the estimated electric angle based on the rotation speed of the rotor immediately before the operation is stopped.
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