JP4744565B2 - Brushless motor temperature detection device - Google Patents
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Description
この発明は、レゾルバの励磁コイルの両端電圧差に基づいてブラシレスモータの温度を検出するブラシレスモータの温度検出装置に関するものである。 The present invention relates to a brushless motor temperature detection device that detects the temperature of a brushless motor based on a voltage difference between both ends of an excitation coil of a resolver.
ブラシレスモータは、自身の温度に依って特性が変化し、また、過度な高温においては特性が著しく劣化する。従って、ブラシレスモータの温度を検出して、これを補償するようにモータ駆動を行う必要がある。ブラシレスモータの温度を検出する方式として、ブラシレスモータに装着され、回転角度を検出するレゾルバの温度特性に着目し、このレゾルバの温度特性からブラシレスモータの温度を求める方式が従来から提案されている。 The characteristics of a brushless motor change depending on its own temperature, and the characteristics are remarkably deteriorated at an excessively high temperature. Therefore, it is necessary to detect the temperature of the brushless motor and drive the motor so as to compensate for it. As a method for detecting the temperature of the brushless motor, a method for obtaining the temperature of the brushless motor from the temperature characteristic of the resolver has been conventionally proposed by paying attention to the temperature characteristic of the resolver that is attached to the brushless motor and detects the rotation angle.
レゾルバの出力である正弦信号と余弦信号が成すリサージュ円の半径が温度に依って変化することに着目して、この半径から温度を求める方式が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この方式は、レゾルバの励磁コイルのインピーダンスが温度によって変化して励磁電流が変化するので出力の正弦信号と余弦信号の振幅が変化する、との物理的根拠に依存している。 Focusing on the fact that the radius of the Lissajous circle formed by the sine signal and cosine signal, which are the outputs of the resolver, changes depending on the temperature, a method for obtaining the temperature from this radius has been proposed (see, for example, Patent Document 1). This method relies on the physical grounds that the amplitude of the output sine signal and cosine signal changes because the excitation current changes due to the temperature change of the excitation coil impedance of the resolver.
上述したような従来の方式、つまり、リサージュ円の半径からブラシレスモータの温度を求める方式では、リサージュ円の半径はレゾルバの励磁コイルのインピーダンスの温度特性によってのみ定まるものではく、レゾルバの機械的公差の温度特性や、レゾルバ信号を処理する処理回路の温度特性の影響をも受けるので半径の変化から求めた温度は大きな誤差を含むという問題点があった。 In the conventional method as described above, that is, the method of obtaining the temperature of the brushless motor from the radius of the Lissajous circle, the radius of the Lissajous circle is not determined only by the temperature characteristic of the impedance of the exciting coil of the resolver, but the mechanical tolerance of the resolver. There is a problem that the temperature obtained from the change in radius includes a large error because it is also affected by the temperature characteristics of the processing circuit and the temperature characteristics of the processing circuit for processing the resolver signal.
また、上記の従来の方式では、温度検出の処理をCPUによる演算処理にて行うようになっているのでCPUの負荷が大きくなり高速処理が可能な高価なCPUが必要となるという問題点があった。 In addition, the above-described conventional method has a problem in that the temperature detection process is performed by a calculation process by the CPU, so that the CPU load increases and an expensive CPU capable of high-speed processing is required. It was.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、検出誤差を含まず、かつCPUの演算負荷とならないブラシレスモータの温度検出装置を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a temperature detection device for a brushless motor that does not include a detection error and does not become a calculation load of a CPU.
この発明に係るブラシレスモータの温度検出装置は、レゾルバにより回転角度を検出するブラシレスモータにおいて、交流信号を出力する励磁回路と、前記交流信号に直流のバイアス電圧を加算して前記レゾルバの励磁コイルに加える加算回路と、前記励磁コイルの両端電圧差から交流成分を除去して直流成分を取り出すロウパスフィルタと、前記ロウパスフィルタからの直流成分を増幅する差動増幅器と、前記差動増幅器の出力電圧をA/D変換するA/D変換器と、前記直流成分と温度の比例関係に従って前記A/D変換器の出力からブラシレスモータの温度を算出する温度算出部とを設けたものである。 A temperature detection device for a brushless motor according to the present invention is a brushless motor that detects a rotation angle by a resolver. An excitation circuit that outputs an AC signal, and a DC bias voltage is added to the AC signal to the excitation coil of the resolver. An adding circuit to be added; a low-pass filter that removes an AC component from a voltage difference between both ends of the exciting coil to extract a DC component; a differential amplifier that amplifies the DC component from the low-pass filter; and an output of the differential amplifier An A / D converter that performs A / D conversion of the voltage, and a temperature calculation unit that calculates the temperature of the brushless motor from the output of the A / D converter according to the proportional relationship between the DC component and the temperature are provided.
この発明に係るブラシレスモータの温度検出装置は、検出誤差を含まず、かつCPUの演算負荷とならないという効果を奏する。 The temperature detection device for a brushless motor according to the present invention has an effect that it does not include a detection error and does not become a calculation load of the CPU.
つまり、レゾルバの励磁コイルに直流成分を加えた励磁信号により励磁し、励磁コイルの両端電圧差の直流成分から温度を求めるようにしたので、励磁コイルのインピーダンスを直接的に検出することができ、誤差を含まず、またCPUの演算負荷にもならない。 In other words, the excitation coil is excited by an excitation signal obtained by adding a DC component to the resolver excitation coil, and the temperature is obtained from the DC component of the voltage difference between both ends of the excitation coil, so the impedance of the excitation coil can be detected directly, It does not include errors and does not become a computational load on the CPU.
実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係るブラシレスモータの温度検出装置について図1から図6までを参照しながら説明する。図1は、この発明の実施の形態1に係るブラシレスモータの温度検出装置の構成を示す図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。また、以下の実施の形態では、ブラシレスモータが電動パワーステアリング装置の一部を構成している場合を例として説明する。
A temperature detection apparatus for a brushless motor according to
図1において、この発明の実施の形態1に係るブラシレスモータの温度検出装置は、レゾルバ10と、ECU100とが設けられている。
In FIG. 1, a temperature detection device for a brushless motor according to
図1は、レゾルバ10を電気回路として示したものであって、レゾルバ10は、回転子11と、固定子(後で説明する)に巻装された励磁コイル13と、同じく固定子に巻装された2つの出力コイル14、15とから構成される。
FIG. 1 shows a
ECU100は、直流電源Vccと、励磁回路20と、抵抗R1及び抵抗R2から構成される加算回路と、2つの抵抗R3、R4及び2つのコンデンサC1、C2から構成される2段のCRロウパスフィルタ30と、オペアンプ41及び2つの抵抗R5、R6から構成される差動増幅器40と、CPU50と、不揮発性メモリ60と、差動増幅器70とが設けられている。
The
CPU50は、A/D変換器51と、温度算出部52と、A/D変換器53と、正接算出部54と、逆関数算出部55とが設けられている。
The
図2は、この発明の実施の形態1に係るブラシレスモータを含む電動パワーステアリング装置の周辺の構成を示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing the configuration around the electric power steering apparatus including the brushless motor according to
図2において、電動パワーステアリング装置2は、車軸4の近傍に設けられ、ハンドル3の回転をアシストするアシスト力を発生するブラシレスモータ1と、このモータ1に接続されモータ1に出力する電流を制御する制御手段であるECU100とを有している。なお、ブラシレスモータ1は、図示しない車両のエンジンルーム内に設置されている。
In FIG. 2, an electric
図3は、この発明の実施の形態1に係るブラシレスモータの構成を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the brushless motor according to
図3において、鉄等の磁性体からなり、回転自在に支持されたシャフト81の一端部には、磁界を発生させるマグネット82が取り付けられてモータ回転子83が設けられている。このモータ回転子83には、有底円筒形状のフレーム84の内壁面に固定されたモータ固定子85が対向して設けられている。モータ固定子85は、珪素鋼板等を積層して形成されており、樹脂製の絶縁体86を介してモータコイル87が巻装されている。このモータコイル87は、U相、V相、W相の3相からなり、それぞれスター結線されている。また、シャフト81の他端部には、鉄等の磁性体からなり、モータ1の駆動力を外部に伝達するカップリングであるボス88が圧入されている。
In FIG. 3, a
レゾルバ10は、回転子11及び固定子12から成る。回転子11は、モータ回転子83とボス88との間に珪素鋼板を積層して形成されて取り付けられている。また、固定子12は、この回転子11に対向してアルミニウム等からなるハウジング89に固定されている。前述した出力コイル14、15は、回転子11と固定子12との成す回転角度に応じて出力信号を出力する。
The
つぎに、この実施の形態1に係るブラシレスモータの温度検出装置の動作について図面を参照しながら説明する。 Next, the operation of the temperature detection device for a brushless motor according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
図4は、この発明の実施の形態1に係るブラシレスモータの温度検出装置のレゾルバの励磁コイルを励磁する励磁信号を示す波形図である。
FIG. 4 is a waveform diagram showing an excitation signal for exciting the excitation coil of the resolver of the temperature detection device for a brushless motor according to
図4において、(a)、(b)、(c)ともに横軸は時間を現し、縦軸は電圧を現し、図中の一点鎖線は基準電圧である零ボルトを現している。 In FIG. 4, the horizontal axis represents time, the vertical axis represents voltage, and the alternate long and short dash line in FIG. 4 represents zero volts as the reference voltage.
励磁回路20は、図4(a)に示す交流信号を出力する。この交流信号は、例えば周波数が10KHzで、振幅が4Vの正弦波信号である。この交流信号に、図4(b)に示す直流成分を加算して、図4(c)に示す直流成分が重畳された励磁信号を得て、これをレゾルバ10の励磁コイル13に加えて励磁する。
The
抵抗R1及び抵抗R2は、加算の為の加算回路である。抵抗R1の一端は直流電源Vccに接続され、他端は抵抗R2を介して励磁回路20の出力端子に接続されている。この2本の抵抗R1、R2により、励磁回路20からの交流信号と直流電源Vccとが抵抗R1と抵抗R2の抵抗値の比率に応じて加算され、図4(c)に示す直流成分(直流のバイアス電圧)が重畳された励磁信号が励磁コイル13に加えられる。
The resistors R1 and R2 are addition circuits for addition. One end of the resistor R1 is connected to the DC power source Vcc, and the other end is connected to the output terminal of the
レゾルバ10の励磁コイル13のインピーダンスZsは、抵抗成分Rsとインダクタンス成分Lsの直列回路となっている。
The impedance Zs of the
励磁コイル13に加えられる励磁信号のうち、直流成分のみについて考えると、直流成分に対してインダクタンス成分Lsは零に等しく、また、交流信号を伝える抵抗R2は遮断したのに等しいので、励磁コイル13の両端電圧差Vsは下記の式(1)となる。
Considering only the DC component of the excitation signal applied to the
ここで、抵抗R1を抵抗成分Rsに比べて十分に大きな値に設定すると、式(1)は下記の式(2)により近似できる。 Here, when the resistor R1 is set to a sufficiently large value compared to the resistance component Rs, the equation (1) can be approximated by the following equation (2).
ここで、励磁コイル13の巻線の材質は銅なので銅の温度係数をKとすると、式(2)は下記の式(3)で現せる。
Here, since the material of the winding of the
式(3)において、Tは現在の温度(ブラシレスモータ1の温度)、T0は基準温度、R0は基準温度T0での励磁コイル13の抵抗値を示す。
In the formula (3), T is the current temperature (temperature of the brushless motor 1), T 0 is a reference temperature, R 0 represents a resistance value of the
例えば、基準温度T0を25℃にとり、この25℃での励磁コイル13の抵抗値をR0とすると、120℃での両端電圧差Vsは下記の式(4)となる。
For example, when the reference temperature T 0 is 25 ° C. and the resistance value of the
従って、逆に、この時の両端電圧差Vsから現在の温度が120℃であることが検出できる。以上のようにして、励磁コイル13の両端電圧差の直流成分Vsからブラシレスモータ1の温度Tを検出できる。
Therefore, conversely, it can be detected that the current temperature is 120 ° C. from the voltage difference Vs at both ends. As described above, the temperature T of the
図1において、ロウパスフィルタ30は、レゾルバ10の励磁コイル13の両端電圧差から交流成分を除去して直流成分Vsのみを取り出す。上述したように、抵抗R1の値を大きな値に設定すると、式(2)から、取り出した電圧Vsは小さな値となる。
In FIG. 1, the low-
そこで、次段の差動増幅器40は、この電圧Vsを増幅する。上記の説明から、この差動増幅器40の出力電圧Voは、温度Tに比例した値となっている。 Therefore, the next-stage differential amplifier 40 amplifies the voltage Vs. From the above description, the output voltage Vo of the differential amplifier 40 is a value proportional to the temperature T.
CPU50のA/D変換器51は、差動増幅器40の出力電圧VoをA/D変換して読み込む。
The A /
次段の温度算出部52は、上記の式(3)に従ってブラシレスモータ1の温度Tを算出する。
The next-stage
以降は、図には示していないCPU50の処理部で、この温度Tに応じてブラシレスモータ1の3相のモータコイル87への通電を制御する。例えば、過度に温度Tが高い場合には、ブラシレスモータ1の特性劣化を防ぐ為に通電電流を低減する、等の処置を行う。
Thereafter, the processing unit of the CPU 50 (not shown) controls the energization to the three-
ところで、上記の式(3)で示した、基準温度T0での抵抗値R0には、例えば工作バラツキや巻き線の線径バラツキ等に依存したバラツキが含まれるので、両端電圧差Vsもバラツキを含み、これから求めた温度Tにもバラツキが含まれる。以下、このバラツキを補正する方法を図1及び図5に従って説明する。 Incidentally, as shown by the formula (3), the resistance value R 0 at a reference temperature T 0 is, for example, because it contains variations that depend on the wire diameter variations in tool variation or windings, also across the voltage difference Vs Including variation, the temperature T determined from this also includes variation. Hereinafter, a method of correcting this variation will be described with reference to FIGS.
図5は、この発明の実施の形態1に係るブラシレスモータの温度検出装置の両端電圧差Vsと温度Tの関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the voltage difference Vs at both ends and the temperature T of the temperature detection device for a brushless motor according to
まず、室温Tr(例えば、20℃)における両端電圧差Vsから上記の式(3)に従って励磁コイル13の抵抗値Rrを求め、この室温Trと励磁コイル13の抵抗値RrをCPU50の外部に設けた不揮発性メモリ60に記憶する。
First, the resistance value Rr of the
一旦、記憶した以降は、温度算出部52は、この記憶した室温Trと抵抗値Rrを基準として温度Tを算出する。この場合、算出の根拠となる式は、上記の式(3)において、R0をRrに置換し、T0をTrに置換して得た下記の式(5)となる。
Once stored, the
この式(5)からブラシレスモータ1の温度Tを求めると、次の式(6)のように現される。
When the temperature T of the
式(6)より温度Tは両端電圧差Vsに比例する。ここで、両端電圧差Vsが、Vs=Rr・Vcc/R1のとき、T=Trとなる。以上をグラフで表すと図5のようになる。 From equation (6), the temperature T is proportional to the voltage difference Vs between both ends. Here, when the voltage difference Vs between both ends is Vs = Rr · Vcc / R1, T = Tr. The above is represented by a graph as shown in FIG.
このように、一度実測して記憶した値を基準とすることでバラツキを除外できる。 As described above, the variation can be excluded by using the value measured and stored once as a reference.
続いて、レゾルバの信号を処理して回転角度の求める方法について図1及び図6に従って説明する。 Next, a method of obtaining the rotation angle by processing the resolver signal will be described with reference to FIGS.
図6は、この発明の実施の形態1に係るブラシレスモータの温度検出装置のレゾルバの出力コイルの出力信号を示す波形図である。
FIG. 6 is a waveform diagram showing an output signal of the output coil of the resolver of the temperature detection device for a brushless motor according to
図6において、(a)、(b)ともに、横軸は時間を現し、縦軸は電圧を現し、一点鎖線は振幅が零となる基準電圧を現している。 In FIGS. 6A and 6B, in both FIGS. 6A and 6B, the horizontal axis represents time, the vertical axis represents voltage, and the alternate long and short dash line represents a reference voltage with an amplitude of zero.
ブラシレスモータ1のシャフト81が回転すると、このシャフト81に固定されたレゾルバ10の回転子11が共に回転して2つの出力コイル14、15の両端には回転子11の回転角度に応じて振幅が変調された電圧波形が出力される。その両端の電圧差を増幅する差動増幅器70の出力には、図6(a)、(b)に細線で示す電圧波形が得られる。
When the
図6(a)、(b)に丸印を付した太線で示すように、差動増幅器70の2つの出力波形の山又は谷のピーク点をサンプリングして連ねると各々が回転子11の回転角度θに対する正弦信号と余弦信号となっている。
6A and 6B, when the peak points of the peaks or valleys of the two output waveforms of the
CPU50のA/D変換器53は、上述したピーク点をサンプリングして正弦値SINθと余弦値COSθを得る。
The A /
次段の正接算出部54では、この正弦値SINθを余弦値COSθで除して正接値TANθを得る。
The next stage
次段の逆関数算出部55では、正接値TANθの逆関数ArcTANθから角度θを求める。
The inverse
以上の処理により、回転子11の回転角度θ、すなわち、ブラシレスモータ1のシャフト81の回転角度θが得られる。
Through the above processing, the rotation angle θ of the
CPU50は、図には示していない以降の処理部により、この算出した回転角度θに応じてブラシレスモータ1の3相のモータコイル87への通電を制御してアシスト力を発生する。
The
1 ブラシレスモータ、2 電動パワーステアリング装置、3 ハンドル、4 車軸、10 レゾルバ、11 回転子、12 固定子、13 励磁コイル、14 出力コイル、15 出力コイル、20 励磁回路、30 ロウパスフィルタ、40 差動増幅器、41 オペアンプ、51 A/D変換器、52 温度算出部、53 A/D変換器、54 正接算出部、55 逆関数算出部、60 不揮発性メモリ、70 差動増幅器、81 シャフト、82 マグネット、83 モータ回転子、84 フレーム、85 モータ固定子、86 絶縁体、87 モータコイル、88 ボス、89 ハウジング。 1 brushless motor, 2 electric power steering device, 3 handle, 4 axles, 10 resolver, 11 rotor, 12 stator, 13 excitation coil, 14 output coil, 15 output coil, 20 excitation circuit, 30 low-pass filter, 40 difference Dynamic amplifier, 41 operational amplifier, 51 A / D converter, 52 temperature calculation unit, 53 A / D converter, 54 tangent calculation unit, 55 inverse function calculation unit, 60 nonvolatile memory, 70 differential amplifier, 81 shaft, 82 Magnet, 83 Motor rotor, 84 frame, 85 Motor stator, 86 Insulator, 87 Motor coil, 88 Boss, 89 Housing.
Claims (5)
交流信号を出力する励磁回路と、
前記交流信号に直流のバイアス電圧を加算して前記レゾルバの励磁コイルに加える加算回路と、
前記励磁コイルの両端電圧差から交流成分を除去して直流成分を取り出すロウパスフィルタと、
前記ロウパスフィルタからの直流成分を増幅する差動増幅器と、
前記差動増幅器の出力電圧をA/D変換するA/D変換器と、
前記直流成分と温度の比例関係に従って前記A/D変換器の出力からブラシレスモータの温度を算出する温度算出部と
を備えたことを特徴とするブラシレスモータの温度検出装置。 In a brushless motor that detects the rotation angle with a resolver,
An excitation circuit that outputs an AC signal;
An adder circuit that adds a DC bias voltage to the AC signal and applies it to the exciting coil of the resolver;
A low-pass filter that removes an AC component from a voltage difference between both ends of the exciting coil and extracts a DC component;
A differential amplifier for amplifying a DC component from the low-pass filter;
An A / D converter for A / D converting the output voltage of the differential amplifier;
A temperature detection device for a brushless motor, comprising: a temperature calculation unit that calculates the temperature of the brushless motor from the output of the A / D converter according to a proportional relationship between the DC component and temperature.
ことを特徴とする請求項1記載のブラシレスモータの温度検出装置。 The adder circuit includes a first resistor connected to a DC power source and a second resistor connected to the excitation circuit, and receives the AC signal from the excitation circuit and the DC voltage from the DC power source. The temperature detection device for a brushless motor according to claim 1, wherein addition is performed according to a ratio of resistance values of the first resistor and the second resistor.
ことを特徴とする請求項1記載のブラシレスモータの温度検出装置。 2. The temperature detection device for a brushless motor according to claim 1, wherein the low-pass filter includes two stages of CR filters each including a resistor and a capacitor connected in series.
ことを特徴とする請求項1記載のブラシレスモータの温度検出装置。 The brushless motor temperature detection device according to claim 1, wherein the differential amplifier includes an operational amplifier and a resistor network.
前記温度算出部は、前記不揮発性メモリに記憶した室温及び抵抗値を基準として、前記励磁コイルの温度係数、前記第1の抵抗の抵抗値、前記直流電源の直流電圧及び前記直流成分に基づいてブラシレスモータの温度を算出する
ことを特徴とする請求項2記載のブラシレスモータの温度検出装置。 It further comprises a non-volatile memory for storing the room temperature measured in advance and the resistance value of the exciting coil determined from the room temperature,
The temperature calculation unit is based on the temperature coefficient of the exciting coil, the resistance value of the first resistor, the DC voltage of the DC power supply, and the DC component with reference to the room temperature and the resistance value stored in the nonvolatile memory. The temperature detection device for a brushless motor according to claim 2, wherein the temperature of the brushless motor is calculated.
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