JP2023001682A - Rotation angle computation device, motor control device and electrically-driven pump - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、回転角演算装置、モータ制御装置および電動ポンプに関する。 The present disclosure relates to a rotation angle computing device, a motor control device, and an electric pump.
回転角演算装置は、自動車または産業用等で用いられるモータ制御システムにおいて、モータ角度あるいは回転速度を検出するのに用いられる。たとえば、特開２０１０－２５７３０号公報（特許文献１）には、印加される磁界の方向に応じて抵抗値が変化する複数のＭＲ素子をブリッジ状に接続した検出回路に対して、正常に動作していることを診断するダイアグ回路を増設した磁気センサデバイスが開示されている。 A rotation angle computing device is used to detect a motor angle or rotation speed in a motor control system used in automobiles, industries, or the like. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-25730 (Patent Document 1) discloses that a detection circuit in which a plurality of MR elements whose resistance value changes according to the direction of an applied magnetic field are connected in a bridge form is capable of operating normally. A magnetic sensor device with an additional diagnostic circuit for diagnosing that
特開２０１０－２５７３０号公報（特許文献１）に開示された磁気センサデバイスは、故障検知のためには、ダイアグ回路の追加が必要であり、コストがかかるという問題がある。 The magnetic sensor device disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2010-25730 (Patent Document 1) requires the addition of a diagnostic circuit for failure detection, which is costly.
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、追加回路が必要なく、本来機能の構成のみで故障診断が可能な回転角演算装置およびモータ制御装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and its object is to provide a rotation angle computing device and a motor control device which do not require additional circuits and are capable of diagnosing failures only by configuring the original functions. It is to be.
本開示は、回転体の回転量に応じたサイン波およびコサイン波を出力する回転センサの出力を受けて回転角を演算する回転角演算装置に関する。回転角演算装置は、サイン波およびコサイン波を用いて互いに異なる複数の演算方法によって複数の回転角度値を算出する角度演算部と、角度演算部が算出した複数の回転角度値に基づいて、回転体の回転角度の決定および回転センサの故障判定を行なう処理部とを備える。 The present disclosure relates to a rotation angle calculation device that receives an output from a rotation sensor that outputs a sine wave and a cosine wave corresponding to the amount of rotation of a rotating body and calculates a rotation angle. The rotation angle calculation device includes an angle calculation unit that calculates a plurality of rotation angle values by a plurality of different calculation methods using a sine wave and a cosine wave, and a rotation angle calculation unit based on the plurality of rotation angle values calculated by the angle calculation unit. a processing unit that determines the rotation angle of the body and determines the failure of the rotation sensor.
本開示の回転角演算装置およびモータ制御装置によれば、センサおよびセンサ信号処理部のみで角度演算および故障検知が完結するので、故障検知のための回路等の追加が不要である。 According to the rotation angle calculation device and the motor control device of the present disclosure, angle calculation and failure detection are completed only with the sensor and the sensor signal processing section, so there is no need to add a circuit or the like for failure detection.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings below, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１のモータ制御システムの構成を示すブロック図である。図１に示すモータ制御システムは、モータ３と、モータ３の回転角度および回転速度を検出するための回転センサ４と、回転センサ４の出力に基づいてモータ３を制御するモータ制御装置２００とを備える。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a motor control system according to
モータ制御装置２００は、インバータ制御部１と、インバータ２とを含む。インバータ制御部１は、Ａ／Ｄ変換器１１，１２と、回転角演算装置１３と、制御部１４とを含む。
回転センサ４は、モータ３の回転体であるロータの回転量に応じたサイン波信号Ｓｉｎθおよびコサイン波信号Ｃｏｓθを出力する。Ａ／Ｄ変換器１１は、サイン波信号Ｓｉｎθをデジタル値（ａ）に変換する。Ａ／Ｄ変換器１２は、コサイン波信号Ｃｏｓθをデジタル値（ｂ）に変換する。
The
回転角演算装置１３は、デジタル値（ａ），（ｂ）を受けて回転角度θoutおよびエラー信号ＥＲＲを演算する。
A
制御部１４は、回転角度θoutを受けて、インバータ２に制御信号を出力する。制御部１４は、速度演算部１４１と、速度制御部１４２と、電流制御部１４３とを含む。なお制御部１４については、インバータ２を駆動する一般的な制御を実行するものであるので、詳細な説明はここでは行なわない。
The
回転角演算装置１３は、サイン波信号Ｓｉｎθおよびコサイン波信号Ｃｏｓθを用いて互いに異なる複数の演算方法によって複数の回転角度値を算出する角度演算部１３０と、角度演算部１３０が算出した複数の回転角度値に基づいて、回転体の回転角度θoutの決定および回転センサ４の故障判定を行なう処理部１３４とを備える。
The rotation
回転センサ４は、サイン波信号Ｓｉｎθを出力する第１センサ４１と、コサイン波信号Ｃｏｓθを出力する第２センサ４２とを含む。角度演算部１３０は、サイン波およびコサイン波を用いて第１～第３の回転角度値θ１～θ３をそれぞれ算出する第１～第３の角度演算器１３１～１３３を含む。処理部１３４は、第１～第３の回転角度値θ１～θ３を比較し、第１～第３の回転角度値θ１～θ３の差に基づいて回転センサの故障判定結果ＥＲＲを出力するように構成される。
The
第１センサ４１および第２センサ４２としては、たとえば、特開２０１０－２５７３０号公報（特許文献１）に開示されるような、印加される磁界の方向に応じて抵抗値が変化する複数のＭＲ素子をブリッジ状に接続した検出回路を使用することができる。モータ３のロータには、ロータの回転に従い回転磁界を発生させるための永久磁石が取付けられている。モータ３のステータに回転センサ４が取付けられることによって、モータ３のロータが回転すると回転センサ４が検出する信号Ｓｉｎθおよび信号Ｃｏｓθが回転角θに応じて変化する。
As the
回転センサ４からの信号Ｓｉｎθおよび信号Ｃｏｓθは、Ａ／Ｄ変換器１１，１２でそれぞれ取り込まれ、デジタル値である検知値(a)，(b)に変換される。回転角演算装置１３の角度演算器１３１、角度演算器１３２、角度演算器１３３の各々は、検知値(a)，(b)を受ける。
A signal Sin θ and a signal Cos θ from the
以下、角度演算器１３１～１３３と処理部１３４の処理内容をフローチャートを用いて順に説明する。
The processing contents of the
角度演算器１３１は、サンプリング時刻ごとに検出値(a)および検出値(b)を取得し、arctan（((a)-Ｖof)/((b)-Ｖof)）を計算する。
The
図２は、角度演算器１３１が演算結果θ１を得る処理内容を示すフローチャートである。ステップＳ１において、角度演算器１３１は、回転角を示す信号のデジタル値である検知値(a)，(b)を受付ける。そして、ステップＳ２において、検知値(a)，(b)からarctanを計算し演算結果θ１を得る。ただし、回転センサ出力の中央電圧をＶofとすると、検知値(a)，(b)の各々からＶofを引き算して演算する必要がある。角度演算器１３１ではarctan(((a)-Ｖof)/((b)-Ｖof))からモータ角度を示す演算結果θ１を演算する。
FIG. 2 is a flow chart showing the processing content of the
このとき、モータ角度の演算はarctanの演算結果をあらかじめマップとして入力しておき算出してもよい。 At this time, the calculation of the motor angle may be performed by inputting the calculation result of arctan in advance as a map.
図３は、角度演算器１３１の演算を説明するための波形図である。図３において、回転センサの中央電圧Ｖofが２．５Ｖであり、回転センサ４からの信号Ｓｉｎθおよび信号Ｃｏｓθは、最小値０Ｖ、最大値５Ｖの間で振幅±２．５Ｖで振れている場合の例が示される。ここで、時刻ｔ２における検知値(a)は、ｓｉｎ（π／４）＋２．５をデジタル変換した値となっており、検知値(ｂ)は、ｃｏｓ（π／４）＋２．５をデジタル変換した値となっている。したがって、ｔａｎθを計算するには、オフセット分である中央電圧Ｖof＝２．５Ｖに相当するデジタル値を検知値(a)，(b)から引いてから行なう必要がある。
FIG. 3 is a waveform diagram for explaining the calculation of the
図３に示す例での時刻ｔ２における演算結果θ１は、Ｖof＝２．５Ｖとすると次式で計算できる。
θ１＝arctan(((a)-2.5)/((b)-2.5))
θ１＝arctan(sin(π/4)/cos(π/4))＝arctan(1)＝４５°
角度演算器１３２は、arcsin（((a)-Ｖof)/Ｖof）の値と(b)の値とから角度を算出する。図４は、角度演算器１３２が演算結果θ２を得る処理内容を示すフローチャートである。ステップＳ１１において、角度演算器１３２は、回転数を示す信号のデジタル値である検知値(a)，(b)を受付ける。そして、ステップＳ１２において、arcsin（ａ）を計算し解Ｘ１，Ｘ２を得る。ただし、回転センサ出力の中央電圧をＶofとすると、検知値(a)，(b)の各々からＶofを引き算して演算する必要がある。
Calculation result θ1 at time t2 in the example shown in FIG. 3 can be calculated by the following equation when Vof=2.5V.
θ1 = arctan(((a)-2.5)/((b)-2.5))
θ1=arctan(sin(π/4)/cos(π/4))=arctan(1)=45°
The
角度演算器１３２ではarcsin((Ｖof-(a))/Ｖof)を算出する。このときの演算結果は２つの解Ｘ１，Ｘ２が得られる。
The
図５は、検知値(a)＞Ｖofの場合における角度演算器１３２の演算を説明するための波形図である。図５において、回転センサの中央電圧Ｖofが２．５Ｖであり、回転センサ４からの信号Ｓｉｎθは、最小値０Ｖ、最大値５Ｖの間で振幅±２．５Ｖで振れている場合の例が示される。ここで、検知値(a)がｓｉｎ（π／４）＋２．５をデジタル変換した値である場合、図５に実線で示す検知値(a)に対して、２つの解Ｘ１（＝π／４）、Ｘ２（＝３π／４）が得られる。
FIG. 5 is a waveform diagram for explaining the calculation of the
これらの解Ｘ１，Ｘ２に対して、同時に得られた破線で示す検知値(b)を考慮し、どちらが正しい解かを判別する。すなわち、図５より、(b)－Ｖof＞０である場合は解Ｘ１（＝π／４）が正しい検出値であり、(b)－Ｖof＜０である場合は解Ｘ２（＝３π／４）が正しい検出値であることが分かる。 With respect to these solutions X1 and X2, the detected value (b) indicated by the dashed line obtained simultaneously is taken into consideration to determine which one is the correct solution. That is, from FIG. 5, when (b)-Vof>0, the solution X1 (=π/4) is the correct detection value, and when (b)-Vof<0, the solution X2 (=3π/4 ) is the correct detection value.
図６は、検知値(a)＜Ｖofの場合における角度演算器１３２の演算を説明するための波形図である。図６において、回転センサの中央電圧Ｖofが２．５Ｖであり、回転センサ４からの信号Ｓｉｎθは、最小値０Ｖ、最大値５Ｖの間で振幅±２．５Ｖで振れている場合の例が示される。ここで、検知値(a)がｓｉｎ（５π／４）＋２．５をデジタル変換した値である場合、図５に実線で示す検知値(a)に対して、２つの解Ｘ１（＝５π／４）、Ｘ２（＝７π／４）が得られる。
FIG. 6 is a waveform diagram for explaining the calculation of the
これらの解Ｘ１，Ｘ２に対して、同時に得られた破線で示す検知値(b)を考慮し、どちらが正しい解かを判別する。すなわち、図５より、(b)－Ｖof＜０である場合は解Ｘ１（＝５π／４）が正しい検出値であり、(b)－Ｖof＞０である場合は解Ｘ２（＝７π／４）が正しい検出値であることが分かる。 With respect to these solutions X1 and X2, the detected value (b) indicated by the dashed line obtained simultaneously is taken into consideration to determine which one is the correct solution. That is, from FIG. 5, when (b)-Vof<0, the solution X1 (=5π/4) is the correct detected value, and when (b)-Vof>0, the solution X2 (=7π/4 ) is the correct detection value.
以上、図５、図６で示したような判別が、図４のステップＳ１３以降で実行される。まずステップＳ１３において、Ｖof＝２．５Ｖとして、arcsin(((a)-2.5)/2.5)＜πであるか否かが判断される。 As described above, determinations as shown in FIGS. 5 and 6 are executed after step S13 in FIG. First, in step S13, it is determined whether or not arcsin(((a)-2.5)/2.5)<π with Vof=2.5V.
arcsin(((a)-2.5)/2.5)＜π（すなわち(a)＞Ｖof）が成立する場合には、図５で説明したような判別がステップＳ１４～Ｓ２０で実行される。一方、arcsin(((a)-2.5)/2.5)＜πが成立しない場合（すなわち(a)≦Ｖof）には、図６で説明したような判別がステップＳ２１～Ｓ２７で実行される。 If arcsin(((a)-2.5)/2.5)<π (that is, (a)>Vof) is established, determination as described with reference to FIG. 5 is performed in steps S14 to S20. On the other hand, if arcsin(((a)-2.5)/2.5)<π does not hold (that is, (a)≦Vof), the determination as described with reference to FIG. 6 is performed in steps S21 to S27.
ステップＳ１４では、２つの解の間にＸ１＜Ｘ２が成立するか否かが判断される。Ｘ１＜Ｘ２が成立する場合（Ｓ１４でＹＥＳ）、ステップＳ１５においてさらに(b)－Ｖof＞０が成立するか否かが判断される。(b)－Ｖof＞０が成立する場合（Ｓ１５でＹＥＳ）、ステップＳ１６において角度演算器１３２は解Ｘ１を演算結果θ２に設定する。(b)－Ｖof＞０が成立しない場合（Ｓ１５でＮＯ）、ステップＳ１７において角度演算器１３２は解Ｘ２を演算結果θ２に設定する。
In step S14, it is determined whether or not X1<X2 holds between the two solutions. If X1<X2 holds (YES in S14), it is further determined in step S15 whether (b)-Vof>0 holds. If (b)-Vof>0 holds (YES in S15), the
一方で、Ｘ１＜Ｘ２が成立しない場合（Ｓ１４でＮＯ）、ステップＳ１８においてさらに(b)－Ｖof＞０が成立するか否かが判断される。(b)－Ｖof＞０が成立する場合（Ｓ１８でＹＥＳ）、ステップＳ１９において角度演算器１３２は解Ｘ２を演算結果θ２に設定する。(b)－Ｖof＞０が成立しない場合（Ｓ１８でＮＯ）、ステップＳ２０において角度演算器１３２は解Ｘ１を演算結果θ２に設定する。
On the other hand, if X1<X2 does not hold (NO in S14), it is further determined in step S18 whether (b)-Vof>0 holds. (b) If -Vof>0 holds (YES in S18), the
ステップＳ２１では、２つの解の間にＸ１＜Ｘ２が成立するか否かが判断される。Ｘ１＜Ｘ２が成立する場合（Ｓ２１でＹＥＳ）、ステップＳ２２においてさらに(b)－Ｖof＞０が成立するか否かが判断される。(b)－Ｖof＞０が成立する場合（Ｓ２２でＹＥＳ）、ステップＳ２３において角度演算器１３２は解Ｘ２を演算結果θ２に設定する。(b)－Ｖof＞０が成立しない場合（Ｓ２２でＮＯ）、ステップＳ２４において角度演算器１３２は解Ｘ１を演算結果θ２に設定する。
In step S21, it is determined whether or not X1<X2 holds between the two solutions. If X1<X2 holds (YES in S21), it is further determined in step S22 whether (b)-Vof>0 holds. (b) If -Vof>0 holds (YES in S22), the
一方で、Ｘ１＜Ｘ２が成立しない場合（Ｓ２１でＮＯ）、ステップＳ２５においてさらに(b)－Ｖof＞０が成立するか否かが判断される。(b)－Ｖof＞０が成立する場合（Ｓ２５でＹＥＳ）、ステップＳ２６において角度演算器１３２は解Ｘ１を演算結果θ２に設定する。(b)－Ｖof＞０が成立しない場合（Ｓ２５でＮＯ）、ステップＳ２７において角度演算器１３２は解Ｘ２を演算結果θ２に設定する。
On the other hand, if X1<X2 does not hold (NO in S21), it is further determined in step S25 whether (b)-Vof>0 holds. (b) If -Vof>0 holds (YES in S25), the
以上説明したように、角度演算器１３２はarcsin((Ｖof-(a))/Ｖof)を算出して得られた２つの解Ｘ１，Ｘ２のいずれか一方を、arcsin((Ｖof-(a))/Ｖof)がπ以上か以下か、かつ(b)-Ｖofの正負に基づいて選択することにより、結果を一意に決定する。なお、２つの解のうち小さい方をＸ１、大きい方をＸ２と定義すれば、Ｓ１４，Ｓ１８～Ｓ２０、Ｓ２１、Ｓ２５～Ｓ２７を省略することができる。
As described above, the
図７は、角度演算器１３３が演算結果θ３を得る処理内容を示すフローチャートである。ステップＳ４１において、角度演算器１３３は、回転数を示す信号のデジタル値である検知値(a)，(b)を受付ける。そして、ステップＳ４２において、arccos（ｂ）を計算し解Ｘ１，Ｘ２を得る。ただし、回転センサ出力の中央電圧をＶofとすると、検知値(a)，(b)の各々からＶofに相当する数を引き算して演算する必要がある。
FIG. 7 is a flow chart showing the processing content of the
角度演算器１３３ではarccos((Ｖof-(b))/Ｖof)を算出する。このときの演算結果は２つの解Ｙ１，Ｙ２が得られる。
The
図８は、角度演算器１３３の演算を説明するための波形図である。図８において、回転センサの中央電圧Ｖofが２．５Ｖであり、回転センサ４からの信号Ｃｏｓθは、最小値０Ｖ、最大値５Ｖの間で振幅±２．５Ｖで振れている場合の例が示される。ここで、検知値(b)がｃｏｓ（π／４）＋２．５をデジタル変換した値である場合、図８に実線で示す検知値(b)に対して、２つの解Ｙ１（＝π／４）、Ｙ２（＝７π／４）が得られる。
FIG. 8 is a waveform diagram for explaining the calculation of the
これらの解Ｙ１，Ｙ２に対して、同時に得られた破線で示す検知値(a)を考慮し、どちらが正しい解かを判別する。すなわち、図８より、(a)－Ｖof＞０である場合は解Ｙ１が正しい検出値であり、(a)－Ｖof＜０である場合は解Ｙ２が正しい検出値であることが分かる。 With respect to these solutions Y1 and Y2, the detected value (a) indicated by the dashed line obtained simultaneously is taken into account to determine which one is the correct solution. That is, it can be seen from FIG. 8 that the solution Y1 is the correct detection value when (a)-Vof>0, and the solution Y2 is the correct detection value when (a)-Vof<0.
以上、図８で示したような判別が、図７のステップＳ４３以降で実行される。まずステップＳ４３において、２つの解の間にＹ１＜Ｙ２が成立するか否かが判断される。Ｙ１＜Ｙ２が成立する場合（Ｓ４３でＹＥＳ）、ステップＳ４４においてさらに(a)－Ｖof＞０が成立するか否かが判断される。(a)－Ｖof＞０が成立する場合（Ｓ４４でＹＥＳ）、ステップＳ４５において角度演算器１３３は解Ｙ１を演算結果θ３に設定する。(a)－Ｖof＞０が成立しない場合（Ｓ４４でＮＯ）、ステップＳ４６において角度演算器１３３は解Ｙ２を演算結果θ３に設定する。
As described above, the determination as shown in FIG. 8 is executed after step S43 in FIG. First, in step S43, it is determined whether or not Y1<Y2 holds between the two solutions. If Y1<Y2 holds (YES in S43), it is further determined in step S44 whether (a)-Vof>0 holds. If (a)-Vof>0 holds (YES in S44), the
一方で、Ｙ１＜Ｙ２が成立しない場合（Ｓ４３でＮＯ）、ステップＳ４７においてさらに(a)－Ｖof＞０が成立するか否かが判断される。(a)－Ｖof＞０が成立する場合（Ｓ４７でＹＥＳ）、ステップＳ４８において角度演算器１３３は解Ｙ２を演算結果θ３に設定する。(a)－Ｖof＞０が成立しない場合（Ｓ４７でＮＯ）、ステップＳ４９において角度演算器１３３は解Ｙ１を演算結果θ３に設定する。
On the other hand, if Y1<Y2 does not hold (NO in S43), it is further determined in step S47 whether (a)-Vof>0 holds. If (a)-Vof>0 holds (YES in S47), the
以上説明したように、角度演算器１３３は、arccos((Ｖof-(b))/Ｖof)を算出して得られた２つの解Ｙ１，Ｙ２のいずれか一方を、(a)-Ｖofの正負に基づいて選択することにより、結果を一意に決定する。なお、２つの解のうち小さい方をＹ１、大きい方をＹ２と定義すれば、Ｓ４３，Ｓ４７～Ｓ４９を省略することができる。
As described above, the
図９は、処理部１３４が演算結果θ１～θ３から演算結果θoutおよびエラー信号ＥＲＲを得る処理内容を示すフローチャートである。
FIG. 9 is a flow chart showing the processing content of the
処理部１３４は、得られた３つの演算結果θ１～θ３を比較し、許容値を超える差があった場合故障とする。
The
まず、ステップＳ５１において、演算結果θ１＝θ２＝θ３が成立するか否かが判断される。θ１＝θ２＝θ３が成立する場合（Ｓ５１でＹＥＳ）は、ステップＳ５２において、処理部１３４は、演算結果θ１をθoutとしてモータ制御に使用する。
First, in step S51, it is determined whether or not the calculation result θ1=θ2=θ3 holds. If θ1=θ2=θ3 is established (YES in S51), the
θ１＝θ２＝θ３が成立しない場合（Ｓ５１でＮＯ）であっても、誤差が許容値以下である場合には（Ｓ５３でＹＥＳ）、ステップＳ５４において、やはり、処理部１３４は、演算結果θ１をθoutとしてモータ制御に使用する。判定に使用される許容値は、適用するアプリケーションで必要とされる回転角度検出精度に基づいて決定される。
Even if θ1=θ2=θ3 does not hold (NO in S51), if the error is equal to or less than the allowable value (YES in S53), in step S54, the
θ１＝θ２＝θ３が成立しない場合（Ｓ５１でＮＯ）であって、誤差が許容値を超えた場合には（Ｓ５３でＮＯ）、ステップＳ５５において、処理部１３４は、故障時の動作を行なう。たとえば、回転センサ４が故障したことを示すエラー信号ＥＲＲを出力し、警告ランプ、警報ブザーなどでユーザに故障を報知すると共に、モータ３を停止させる。
If θ1=θ2=θ3 does not hold (NO at S51) and the error exceeds the allowable value (NO at S53), in step S55, processing
図１０は、故障発生時の演算結果の誤差について説明するための図である。 FIG. 10 is a diagram for explaining the error in the calculation result when a failure occurs.
図１０には、一例として信号Ｓｉｎθの中央電圧が規定値の＋２．５Ｖから－０．２Ｖオフセットした場合が示される。検出値(a)は本来の値から０．２［Ｖ］に相当する値だけずれてしまう。たとえば、サンプリング時刻ｔ２の時、演算した角度に誤差が生じる。これは各信号の位相ずれによっても同様の事象が発生する。 FIG. 10 shows, as an example, the case where the center voltage of the signal Sin θ is offset from the specified value of +2.5V by −0.2V. The detected value (a) deviates from the original value by a value corresponding to 0.2 [V]. For example, at sampling time t2, an error occurs in the calculated angle. A similar phenomenon occurs due to the phase shift of each signal.
具体的には、信号Ｓｉｎθ側のオフセットが０．２Ｖ下がっていた場合、時刻ｔ２において、信号Ｓｉｎθの電圧は１．５７［Ｖ］、信号Ｃｏｓθの電圧は１．７７［Ｖ］となる。このとき、θ１＝arctan(1.57/1.77)＝41.6°，θ２＝arcsin(1.57/2.5)＝38.8°，θ３＝arccos(1.77/2.5)＝45°となる。 Specifically, when the offset on the signal Sin θ side is decreased by 0.2 V, the voltage of the signal Sin θ is 1.57 [V] and the voltage of the signal Cos θ is 1.77 [V] at time t2. At this time, θ1=arctan(1.57/1.77)=41.6°, θ2=arcsin(1.57/2.5)=38.8°, and θ3=arccos(1.77/2.5)=45°.
この際、θ１とθ２の差、θ１とθ３との差、またはθ２とθ３との差が許容値＝３°以上でエラーとなるようにすることで、角度のずれによって回転センサの故障を検出することができる。 At this time, an error occurs when the difference between θ1 and θ2, the difference between θ1 and θ3, or the difference between θ2 and θ3 is equal to or greater than the allowable value of 3°. can do.
以上の角度演算結果θ１，θ２，θ３の結果を相互に比較し、アプリケーションごとに求められる精度以上の差異があった場合には、処理部１３４は、センサ異常としてモータを停止させる。
The above angle calculation results θ1, θ2, and θ3 are compared with each other, and if there is a difference greater than the accuracy required for each application, the
このように、比較したセンサ値に差異が生じるので、回転センサの異常の早期発見が可能となる。 Since a difference occurs in the compared sensor values in this manner, it is possible to detect an abnormality in the rotation sensor at an early stage.
［実施の形態２］
実施の形態１では、回転センサが第１センサおよび第２センサを含む構成であったが、回転センサがさらに多くのセンサを含む場合にも同様の故障検出方法が適用できる。
[Embodiment 2]
In
たとえば、高い信頼性が要求されるモータシステムには、十分な信頼性を確保するために回転センサ中のセンサが冗長な構成となっているものもある。 For example, in some motor systems that require high reliability, the sensor in the rotation sensor has a redundant configuration in order to ensure sufficient reliability.
図１１は、実施の形態２のモータ制御システムの構成を示すブロック図である。図１１に示すモータ制御システムは、モータ３と、モータ３の回転角度および回転速度を検出するための回転センサ４Ａと、回転センサ４Ａの出力に基づいてモータ３を制御するモータ制御装置２００Ａとを備える。
FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the motor control system according to the second embodiment. The motor control system shown in FIG. 11 includes a
モータ制御装置２００Ａは、インバータ制御部１Ａと、インバータ２とを含む。インバータ制御部１Ａは、Ａ／Ｄ変換器１１，１２，１１Ａ，１２Ａと、回転角演算装置１３Ａと、制御部１４とを含む。
回転センサ４Ａは、モータ３の回転体であるロータの回転量に応じたサイン波信号Ｓｉｎθおよびコサイン波信号Ｃｏｓθをそれぞれ出力するセンサ４１，４２と、センサ４１，４２と冗長に設けられサイン波信号ＳｉｎθＡおよびコサイン波信号ＣｏｓθＡをそれぞれ出力するセンサ４１Ａ，４２Ａとを含む。Ａ／Ｄ変換器１１は、サイン波信号Ｓｉｎθをデジタル値（ａ）に変換する。Ａ／Ｄ変換器１２は、コサイン波信号Ｃｏｓθをデジタル値（ｂ）に変換する。Ａ／Ｄ変換器１１Ａは、サイン波信号ＳｉｎθＡをデジタル値（ａ１）に変換する。Ａ／Ｄ変換器１２Ａは、コサイン波信号ＣｏｓθＡをデジタル値（ｂ１）に変換する。
回転角演算装置１３Ａは、角度演算部１３０Ａと処理部１３４Ａとを含む。
The
角度演算部１３０Ａは、角度演算器１３１～１３３と、角度演算器１３１Ａ～１３３Ａとを含む。角度演算器１３１～１３３は、実施の形態１における図１に示した角度演算器１３１～１３３と同じである。また、角度演算器１３１Ａ～１３３Ａは、冗長な検知値(a1)，(b1)を検知値(a)，(b)に代えて受け演算結果θ１１～θ１３を出力する点が異なるが、処理内容は角度演算器１３１～１３３と同じである。
Angle calculator 130A includes angle calculators 131-133 and
処理部１３４Ａは、演算結果θ１～θ３および演算結果θ１１～θ１３に基づいてモータ制御に用いる回転角度θoutおよび回転センサの故障判定結果ＥＲＲを出力するように構成される。
The
たとえば、処理部１３４Ａは、図９に示した処理を演算結果θ１～θ３に適用してθoutを出力し、演算結果θ１～θ３からセンサ４１，４２の故障が検出された場合に、図９に示した処理を演算結果θ１１～θ１３に適用してθoutを出力するように構成される。
For example, the
このようにすれば、回転センサの複数のセンサのうちの一部に故障が発生した場合でも、正常なセンサを使用してモータ３の回転を継続させることができる。また、故障発生をランプ、ブザーまたは警報信号などで報知すれば、正常なセンサを使用してモータ３の回転を継続させつつ、その間に修理部品を手配することができる。したがって、高い信頼性が必要とされるモータシステムに好適に使用できる。
In this way, even if a part of the plurality of rotation sensors fails, it is possible to continue the rotation of the
（モータ制御装置の適用例）
図１２は、本実施の形態のモータ制御装置の適用例である電動ポンプの構成を示すブロック図である。ここでは、電動ポンプの一例として、車両の自動変速機に用いられる電動オイルポンプについて説明するが、電動ポンプは、他の用途のポンプであっても良い。
(Application example of motor control device)
FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of an electric pump that is an application example of the motor control device according to this embodiment. Here, an electric oil pump used in an automatic transmission of a vehicle will be described as an example of the electric pump, but the electric pump may be a pump for other uses.
図１２に示す電動オイルポンプ３０１は、ポンプ機構３１５と、ポンプ機構３１５を駆動するモータ３と、モータ３を駆動するインバータ２と、インバータ２を制御するインバータ制御部１とを備える。
電動オイルポンプ３０１は、車両等のポンプシステム３００に配置される車載向けの自動変速機用電動オイルポンプである。電動オイルポンプ３０１は、さらに、入力インターフェース回路３１１と出力インターフェース回路３１７と、回転センサ４とを備える。
The
電動オイルポンプ３０１は、上位コントローラ３３０から電源電圧ＶＢの供給を受けるとともに入力インターフェース回路３１１を経由して回転速度指令またはトルク指令を受ける。また電動オイルポンプ３０１は、上位コントローラ３３０に対して、出力インターフェース回路３１７を経由してモータ３の回転速度情報または故障情報を出力する。
インバータ制御部１は、中央処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）３１８と、メモリ３１９と、入出力バッファ（図示せず）等を含んで構成される。メモリ３１９は、ＲＯＭ（Read Only Memory）３２０と、ＲＡＭ（Random Access Memory）３２１と、フラッシュメモリ３２２とを含む。ＲＯＭ３２０は、書換え不可能な不揮発メモリであり、ＲＡＭ３２１は、揮発性メモリであり、フラッシュメモリ３２２は、書換え可能な不揮発メモリである。中央処理装置３１８は、ＲＯＭ３２０またはフラッシュメモリ３２２に格納されているプログラムをＲＡＭ３２１等に展開して実行する。ＲＯＭ３２０またはフラッシュメモリ３２２に格納されるプログラムは、インバータ制御部１の処理手順が記されたプログラムである。インバータ制御部１は、これらのプログラムに従って、電動オイルポンプ３０１における各部の制御を実行する。この制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。
The
図１２に示す電動オイルポンプ３０１に、実施の形態１または２で示したモータ制御装置を組み入れることによって、回転センサ４の異常に起因する電動ポンプの故障の早期発見が可能となる。
By incorporating the motor control device shown in
（まとめ）
再び、図を参照して、本実施の形態について総括する。
(summary)
The present embodiment will be summarized again with reference to the drawings.
本開示は、回転体の回転量に応じたサイン波信号Ｓｉｎθおよびコサイン波信号Ｃｏｓθを出力する回転センサ４の出力を受けて回転角を演算する回転角演算装置１３に関する。図１に示す回転角演算装置１３は、サイン波およびコサイン波を用いて互いに異なる複数の演算方法によって複数の回転角度値を算出する角度演算部１３０と、角度演算部１３０が算出した複数の回転角度値に基づいて、回転体の回転角度θoutの決定および回転センサ４の故障判定を行なう処理部１３４とを備える。
The present disclosure relates to a
好ましくは、回転センサ４は、サイン波信号Ｓｉｎθを出力する第１センサ４１と、コサイン波信号Ｃｏｓθを出力する第２センサ４２とを含む。角度演算部１３０は、サイン波およびコサイン波を用いて第１～第３の回転角度値θ１～θ３をそれぞれ算出する第１～第３の角度演算器１３１～１３３を含む。処理部１３４は、第１～第３の回転角度値θ１～θ３を比較し、第１～第３の回転角度値θ１～θ３の差に基づいて回転センサの故障判定結果ＥＲＲを出力するように構成される。
Preferably, the
より好ましくは、図２に示すように、第１の角度演算器１３１は、サイン波の値をコサイン波の値で除算したタンジェント値とアークタンジェント関数とによって第１の回転角度値θ１を算出するように構成される。より具体的には、θ１＝arctan（ｓｉｎθ／ｃｏｓθ）である。また、図４に示すように、第２の角度演算器１３２は、サイン波の値とアークサイン関数とから得られる第１角度および第２角度の一方をコサイン波の値に基づいて選択することによって第２の回転角度値θ２を算出するように構成される。より具体的には、Ｓ１２で得られたarcsin（ｓｉｎθ）の２つの解Ｘ１，Ｘ２のうちの一方が、Ｓ１３～Ｓ２６に示す処理によって選択され、第２の回転角度値θ２に決定される。また、図７に示すように、第３の角度演算器は、コサイン波の値とアークコサイン関数とから得られる第３角度および第４角度の一方をサイン波の値に基づいて選択することによって第３の回転角度値θ３を算出するように構成される。より具体的には、Ｓ４２で得られたarccos（ｃｏｓθ）の２つの解Ｙ１，Ｙ２のうちの一方が、Ｓ４３～Ｓ４９に示す処理によって選択され、第３の回転角度値θ３に決定される。
More preferably, as shown in FIG. 2, the
より好ましくは、図９に示すように、処理部１３４は、第１～第３の回転角度値θ１～θ３の差が許容範囲内の場合には、Ｓ５２またはＳ５４において回転体の回転角度として第１の回転角度値θ１を出力し、第１～第３の回転角度値θ１～θ３の差が許容範囲外の場合には、Ｓ５５において回転センサ４の故障を報知するように構成される。
More preferably, as shown in FIG. 9, if the difference between the first to third rotation angle values θ1 to θ3 is within the allowable range, the
好ましくは、図１１に示すように、回転センサは、サイン波信号Ｓｉｎθを出力する第１センサ４１およびサイン波信号ＳｉｎθＡを出力する第３センサ４１Ａと、コサイン波信号Ｃｏｓθを出力する第２センサ４２およびコサイン波信号ＣｏｓθＡを出力する第４センサ４２Ａとを含む。角度演算部１３０Ａは、サイン波信号Ｓｉｎθ，ＳｉｎθＡおよびコサイン波信号Ｃｏｓθ，ＣｏｓθＡを用いて第１～第６の回転角度値θ１～θ３，θ１Ａ～θ３Ａをそれぞれ算出する第１～第６の角度演算器１３１～１３３，１３１Ａ～１３３Ａを含む。処理部１３４Ａは、第１～第６の回転角度値θ１～θ３，θ１Ａ～θ３Ａを比較し、第１～第６の回転角度値θ１～θ３，θ１Ａ～θ３Ａの差に基づいて故障判定結果ＥＲＲを出力するように構成される。
Preferably, as shown in FIG. 11, the rotation sensors include a
本開示は、他の局面においては、モータ制御装置２００に関する。回転体は、モータ３のロータである。モータ制御装置２００は、上記いずれかの回転角演算装置１３と、モータ３と、回転センサ４と、モータ３を駆動するインバータ２と、回転角演算装置１３の出力に基づいてインバータ２を制御する制御部１４とを備える。
The present disclosure, in another aspect, relates to
本開示は、さらに他の局面においては、上記のモータ制御装置２００と、モータ３によって駆動されるポンプ機構３１５とを備える、電動ポンプに関する。
In still another aspect, the present disclosure relates to an electric pump including
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time should be considered as examples and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the description of the above-described embodiments, and is intended to include all modifications within the scope and meaning equivalent to the scope of the claims.
１，１Ａ インバータ制御部、２ インバータ、３ モータ、４，４Ａ 回転センサ、１１，１１Ａ，１２，１２Ａ Ａ／Ｄ変換器、１３，１３Ａ 回転角演算装置、１４ 制御部、４１，４１Ａ，４２，４２Ａ センサ、１３０，１３０Ａ 角度演算部、１３１，１３１Ａ，１３２，１３２Ａ，１３３，１３３Ａ 角度演算器、１３４，１３４Ａ 処理部、１４１ 速度演算部、１４２ 速度制御部、１４３ 電流制御部、２００，２００Ａ モータ制御装置。
1, 1A inverter control section, 2 inverter, 3 motor, 4, 4A rotation sensor, 11, 11A, 12, 12A A/D converter, 13, 13A rotation angle calculation device, 14 control section, 41, 41A, 42, 42A sensor 130,130A angle calculator 131,131A, 132,132A, 133,133A angle calculator 134,134
Claims (7)
前記サイン波および前記コサイン波を用いて互いに異なる複数の演算方法によって複数の回転角度値を算出する角度演算部と、
前記角度演算部が算出した前記複数の回転角度値に基づいて、前記回転体の回転角度の決定および前記回転センサの故障判定を行なう処理部とを備える、回転角演算装置。 A rotation angle calculation device for calculating a rotation angle by receiving an output from a rotation sensor that outputs a sine wave and a cosine wave corresponding to the amount of rotation of a rotating body,
an angle calculation unit that calculates a plurality of rotation angle values by a plurality of different calculation methods using the sine wave and the cosine wave;
a processing unit that determines a rotation angle of the rotating body and determines a failure of the rotation sensor based on the plurality of rotation angle values calculated by the angle calculation unit.
前記角度演算部は、
前記サイン波および前記コサイン波を用いて第１～第３の回転角度値をそれぞれ算出する第１～第３の角度演算器を含み、
前記処理部は、前記第１～第３の回転角度値を比較し、前記第１～第３の回転角度値の差に基づいて前記回転センサの故障判定結果を出力するように構成される、請求項１に記載の回転角演算装置。 The rotation sensor includes a first sensor that outputs the sine wave and a second sensor that outputs the cosine wave,
The angle calculator is
first to third angle calculators for calculating first to third rotation angle values using the sine wave and the cosine wave, respectively;
The processing unit is configured to compare the first to third rotation angle values and output a failure determination result of the rotation sensor based on a difference between the first to third rotation angle values. The rotation angle calculator according to claim 1.
前記サイン波の値を前記コサイン波の値で除算したタンジェント値とアークタンジェント関数とによって前記第１の回転角度値を算出するように構成され、
前記第２の角度演算器は、
前記サイン波の値とアークサイン関数とから得られる第１角度および第２角度の一方を前記コサイン波の値に基づいて選択することによって前記第２の回転角度値を算出するように構成され、
前記第３の角度演算器は、
前記コサイン波の値とアークコサイン関数とから得られる第３角度および第４角度の一方を前記サイン波の値に基づいて選択することによって前記第３の回転角度値を算出するように構成される、請求項２に記載の回転角演算装置。 The first angle calculator,
configured to calculate the first rotation angle value by an arctangent function and a tangent value obtained by dividing the sine wave value by the cosine wave value,
The second angle calculator,
configured to calculate the second rotation angle value by selecting one of a first angle and a second angle obtained from the sine wave value and an arcsine function based on the cosine wave value;
The third angle calculator,
configured to calculate the third rotation angle value by selecting one of a third angle and a fourth angle obtained from the cosine wave value and an arc cosine function based on the sine wave value. 3. The rotation angle computing device according to claim 2.
前記角度演算部は、
前記サイン波および前記コサイン波を用いて第１～第６の回転角度値をそれぞれ算出する第１～第６の角度演算器を含み、
前記処理部は、前記第１～第６の回転角度値を比較し、前記第１～第６の回転角度値の差に基づいて故障判定結果を出力するように構成される、請求項１に記載の回転角演算装置。 The rotation sensor includes a first sensor and a second sensor that output the sine wave, and a third sensor and a fourth sensor that output the cosine wave,
The angle calculator is
first to sixth angle calculators for calculating first to sixth rotation angle values using the sine wave and the cosine wave, respectively;
2. The apparatus according to claim 1, wherein said processing unit is configured to compare said first to sixth rotation angle values and output a failure determination result based on a difference between said first to sixth rotation angle values. A rotation angle calculator as described.
請求項１～５のいずれか１項に記載の回転角演算装置と、
前記モータと、
前記回転センサと、
前記モータを駆動するインバータと、
前記回転角演算装置の出力に基づいて前記インバータを制御する制御部とを備える、モータ制御装置。 the rotating body is a rotor of a motor,
a rotation angle calculation device according to any one of claims 1 to 5;
the motor;
the rotation sensor;
an inverter that drives the motor;
and a control unit that controls the inverter based on the output of the rotation angle calculation device.
前記モータによって駆動されるポンプ機構とを備える、電動ポンプ。 a motor control device according to claim 6;
and a pump mechanism driven by the motor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021102550A JP2023001682A (en) | 2021-06-21 | 2021-06-21 | Rotation angle computation device, motor control device and electrically-driven pump |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021102550A JP2023001682A (en) | 2021-06-21 | 2021-06-21 | Rotation angle computation device, motor control device and electrically-driven pump |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023001682A true JP2023001682A (en) | 2023-01-06 |
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ID=84688682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021102550A Pending JP2023001682A (en) | 2021-06-21 | 2021-06-21 | Rotation angle computation device, motor control device and electrically-driven pump |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2023001682A (en) |
-
2021
- 2021-06-21 JP JP2021102550A patent/JP2023001682A/en active Pending
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