JP4291660B2 - Brushless motor - Google Patents
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Description
本発明は、ブラシレスモータに係り、特に磁石回転子の回転位置を検出して駆動する駆動制御の最適化に関する。 The present invention relates to a brushless motor, and more particularly to optimization of drive control for detecting and driving a rotational position of a magnet rotor.
ブラシレスモータはブラシと整流子とが無いモータとして知られている。このブラシレスモータでは、ブラシ付きモータがブラシと整流子とが接触しているのに対し、摩擦消耗が発生しないため長期間の駆動に適している。このため、使用頻度が激しく、かつメンテナンスを定期的にされないような環境、例えば車両の冷却用ウォータポンプや各種家電製品の駆動用モータ、に幅広く用いられている。 A brushless motor is known as a motor without a brush and a commutator. This brushless motor is suitable for long-term driving because the brushed motor is in contact with the commutator and the brush is free from frictional wear. For this reason, it is widely used in environments where the frequency of use is high and maintenance is not performed regularly, such as water pumps for cooling vehicles and drive motors for various home appliances.
ブラシレスモータは電機子巻線と磁石回転子とから構成されており、磁石回転子の回転位置を検出しながら駆動している。すなわち、磁石回転子の回転位置を検出し、検出した回転位置情報に適切な位相補正を行い、位相補正後の回転位置情報に基づいて駆動信号が出力される。電機子巻線は駆動信号を受けると回転磁界を発生し、磁石回転子は発生した回転磁界からトルクを受けて回転する。 The brushless motor is composed of an armature winding and a magnet rotor, and is driven while detecting the rotational position of the magnet rotor. That is, the rotational position of the magnet rotor is detected, an appropriate phase correction is performed on the detected rotational position information, and a drive signal is output based on the rotational position information after the phase correction. The armature winding generates a rotating magnetic field when receiving a drive signal, and the magnet rotor rotates by receiving torque from the generated rotating magnetic field.
ここで、特許文献1には、磁石回転子の回転位置を検出して駆動するブラシレスモータにおいて、検出した回転位置情報に最適な位相補正を行う技術が開示されている。
Here,
図8に示される如く、回転子位置検出回路100は、磁石回転子102の回転位置を検出して、回転位置信号をマイクロコンピュータ104の位相補正部106へ出力する。位相補正部106では、回転位置信号から検出した磁石回転子102の回転速度に基づいて、図示しないメモリに記憶した位相補正マップ108から位相補正の補正量を算出し、算出した補正量を通電タイミング生成部110へ出力する。通電タイミング生成部110では、回転位置信号に補正量の位相補正を行い、通電切替タイミング信号を通電切り替えロジック制御部112へ出力する。通電切り替えロジック制御部112では、通電切替タイミング信号に基づいてインバータ回路114を制御する駆動信号をインバータ回路114へ出力する。インバータ回路114は、駆動信号に基づいて、電機子巻線122に図示しない電源による通電を行い、回転磁界を発生させてブラシレスモータ120を駆動させる。
As shown in FIG. 8, the rotor
位相補正マップ108には回転速度に応じた補正量が記憶されており、回転速度に基づいて補正量が算出される。しかし、モータ特性のバラツキや、駆動時に用いる電源電圧と位相補正マップ108の設定時に用いた電源電圧とが異なる場合があり、種々の条件に最適な補正量を設定した位相補正マップ108を用意することはメモリ容量の制限から事実上不可能に近い。
The
そこで、ブラシレスモータ120を効率良く駆動するため、駆動している条件に合わせて以下のように補正量を最適な値に修正している。
Therefore, in order to drive the
電流検出回路116では、ブラシレスモータ120の電流(モータ電流)を検出し、モータ電流の微小変化を検波して電流値を検波信号としてマイクロコンピュータ104の補正量修正方向判断部118へ出力する。補正量修正方向判断部118は、位相補正部106において位相補正マップ108から算出した補正量を周期的に増減方向に微小変化させる一方、検波信号に基づき、補正量の微小変化による電流値の大小変化を検出して、補正量を修正する増減方向(修正方向)を判断する。すなわち、ブラシレスモータ120が一定の回転速度で回転している場合、モータ電流の電流値が小さい方が消費電力も少なく効率が良いので、補正量の増減方向への微小変化により電流値が減少する増減方向を修正方向と判断する。位相補正部106では、補正量修正方向判断部118により判断された修正方向に補正量を修正する(位相補正最適化)。
しかしながら、ウォータポンプのように負荷変動が発生するブラシレスモータ120の場合、電流値が減少する修正方向へ補正量を修正しても、必ず効率良くなるとは限らない。その理由は、位相補正最適化中に負荷変動が発生すると、回転に必要なトルクが変化し、トルクを発生させるためにモータ電流も変化する。つまり、電流値が減少しても、効率が良くなり電流値が減少したのか、負荷変動により電流値が減少したのかを判断することができない。
However, in the case of the
また、位相補正最適化中には、回転速度を一定に保つことを要求されるが、回転速度が変化しないことは理論上ではありえるが、現実的にはないに等しい。もし、補正量の微小変化によって、効率が良くなると、回転速度が微小増加する。回転速度の微小増加するにつれ、ブラシレスモータ120の負荷が微小に増加する。結果として、効率がよくなる方向に補正量を変化させても、電流値が増加するケースが出てくる。
Also, during the phase correction optimization, it is required to keep the rotation speed constant, but it is theoretically possible that the rotation speed does not change, but it is not practical. If the efficiency is improved by a minute change in the correction amount, the rotation speed slightly increases. As the rotation speed slightly increases, the load on the
従って、電流値による判断では、補正量の修正方向が適正とならないことがあり、位相補正最適化の結果、逆に効率の悪いタイミングでの通電切替となってしまうことがある。 Therefore, in the determination based on the current value, the correction direction of the correction amount may not be appropriate, and as a result of the phase correction optimization, the energization switching may be performed at an inefficient timing.
本発明は上記事実を考慮し、負荷変動が発生しても回転位置信号を位相補正する補正量の修正方向を間違うことなく修正し、効率良く駆動するブラシレスモータを提供することを目的とする。 In view of the above facts, an object of the present invention is to provide a brushless motor that efficiently corrects a correction amount for correcting the phase of a rotational position signal even when a load change occurs, and corrects the correction direction without making a mistake.
上記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、複数相の電機子巻線の各相が通電のオン・オフを相互に制御されることで、当該電機子巻線に回転磁界を発生させ、磁石回転子を回転させるブラシレスモータにおいて、前記磁石回転子の回転位置情報を検出し、前記回転位置情報を位相補正する補正量を求める位相補正量算出手段と、前記回転位置情報に前記補正量の位相補正を行い、前記電機子巻線の各相で通電のオン、オフを相互に制御するタイミングを算出し、前記電機子巻線の通電を制御する通電切替制御手段と、前記磁石回転子の回転よって前記電機子巻線の特定の相に発生する誘起電圧を検出する検出手段と、前記特定の相への通電がオンとなる通電オン期間前後の通電オフ期間内のタイミングであって、当該通電オン期間の1/2時期を対称軸としたタイミングで、前記検出手段により各々検出される誘起電圧の電位差から位相のずれを検出する位相ずれ検出手段と、前記位相ずれ検出手段により検出された位相のずれ量が大きいほど大きい修正量を用いて、通電オン期間の前後の前記オフ期間中に発生する前記誘起電圧が対称となるように、前記補正量を修正する補正量修正手段と、を有することを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, the invention according to
請求項1の発明によれば、ブラシレスモータは、電機子巻線の各相が通電のオン・オフを相互に制御されることで、電機子巻線に回転磁界を発生し、回転磁界により磁石回転子を回転させて駆動する。ブラシレスモータが駆動していると、電機子巻線には磁石回転子の回転による誘起電圧が発生している。 According to the first aspect of the present invention, the brushless motor generates a rotating magnetic field in the armature winding by mutually controlling on / off of energization of each phase of the armature winding, and the magnet is generated by the rotating magnetic field. The rotor is driven to rotate. When the brushless motor is driven, an induced voltage is generated in the armature winding due to the rotation of the magnet rotor.
位相補正量算出手段は、磁石回転子の回転位置情報を検出し、検出した回転位置情報から回転速度などを求め、例えば位相補正マップなどにより、回転位置情報を位相補正する補正量を算出する。 The phase correction amount calculation means detects the rotational position information of the magnet rotor, obtains the rotational speed from the detected rotational position information, and calculates a correction amount for phase correction of the rotational position information, for example, using a phase correction map.
通電切替制御手段では、位相補正量算出手段により算出した補正量の位相補正を回転位置情報に行い、電機子巻線の各相で通電のオン、オフを相互に制御するタイミング(通電切替タイミング)を算出して、電機子巻線の通電を制御する。 The energization switching control means performs phase correction of the correction amount calculated by the phase correction amount calculation means on the rotational position information, and timing for mutually controlling on / off of energization in each phase of the armature winding (energization switching timing) To control the energization of the armature winding.
一方、検出手段では、磁石回転子を回転よって電機子巻線の特定の相に発生する誘起電圧を検出する。
位相ずれ検出手段は、特定の相への通電がオンとなる通電オン期間前後の通電オフ期間内のタイミングであって、当該通電オン期間の1/2時期を対称軸としたタイミングで、前記検出手段により各々検出される誘起電圧の電位差から位相のずれを検出する。これは、理想的な通電切替タイミングで電機子巻線に通電がされ、ブラシレスモータが最も効率良く駆動していると、通電オン期間の前後の通電オフ期間中に発生する誘起電圧の波形は対称となることに基づく。
On the other hand, the detecting means detects an induced voltage generated in a specific phase of the armature winding by rotating the magnet rotor.
The phase shift detection means is the timing within the energization off period before and after the energization on period when energization to a specific phase is on, and at the timing with the half time of the energization on period as the axis of symmetry. The phase shift is detected from the potential difference between the induced voltages detected by the means . This is because when the armature winding is energized at the ideal energization switching timing and the brushless motor is driven most efficiently, the waveform of the induced voltage generated during the energization off period before and after the energization on period is symmetric. It is based on becoming.
例えば、120°方形波通電において理想的な通電切替タイミングでブラシレスモータが駆動していると、図7(A)に示すように、通電オン期間(図7(A)の期間t18参照)の前後の通電オフ期間中に発生する誘起電圧の波形(図7(A)の期間t16、t17参照)は対称となる。一方、理想的でない通電切替タイミングで駆動した場合、図7(B)に示すように、通電オン期間(図7(B)の期間t19参照)の前後に発生する誘起電圧の波形(図7(B)の期間t20、t21参照)は対称とならない。 For example, when the brushless motor is driven at an ideal energization switching timing in 120 ° square wave energization, as shown in FIG. 7A, before and after the energization on period (see period t18 in FIG. 7A). The waveform of the induced voltage generated during the energization off period (see periods t16 and t17 in FIG. 7A) is symmetric. On the other hand, when driven at a non-ideal energization switching timing, as shown in FIG. 7B, the waveform of the induced voltage generated before and after the energization on period (see period t19 in FIG. 7B) (FIG. The periods t20 and t21 of B) are not symmetrical.
よって、誘起電圧が対称性から、ブラシレスモータが効率良く駆動しているかを判断することができる。 Therefore, it can be determined from the symmetry of the induced voltage whether the brushless motor is driven efficiently.
補正量修正手段では、位相ずれ検出手段の検出結果に基づき、通電オン期間の前後のオフ期間中に発生する誘起電圧が対称となるように補正量の修正する。 The correction amount correction means corrects the correction amount based on the detection result of the phase shift detection means so that the induced voltages generated during the off period before and after the energization on period are symmetric.
従って、請求項1の発明によれば、通電オン期間の前後の通電オフ期間に発生する誘起電圧から位相のずれを検出することにより、位相補正の補正量を理想的な通電切替タイミングへ修正して、ブラシレスモータを効率良く駆動させることができる。 Therefore, according to the first aspect of the invention, the phase correction correction amount is corrected to the ideal energization switching timing by detecting a phase shift from the induced voltage generated in the energization off period before and after the energization on period. Thus, the brushless motor can be driven efficiently.
すなわち、請求項1の発明によれば、通電オフ、通電オン、通電オフと通電が切り替る際に、通電オン期間の1/2時期を対称軸として通電オン期間前後の通電オフの期間に発生する誘起電圧を検出し、検出した誘起電圧を比較することで位相のずれを検出できる。 That is, according to the first aspect of the present invention, when energization is turned off, energization is turned on, and energization is switched off, energization is generated in the energization off period before and after the energization on period with the ½ axis as the symmetry axis. The phase shift can be detected by detecting the induced voltage to be detected and comparing the detected induced voltages.
これは、理想的な通電切替タイミングで駆動するブラシレスモータでは、通電オン期間の1/2時期を対称軸(図7(A)の対称軸参照)とすると、通電オフの期間で発生している誘起電圧(図7(A)の期間t16、t17参照)は対称となるため、検出した誘起電圧から位相のずれを検出することができる。 In a brushless motor driven at an ideal energization switching timing, this occurs during the energization off period when the half period of the energization on period is a symmetric axis (see the symmetric axis in FIG. 7A). Since the induced voltage (see periods t16 and t17 in FIG. 7A) is symmetric, a phase shift can be detected from the detected induced voltage.
従って、請求項1の発明によれば、通電オンとなる期間の1/2時期を対称軸として、誘起電圧を比較することで、理想的な通電切替タイミングとの位相のずれを検出することができる。 Therefore, according to the first aspect of the present invention, it is possible to detect a phase shift from the ideal energization switching timing by comparing the induced voltages with the ½ axis as the axis of symmetry when the energization is turned on. it can.
請求項2に係る発明は、請求項1記載の発明において、前記電機子巻線にパルス幅変調された回転磁界を発生させるパルス幅変調手段をさらに有し、前記位相ずれ検出手段が、通電オフの期間に発生する前記誘起電圧がパルス幅変調により検出できない場合、検出できなかったタイミングから電気角360°の正、又は負の整数倍となるタイミングで発生する誘起電圧を検出して、位相のずれを検出することを特徴とする。
The invention according to
請求項2の発明によれば、パルス幅変調手段により電機子巻線に発生する電圧はパルス幅変調によって振動しており、電機子巻線には誘起電圧が露出する期間と露出しない期間がある。
According to the invention of
位相ずれ検出手段では、電機子巻線の特定の相に発生する誘起電圧を検出するが、検出したタイミングで誘起電圧が露出しない場合、位相のずれを検出することができないため、検出したタイミングから電気角360°の負の整数倍(電気角360°の整数倍前)、又は電気角360°の正の整数倍(電気角360°の整数倍後)となるタイミングで発生している誘起電圧を検出し、再度位相のずれを検出する。 The phase shift detection means detects the induced voltage generated in a specific phase of the armature winding, but if the induced voltage is not exposed at the detected timing, the phase shift cannot be detected. Induced voltage generated at a timing that is a negative integer multiple of electrical angle 360 ° (before integer multiple of electrical angle 360 °) or a positive integer multiple of electrical angle 360 ° (after integer multiple of electrical angle 360 °) Is detected, and the phase shift is detected again.
これにより、誘起電圧をより確実に取得して、位相のずれを検出することができる。 Thereby, an induced voltage can be acquired more reliably and a phase shift can be detected.
従って、請求項2の発明によれば、パルス幅変調手段により電機子巻線に発生する誘起電圧が露出しない場合があっても、位相のずれを安定して検出することができる。 Therefore, according to the second aspect of the present invention, even if the induced voltage generated in the armature winding is not exposed by the pulse width modulation means, the phase shift can be detected stably.
請求項3に係る発明は、請求項1又は請求項2記載の発明において、前記位相補正量算出手段が、ホール素子により前記磁石回転子の極変化点を検出して回転位置情報を求めることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the phase correction amount calculating means detects a pole change point of the magnet rotor by a Hall element to obtain rotational position information. Features.
請求項3の発明によれば、回転位置情報検出手段が、ホール素子により回転している磁石回転子の極変化点を検出して回転位置情報を検出している。 According to the invention of claim 3 , the rotational position information detecting means detects the rotational position information by detecting the pole change point of the magnet rotor rotating by the Hall element.
ホール素子は価格も安価なため、ブラシレスモータの回転位置情報検出手段として広く用いられている。 Since the Hall element is inexpensive, it is widely used as a means for detecting rotational position information of a brushless motor.
しかし、ホール素子による磁石回転子の回転位置の検出では、ホール素子の取り付け位置に高い精度が要求され、ホール素子の取り付け位置により検出される回転位置情報に誤差が発生する。 However, in the detection of the rotational position of the magnet rotor by the Hall element, high accuracy is required for the mounting position of the Hall element, and an error occurs in the rotational position information detected by the mounting position of the Hall element.
そこで、請求項1又は請求項2記載の発明を用いることにより、ホール素子の取り付け位置によって回転位置情報に誤差があっても、位相ずれ検出手段により誤差を検出して、補正量修正手段により理想的な通電切替タイミングに修正できるため、効率良くブラシレスモータを駆動させることができる。
Therefore, by using the invention of
従って、請求項3の発明によれば、ホール素子の取り付け位置により回転位置情報に誤差があっても、補正量修正手段により誤差を修正して、効率良く駆動することができる。 Therefore, according to the invention of claim 3 , even if there is an error in the rotational position information depending on the mounting position of the Hall element, the error can be corrected by the correction amount correcting means and the drive can be efficiently performed.
(第1の実施の形態)
以下、図面を参照して、本発明の第1の実施の形態について説明する。
(First embodiment)
The first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、第1の実施の形態のブラシレスモータ50及びブラシレスモータ駆動装置10の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a
ブラシレスモータ50は、磁石回転子54、及びU、V、Wの電機子巻線がスター結線された3相電機子巻線52から構成されている。
The
ブラシレスモータ駆動装置10は、図示されない電源と接続され、後述する駆動信号を受けて3相電機子巻線52に通電切替を行うインバータ回路14と、磁石回転子54の回転位置を検出して回転位置信号を出力する回転子位置検出回路16と、3相電機子巻線52のU相に発生する電圧を検出して端子電圧信号を出力する端子電圧検出回路18と、回転位置信号と端子電圧信号を受けて、駆動信号をインバータ回路14へ出力するマイクロコンピュータ20とから構成されている。
The brushless
さらに、マイクロコンピュータ20は、回転位置信号に基づき後述する位相補正マップ24より位相補正の補正量を算出し、後述する修正方向判断信号に基づき補正量を修正して、補正量信号を出力する位相補正部22と、補正量信号に基づき回転位置信号に補正量の位相補正を行い、通電切替タイミング信号を出力する通電タイミング生成部26と、通電切替タイミング信号に基づいて駆動信号を出力する通電切り替えロジック制御部28と、端子電圧信号に基づき、位相のずれを検出して位相ずれ検出信号を出力する位相ずれ検出部30と、位相ずれ検出信号に基づき、位相補正の補正量を修正する修正方向を判断して、修正方向判断信号を位相補正部22へ出力する補正量修正方向判断部32と、図示されないCPU、RAM、ROM、これらを接続するバスとを含んで構成されている。また、ROMには、位相補正マップ24が記憶されている。
Further, the
3相電機子巻線52の各相はインバータ回路14の出力端子、及び回転子位置検出回路16と接続され、U相は端子電圧検出回路18と接続されている。3相電機子巻線52には、駆動信号により通電切替がされることで、120°方形波通電の回転磁界が発生する。
Each phase of the three-phase armature winding 52 is connected to the output terminal of the
磁石回転子54は、3相電機子巻線52に発生した回転磁界からトルクを受けて回転する。また、磁石回転子54が回転することで、3相電機子巻線52の各相には誘起電圧が発生する。
The
インバータ回路14は、3対(計6個)のスイッチング素子U+、U−、V+、V−、W+、W−が3相ブリッジ接続した回路で構成されており、スイッチング素子U+、V+、W+により上側の通電がオンされ、U−、V−、W−により下側の通電がオンされる。インバータ回路14は、図示されない電源、通電切り替えロジック制御部28、及び3相電機子巻線52の各相と接続され、通電切り替えロジック制御部28から駆動信号を受け、3相電機子巻線52に120°方形波通電の通電切替を行う。また、スイッチング素子U−、V−、W−の一端側はGNDされている。
The
回転子位置検出回路16は、3相電機子巻線52の各相、及び位相補正部22と接続され、3相電機子巻線52の端子電圧をローパスフィルタを通して擬似誘起電圧を抽出し、擬似誘起電圧のゼロクロス点を検出し回転位置信号として位相補正部22へ出力する。
The rotor position detection circuit 16 is connected to each phase of the three-phase armature winding 52 and the
端子電圧検出回路18は、3相電機子巻線52のU相、及び位相ずれ検出部30と接続され、3相電機子巻線52のU相に生じている電圧を検出して、端子電圧信号を位相ずれ検出部30へ出力する。
The terminal
位相補正部22は、回転子位置検出回路16、位相補正マップ24、通電タイミング生成部26、及び補正量修正方向判断部32と接続され、回転位置信号から磁石回転子54の回転速度を検出し、回転速度に基づいて位相補正マップ24から位相補正の補正量を算出する。
The
また、後述する補正量修正方向判断部32より修正方向判断信号を受け、算出した補正量を修正方向に修正する。修正した補正量と回転位置信号を補正量信号として通電タイミング生成部26へ出力する。
In addition, a correction direction determination signal is received from a correction amount correction
位相補正マップ24は、位相補正部22と接続され、磁石回転子54の回転速度を条件として、回転位置信号に位相補正を行う補正量がマッピングされ、図示されないROMに記憶されている。
The
通電タイミング生成部26は、位相補正部22、及び通電切り替えロジック制御部28と接続され、位相補正部22より補正量信号を受け、回転位置信号に補正量の位相補正を行い、3相電機子巻線52に通電切替を行うタイミング(通電切替タイミング)を通電切替タイミング信号として出力する。
The energization
通電切り替えロジック制御部28は、通電タイミング生成部26、及びインバータ回路14と接続され、通電切替タイミング信号に基づいて駆動信号を出力する。
The energization switching
位相ずれ検出部30は、端子電圧検出回路18及び補正量修正方向判断部32と接続され、端子電圧検出回路18より端子電圧信号を受け、所定のタイミングで誘起電圧を検出し、検出した誘起電圧から位相のずれを検出して位相ずれ検出信号を出力する。
The phase
補正量修正方向判断部32は、位相補正部22及び位相ずれ検出部30と接続され、位相ずれ検出部30により検出した位相のずれに基づき位相補正の補正量の修正方向を判断し、修正方向判断信号を位相補正部22へ出力する。
The correction amount correction
次に上記第1の実施の形態の作用を説明する。 Next, the operation of the first embodiment will be described.
磁石回転子54の回転位置を回転子位置検出回路16において検出し、検出した回転位置信号に基づき通電切り替えロジック制御部28から駆動信号が出力される制御は従来と同様であるため、説明を省略する。
Since the rotation position of the
3相電機子巻線52の各相には、120°方形波通電の駆動信号によって電気角120°の通電オンと電気角60°の通電オフが繰り返されており、3相電機子巻線52に発生する回転磁界により、磁石回転子54が回転している。
In each phase of the three-phase armature winding 52, the energization on at an electrical angle of 120 ° and the energization off at an electrical angle of 60 ° are repeated by a drive signal of 120 ° square wave energization. The
磁石回転子54が回転していると、3相電機子巻線52のU相には図2で示すように駆動信号(図2の駆動信号U+、U−参照)による電圧、自己誘導の逆起電圧、誘起電圧(図2の誘起電圧参照)が発生している。
When the
端子電圧検出回路18は、3相電機子巻線52のU相の電圧を検出して、端子電圧信号を位相ずれ検出部30へ出力する。
The terminal
位相ずれ検出部30では、端子電圧信号から以下のようなタイミングで誘起電圧を検出する。
The
駆動信号により通電オフ(図2の期間t1参照)、通電オン(図2の期間t2参照)、通電オフ(図2の期間t3参照)と通電が切り替る際に、通電オンとなる電気角120°の1/2時期を位相ずれ検出対称軸として、位相ずれ検出対称軸の電気角90°前(図2の期間t6)と後(図2の期間t7)に発生している誘起電圧VF1とVF2とを検出する。そして、検出した電圧VF1、VF2の比較を行い、位相のずれを検出する。
An
図2に示される場合、誘起電圧VF1とVF2は等しくなり、理想的な通電切替タイミングであるため、位相のずれは検出されず、位相のずれ無しの位相ずれ検出信号が補正量修正方向判断部32へ出力され、補正量修正方向判断部32は、修正なしの修正方向判断信号を位相補正部22へ出力する。
In the case shown in FIG. 2, the induced voltages VF1 and VF2 are equal and are ideal energization switching timings. Therefore, no phase shift is detected, and a phase shift detection signal without phase shift is detected as a correction amount correction direction determination unit. The correction amount correction
位相補正部22は修正なし修正方向判断信号を受けると、位相補正マップ24から算出した補正量をそのまま通電タイミング生成部26へ出力する。
When receiving the correction direction determination signal without correction, the
通電タイミング生成部26では、回転位置信号に補正量の位相補正を行い、通電切替タイミング信号を通電切り替えロジック制御部28へ出力する。通電切り替えロジック制御部28では、通電切替タイミング信号に基づき駆動信号が出力され、磁石回転子54が回転する。
The energization
一方、図3で示すような電圧が3相電機子巻線52のU相に発生すると、位相ずれ検出部30では、端子電圧信号から通電オン(図3のt10参照)となる電気角120°の1/2時期を位相ずれ検出対称軸(図3の位相ずれ検出対称軸参照)として電気角90°前(図3のt11参照)と後(図3のt12参照)に発生している誘起電圧VF3、VF4を検出し、検出した誘起電圧VF3、VF4の比較をする。比較した結果、電圧VF3、VF4は一致しないため、位相のずれありの位相ずれ検出信号を補正量修正方向判断部32へ出力する。
On the other hand, when a voltage as shown in FIG. 3 is generated in the U phase of the three-phase armature winding 52, the phase
補正量修正方向判断部32では、位相のずれありの位相ずれ検出信号を受けると、誘起電圧VF3、VF4の比較を行い、位相補正の補正量の修正方向を求める。
When the correction amount correction
図3に示される場合、VF3<VF4となるため、位相補正の補正量減らす必要があると判断して、位相補正部22へ補正量を減らす方向(図3の矢印A方向)に修正する指示を修正方向判断信号として出力する。
In the case shown in FIG. 3, since VF3 <VF4, it is determined that the correction amount of the phase correction needs to be reduced, and the
これは、誘起電圧が対称となる対称軸(図3の誘起電圧対称軸参照)が、理想的な通電切替タイミングとなる対称軸であるので、補正量を減らして、誘起電圧が対称となる対称軸と位相ずれ検出対称軸とが一致するように修正するためである。 This is because the symmetry axis in which the induced voltage is symmetric (see the induced voltage symmetry axis in FIG. 3) is the symmetric axis that is the ideal energization switching timing, so the correction amount is reduced and the symmetry in which the induced voltage is symmetric. This is because the axis and the phase shift detection symmetry axis are corrected to coincide with each other.
位相補正部22では、修正方向判断信号に基づき、位相補正の補正量を一定の値減らす修正を行い、修正後の補正量を補正量信号として通電タイミング生成部26へ出力する。なお、この一定の値は、ブラシレスモータ50の駆動に影響が少ない適切な値となっている。
The
通電タイミング生成部26では、修正された補正量と回転位置信号に基づき、通電切替タイミング信号が出力され、通電切り替えロジック制御部28では通電切替タイミング信号に基づいて信号駆動信号が出力され、磁石回転子54が回転する。
The energization
位相補正の補正量を一定の値減したことにより、位相ずれ検出対称軸と誘導起電力の電圧が対称となる対称軸との差(位相のずれ)が小さくなり、誘導起電力の電圧VF3、VF4との電位差も小さくなる。 By reducing the correction amount of the phase correction by a certain value, the difference (phase shift) between the phase shift detection symmetry axis and the symmetry axis where the induced electromotive force voltage is symmetric is reduced, and the induced electromotive force voltage VF3, The potential difference from VF4 is also reduced.
ブラシレスモータ50が駆動している際に、位相のずれを検出して補正量を一定の値修正する処理を繰り返すことで位相のずれが収束し、通電切替のタイミングを理想的な通電切替タイミングに修正することができる。
When the
また、誘起電圧の対称性から位相のずれを判断することで、負荷変動によって回転に必要なトルクが変化しても補正量の修正方向を間違えることが無い。 In addition, by determining the phase shift from the symmetry of the induced voltage, the correction direction of the correction amount is not mistaken even if the torque required for rotation changes due to load fluctuation.
このように、第1の実施の形態のブラシレスモータによれば、通電オン期間の1/2時期を位相ずれ検出対称軸として通電オン期間前後の通電オフ期間に発生している誘起電圧の対称性から位相のずれを検出することで、負荷変動が発生しても回転位置信号を位相補正する補正量の修正方向を間違うことなく、効率良く駆動するブラシレスモータを提供することができる。 As described above, according to the brushless motor of the first embodiment, the symmetry of the induced voltage generated in the energization off period before and after the energization on period, with 1/2 phase of the energization on period as the phase shift detection symmetry axis. Thus, a brushless motor that can be driven efficiently can be provided without detecting the correction direction of the correction amount for correcting the phase of the rotational position signal even if a load change occurs.
ここで、位相ずれ検出部30において通電オン期間の1/2時期を位相ずれ検出対称軸として誘起電圧を検出したが、通電オンからオフへ変わり(図2の矢印t4、t5参照)電気角30°後に発生する誘起電圧(図2のVF1、VF2参照)を検出し、誘起電圧を比較することで位相のずれを検出することもできる。
Here, the phase
なお、第1の実施の形態では、位相ずれ検出対称軸から前後電気角90°のタイミングでの誘起電圧から位相のずれを検出したが、検出タイミングは位相ずれ検出対称軸に対して対称で、かつ誘起電圧が検出できるタイミングであればよい。 In the first embodiment, the phase shift is detected from the induced voltage at the timing of the electrical angle of 90 ° from the phase shift detection symmetric axis from the phase shift detection symmetric axis, but the detection timing is symmetric with respect to the phase shift detection symmetric axis. In addition, any timing may be used as long as the induced voltage can be detected.
補正量を修正する修正量を一定の値としたが、位相のずれの大きさから修正量を算出して修正してもよい。位相のずれの大きさに応じて修正値を増減させることで、位相のずれをはやく収束させることができる。
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。この第2の実施の形態の特徴は、パルス幅変調により、3相電機子巻線52に誘起電圧が露出する期間と露出しない期間とがあり、誘起電圧を検出するタイミングで誘起電圧が露出していない場合、検出タイミングを電気角360°の正負の整数倍となるタイミングに変える点にある。
Although the correction amount for correcting the correction amount is a constant value, the correction amount may be calculated from the magnitude of the phase shift and corrected. By increasing or decreasing the correction value according to the magnitude of the phase shift, the phase shift can be quickly converged.
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The feature of the second embodiment is that there are a period in which the induced voltage is exposed to the three-phase armature winding 52 and a period in which the induced voltage is not exposed to the three-phase armature winding 52 by pulse width modulation. The induced voltage is exposed at the timing of detecting the induced voltage. If not, the detection timing is changed to a timing that is an integral multiple of positive and negative electrical angles of 360 °.
図4は第2の実施の形態のブラシレスモータ50及びブラシレスモータ駆動装置10の概略構成図である。なお、同一符号の個所は第1の実施の形態と同様の構成であるため、説明を省略する。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the
第2の実施の形態のブラシレスモータ駆動装置10には、第1の実施の形態の構成に加えパルス幅変調回路34を有している。
The brushless
パルス幅変調回路34は、インバータ回路14、及び通電切り替えロジック制御部28と接続され、通電切り替えロジック制御部28より出力された駆動信号をパルス幅変調して、インバータ回路14へ出力する。パルス幅変調回路34により、駆動信号がパルス幅変調されるため、3相電機子巻線52に発生する電圧は振動しており(図5、6参照)、誘起電圧も振動しているため、検出するタイミングによって誘起電圧が露出していない期間(図5の期間t9参照)がある。
The pulse
位相ずれ検出部30は、3相電機子巻線52のU相に発生している電圧から所定のタイミングで露出した誘起電圧(図5の期間t8参照)を検出しており、誘起電圧が露出しない場合、電気角360°の正の整数倍後に発生する誘起電圧を再度検出して、検出した誘起電圧から位相のずれを検出して位相ずれ検出信号を出力する。
The
次に上記第2の実施の形態の作用を説明する。 Next, the operation of the second embodiment will be described.
パルス幅変調回路34によりパルス幅変調された駆動信号で磁石回転子54が回転していると、3相電機子巻線52のU相には図5、6で示すような電圧が発生している。
When the
端子電圧検出回路18は、3相電機子巻線52のU相の電圧を検出して、端子電圧信号を出力する。
The terminal
位相ずれ検出部30は、端子電圧信号に基づき3相電機子巻線52のU相の電圧から通電オンとなる電気角120°の1/2時期を位相ずれ検出対称軸として、位相ずれ検出対称軸の電気角90°前(図5の期間t13)と後(図5の期間t14)に発生している電圧VF5とVF6とを検出する。しかし、図5で示すようにVF6を検出したタイミングは誘起電圧が露出していない。この場合、VF6を検出したタイミングから電気角360°(1周期)(図6の期間t15参照)後のタイミングで露出した誘起電圧VF7を検出する。
The phase
ここでもし、VF7を検出したタイミングで誘起電圧がさらに露出していない場合、VF6を検出したタイミングから電気角720°(電気角360°の正の整数倍)後となるタイミングで露出した誘起電圧を検出する。 Here, if the induced voltage is not further exposed at the timing when VF7 is detected, the induced voltage exposed at the timing that is after the electrical angle 720 ° (a positive integer multiple of 360 °) from the timing when VF6 is detected. Is detected.
位相ずれ検出部30では、第1の実施の形態で説明したように、検出した電圧VF5、VF7の比較を行い、位相のずれを検出する。補正量修正方向判断部32では誘起電圧VF5、VF7の比較を行い、位相補正の補正量の修正方向を求める。
As described in the first embodiment, the phase
このように、第2の実施の形態のブラシレスモータによれば、駆動信号がパルス幅変調がされることにより、誘起電圧を検出するタイミングで誘起電圧が露出しなくても、電気角360°の整数倍のタイミングで露出した誘起電圧を検出することで、位相のずれを確実に検出することができる。 Thus, according to the brushless motor of the second embodiment, the drive signal is subjected to pulse width modulation, so that even if the induced voltage is not exposed at the timing of detecting the induced voltage, the electrical angle is 360 °. By detecting the induced voltage exposed at an integral multiple of timing, it is possible to reliably detect a phase shift.
なお、本第2の実施の形態では、位相ずれ検出対称軸の電気角90°後に発生する電圧VF6を例としたが、位相ずれ検出対称軸の電気角90°前に発生する電圧VF5についても検出するタイミングで誘起電圧が露出していない場合、電気角360°の整数倍後のタイミングで露出した誘起電圧を検出することができる。 In the second embodiment, the voltage VF6 generated 90 degrees after the electrical angle of the phase shift detection symmetric axis is taken as an example. However, the voltage VF5 generated 90 degrees before the electrical angle of the phase shift detection symmetric axis is also used. When the induced voltage is not exposed at the detection timing, it is possible to detect the induced voltage exposed at a timing that is an integral multiple of the electrical angle of 360 °.
誘起電圧が露出していない場合、電気角360°の整数倍後(正の整数倍)となるタイミングで露出した誘起電圧を検出したが、電気角360°の整数倍前(負の整数倍)となるタイミングでの誘起電圧をRAMに記憶しておき、位相のずれを検出してもよい。 When the induced voltage is not exposed, the exposed induced voltage was detected at a timing that is an integer multiple of the electrical angle 360 ° (a positive integer multiple), but before the integer multiple of the electrical angle 360 ° (a negative integer multiple). The induced voltage at the timing may be stored in the RAM, and the phase shift may be detected.
なお、第1、及び第2の実施の形態では、回転子位置検出回路16において、電機子巻線52の端子電圧をローパスフィルタを通して擬似誘起電圧を抽出し、擬似誘起電圧のゼロクロス点を検出して回転位置信号を出力したが、図9に示すように、磁石回転子54の回転方向に沿ってホール素子36を設け、磁石回転子54の磁界によってホール素子36に発生するホール電圧をホール電圧検出回路38で検出して、ホール電圧の極変化点に基づき回転位置信号を出力してもよい。極変化点に基づく回転位置信号の検出では、ホール素子36の取り付け位置により回転位置信号に誤差(位相のずれ)が発生するが、位相ずれ検出部30、及び補正量修正方向判断部32により電機子巻線52のU相に発生する誘起電圧から位相のずれ検出し、補正量を修正することで、ブラシレスモータ50を効率良く駆動させることができる。
In the first and second embodiments, the rotor position detection circuit 16 extracts the pseudo induced voltage from the terminal voltage of the armature winding 52 through a low-pass filter, and detects the zero cross point of the pseudo induced voltage. 9, the
10 ブラシレスモータ駆動装置、14 インバータ回路、16 回転子位置検出回路、18 端子電圧検出回路、20 マイクロコンピュータ、22 位相補正部、24 位相補正マップ、26 通電タイミング生成部、28 通電切り替えロジック制御部、30 位相ずれ検出部、32 補正量修正方向判断部、34 パルス幅変調回路、36 ホール素子、38 ホール電圧検出回路、50 ブラシレスモータ、52 3相電機子巻線、54 磁石回転子 10 brushless motor drive device, 14 inverter circuit, 16 rotor position detection circuit, 18 terminal voltage detection circuit, 20 microcomputer, 22 phase correction unit, 24 phase correction map, 26 energization timing generation unit, 28 energization switching logic control unit, 30 phase shift detection unit, 32 correction amount correction direction determination unit, 34 pulse width modulation circuit, 36 hall element, 38 hall voltage detection circuit, 50 brushless motor, 52 three-phase armature winding, 54 magnet rotor
Claims (3)
前記磁石回転子の回転位置情報を検出し、前記回転位置情報を位相補正する補正量を求める位相補正量算出手段と、
前記回転位置情報に前記補正量の位相補正を行い、前記電機子巻線の各相で通電のオン、オフを相互に制御するタイミングを算出し、前記電機子巻線の通電を制御する通電切替制御手段と、
前記磁石回転子の回転よって前記電機子巻線の特定の相に発生する誘起電圧を検出する検出手段と、
前記特定の相への通電がオンとなる通電オン期間前後の通電オフ期間内のタイミングであって、当該通電オン期間の1/2時期を対称軸としたタイミングで、前記検出手段により各々検出される誘起電圧の電位差から位相のずれを検出する位相ずれ検出手段と、
前記位相ずれ検出手段により検出された位相のずれ量が大きいほど大きい修正量を用いて、通電オン期間の前後の前記オフ期間中に発生する前記誘起電圧が対称となるように、前記補正量を修正する補正量修正手段と、
を有することを特徴とするブラシレスモータ。 In the brushless motor that generates a rotating magnetic field in the armature winding and rotates the magnet rotor by mutually controlling on / off of energization of each phase of the multi-phase armature winding,
Phase correction amount calculating means for detecting rotational position information of the magnet rotor and obtaining a correction amount for phase correction of the rotational position information;
Energization switching for performing phase correction of the correction amount on the rotational position information, calculating timing for mutually controlling on / off of energization in each phase of the armature winding, and controlling energization of the armature winding Control means;
Detecting means for detecting an induced voltage generated in a specific phase of the armature winding by rotation of the magnet rotor;
Detected by the detection means at timings within the energization-off period before and after the energization-on period when energization to the specific phase is on, with a half-axis timing of the energization-on period as the axis of symmetry. Phase shift detection means for detecting a phase shift from the potential difference of the induced voltage ,
The correction amount is set so that the induced voltage generated during the OFF period before and after the energization ON period is symmetric using a larger correction amount as the phase shift amount detected by the phase shift detection unit is larger. Correction amount correcting means for correcting;
A brushless motor characterized by comprising:
前記位相ずれ検出手段が、通電オフの期間に発生する前記誘起電圧がパルス幅変調により検出できない場合、検出できなかったタイミングから電気角360°の正、又は負の整数倍となるタイミングで発生する誘起電圧を検出することを特徴とする前記請求項1項記載のブラシレスモータ。 Pulse width modulation means for generating a pulse magnetic field-rotating magnetic field in the armature winding;
When the induced voltage generated during the energization-off period cannot be detected by pulse width modulation, the phase shift detection means is generated at a timing that is a positive or negative integer multiple of an electrical angle of 360 ° from the timing at which it was not detected. brushless motor of claim 1, wherein said to detect the induced voltage.
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