JP5502605B2 - Motor control device - Google Patents
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Description
本発明は、産業用設備、或いは電動アシスト自転車や電動バイク、電気自動車などの電力車両に用いられるモータを駆動するモータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device that drives a motor used in industrial equipment or electric vehicles such as electric assist bicycles, electric motorcycles, and electric vehicles.
従来、ブラシレスモータを駆動する制御方式には、回路構成が安価で効率の高い120度通電方式が広く用いられている。120度通電方式は、磁極位置検出素子を用いてロータの磁極位置を検出しインバータ回路のスイッチング素子をON/OFFさせ各相の巻線に電流を流しモータを駆動する。しかし、通電相を切り替える際にトルクリップルが発生し振動や騒音を発生してしまう事があり、この事象は特に低速回転領域において顕著に現れる。
この問題に対し、ロータの位置に同期してインバータ回路が備えるスイッチング素子の上段、下段(順直列接続された一対のスイッチング素子の上段、下段)を交互にON/OFFさせ正弦波状の変調波信号を生成しモータ巻線に流れる電流を正弦波状にする制御方式(いわゆる正弦波駆動方式)がある。しかし、ロータ位置検出のために高価なエンコーダやレゾルバを必要とし、更に磁極位置検出信号をマイクロコンピュータに入力するためのインターフェンス回路が多数の部品を必要とするため120度通電方式に比べ高価になってしまうという問題がある。
これらの問題に対し、磁極位置検出として安価なホールICを用いつつ、当該ホールICの磁極位置検出信号から擬似的に正弦波状の変調波信号を生成し、正弦波駆動を行う制御方式が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
Conventionally, as a control method for driving a brushless motor, a 120-degree energization method having a low circuit configuration and high efficiency has been widely used. In the 120-degree energization method, the magnetic pole position of the rotor is detected using a magnetic pole position detection element, the switching element of the inverter circuit is turned on / off, current is passed through the windings of each phase, and the motor is driven. However, when switching the energized phase, torque ripple may be generated, causing vibration and noise, and this phenomenon is particularly noticeable in the low-speed rotation region.
To solve this problem, the upper and lower stages of the switching elements included in the inverter circuit in synchronization with the rotor position (the upper and lower stages of a pair of switching elements connected in series) are alternately turned ON / OFF to generate a sinusoidal modulated wave signal There is a control method (so-called sine wave drive method) that generates a current flowing through the motor winding and makes the current flowing in the motor winding a sine wave. However, an expensive encoder or resolver is required for rotor position detection, and the fence circuit for inputting the magnetic pole position detection signal to the microcomputer requires a large number of parts. There is a problem of becoming.
To solve these problems, a control method has been proposed in which an inexpensive Hall IC is used for magnetic pole position detection, and a pseudo sine wave-like modulated wave signal is generated from the magnetic pole position detection signal of the Hall IC to drive a sine wave. (For example, refer to Patent Document 1).
しかしながら、U相、V相、及びW相の3つの磁極位置検出信号は、各相の立ち上がり、及び立ち下がりから成る6パターンのみしかない。したがって、例えば4極対ロータの12スロットモータの場合、モータの1回転あたり6×4の回数のみの分解能となる。このため、6×4パターンの磁極位置検出信号で正弦波状の変調波信号を生成することとなり、正弦波の波形が荒く歪みが大きくなるなどの問題が発生する。
特に、モータの低速回転領域では磁極位置検出信号の更新が遅く(磁極位置検出信号の出力間隔が長く)なるため、荒い波形の正弦波が更に時間軸上で伸びることとなり、変調波信号の正弦波形からのズレや歪みが大きくなる、という問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、低速回転領域における正弦波状の変調波信号の生成を改善し、なおかつ正弦波歪みの少ない変調波信号を生成できる、モータ制御装置を提供することを目的とする。
However, the three magnetic pole position detection signals for the U phase, the V phase, and the W phase have only six patterns including the rising and falling edges of each phase. Thus, for example, in the case of 12
In particular, in the low-speed rotation region of the motor, the update of the magnetic pole position detection signal is slow (the output interval of the magnetic pole position detection signal is long), so that a rough sine wave extends further on the time axis, and the sine of the modulation wave signal There is a problem that deviation and distortion from the waveform increase.
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a motor control device that can improve generation of a sinusoidal modulation wave signal in a low-speed rotation region and can generate a modulation wave signal with less sine wave distortion. The purpose is to do.
上記目的を達成するために、本発明は、モータのロータに複数の磁極を設け、前記ロータの回転に伴う磁極位置の変化に伴い磁極位置検出信号を出力する複数の磁気センサを前記ロータの対向位置に配置し、前記磁気センサのそれぞれの磁極位置検出信号の変化及び配置位置に基づいて前記ロータの磁極位置を検出し、当該磁極位置に基づいて正弦波状の変調波信号を生成し、前記モータの正弦波駆動を行うモータ制御装置において、前記磁極位置検出信号が変化する間の磁極位置を補間する磁極位置補間手段を備え、前記磁極位置補間手段は、前記磁極位置検出信号の変化に要した時間、及び前記磁極位置検出信号が変化したときの磁極位置の移動量から求められる時間あたりの移動量と、前記磁極位置検出信号が変化してからの経過時間とに基づいて前記磁極位置を補間し、前記モータの回転が停止前、始動直後、及び回転方向反転直後の極低速を示す所定時間を前記経過時間が超えた以降は、前記磁極位置検出信号の変化に要した前回の時間ごとに前記磁極位置を増加させて前記磁極位置を補間することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of magnetic sensors provided on a rotor of a motor, and a plurality of magnetic sensors that output a magnetic pole position detection signal in accordance with a change in the magnetic pole position accompanying the rotation of the rotor. The magnetic sensor detects a magnetic pole position of the rotor based on a change and an arrangement position of each magnetic pole position detection signal of the magnetic sensor, generates a sine wave-shaped modulated wave signal based on the magnetic pole position, and In the motor control apparatus that performs sine wave driving, magnetic pole position interpolation means for interpolating the magnetic pole position while the magnetic pole position detection signal changes is provided, and the magnetic pole position interpolation means is required for the change of the magnetic pole position detection signal. The amount of movement per time obtained from the time and the amount of movement of the magnetic pole position when the magnetic pole position detection signal changes, and the elapsed time since the change of the magnetic pole position detection signal The magnetic pole position is interpolated based on the change of the magnetic pole position detection signal after the elapsed time exceeds the predetermined time indicating the extremely low speed immediately before the rotation of the motor is stopped, immediately after the start, and immediately after the rotation direction is reversed. The magnetic pole position is interpolated by increasing the magnetic pole position at every previous time required .
本発明によれば、磁極位置検出信号の変化のパターンが少ない場合であっても、変化する間の磁極位置が磁極位置補間手段によって補間されることから、正弦波形に近い波形の変調波信号を生成することができる。特に、磁極位置検出信号が変化する間が長くなる低速回転領域であっても、その間の磁極位置が暫時補間されることから、正弦波形の変調波形が極端に荒くなるのが防止される。また、例えばホールIC等の廉価なセンサを磁気センサに用いた場合であっても、正弦波に近い変調波信号を生成し、モータの疑似正弦波駆動を行うことができる。 According to the present invention, even if the change pattern of the magnetic pole position detection signal is small, the magnetic pole position during the change is interpolated by the magnetic pole position interpolation means, so that the modulated wave signal having a waveform close to a sine waveform can be obtained. Can be generated. In particular, even in a low-speed rotation region in which the magnetic pole position detection signal changes for a long time, the magnetic pole position between them is interpolated for a while, so that the sinusoidal modulation waveform is prevented from becoming extremely rough. Further, even when an inexpensive sensor such as a Hall IC is used for the magnetic sensor, a modulated wave signal close to a sine wave can be generated and the motor can be driven in a pseudo sine wave.
本発明によれば、磁極位置検出信号が変化する間の磁極位置を、そのときのロータ(モータ)の回転速度に応じて補間することができ、モータの回転速度によらず歪みの少ない変調波信号を生成できる。 According to the present invention, the magnetic pole position during the change of the magnetic pole position detection signal can be interpolated according to the rotational speed of the rotor (motor) at that time, and the modulated wave with little distortion regardless of the rotational speed of the motor. A signal can be generated.
本発明によれば、モータが非常に低速度で回転し、磁極位置検出信号が変化するまでの時間が長くなった場合であっても、磁極位置検出信号の変化時から所定時間が超えたときには、磁極位置の増加度合いが抑えられ、モータの低速回転に応じた変調波信号に切り替えることができる。特に、磁極位置検出信号の変化に要した前回の時間ごとに磁極位置を増加させるため、経過時間に対する磁極位置の増加量が比較的急激に抑えられることから、例えばモータの駆動停止直前時のようにモータの回転速度が急激に低下するような場合に、これに即した変調波信号を生成することができる。 According to the present invention, even when the motor rotates at a very low speed and the time until the magnetic pole position detection signal changes becomes long, when the predetermined time has passed since the change of the magnetic pole position detection signal The degree of increase of the magnetic pole position can be suppressed, and switching to a modulated wave signal corresponding to the low speed rotation of the motor can be performed. In particular, since the magnetic pole position is increased at every previous time required for the change of the magnetic pole position detection signal, the amount of increase in the magnetic pole position with respect to the elapsed time can be suppressed relatively abruptly. In the case where the rotational speed of the motor is drastically reduced, a modulated wave signal corresponding to this can be generated.
また本発明は、上記モータ制御装置において、前記磁気センサのそれぞれの磁極位置検出信号の変化が反映された一連のパルス信号を生成するパルス生成回路を備え、前記パルス生成回路のパルス信号の立ち上がり、及び立ち下がりに基づいて磁極位置を検出し、当該磁極位置に基づいて正弦波状の変調波信号を生成するとともに、前記磁極位置補間手段は、前記パルス信号の立ち上がり/立ち下がりに基づいて磁極位置を補間することを特徴とする。 In the motor control device, the present invention further includes a pulse generation circuit that generates a series of pulse signals in which changes in the magnetic pole position detection signals of the magnetic sensors are reflected, the rising edge of the pulse signal of the pulse generation circuit, The magnetic pole position is detected based on the falling edge, and a sine wave-shaped modulated wave signal is generated based on the magnetic pole position, and the magnetic pole position interpolation means determines the magnetic pole position based on the rising / falling edge of the pulse signal. It is characterized by interpolation.
本発明によれば、パルス信号においては、複数の磁気センサのそれぞれの磁極位置検出信号の変化が反映されることから、1個の磁極位置検出信号よりも周期が短くなる。そして、このパルス信号の立ち上がり、及び立ち下がりに基づいて磁極位置を検出することで、磁極位置の検出間隔が短くなるため、変調波信号の正弦波歪みをより効率的に抑制することができる。 According to the present invention, the pulse signal reflects a change in the magnetic pole position detection signal of each of the plurality of magnetic sensors, so that the cycle is shorter than that of one magnetic pole position detection signal. Then, by detecting the magnetic pole position based on the rise and fall of the pulse signal, the detection interval of the magnetic pole position is shortened, so that the sine wave distortion of the modulation wave signal can be more efficiently suppressed.
また本発明は、上記モータ制御装置において、前記磁極位置補間手段は、前記パルス信号の立ち上がりから次の立ち上がりまでの期間のそれぞれ、又は立ち下がりから次の立ち下がりまでの期間のそれぞれで磁極位置を補間することを特徴とする。 In the motor control device according to the present invention, the magnetic pole position interpolation unit may determine the magnetic pole position in each period from the rising edge of the pulse signal to the next rising edge, or in each period from the falling edge to the next falling edge. It is characterized by interpolation.
本発明によれば、磁気センサの誤差や検出磁石誤差等の各種の誤差成分に起因する補間の誤差を除去することができる。これにより、磁気センサに廉価なホールIC等を用いた場合でも、精度良く磁極位置を補間することができる。 According to the present invention, it is possible to remove an interpolation error caused by various error components such as a magnetic sensor error and a detection magnet error. Thereby, even when an inexpensive Hall IC or the like is used for the magnetic sensor, the magnetic pole position can be accurately interpolated.
本発明によれば、磁極位置検出信号の変化のパターンが少ない場合であっても、変化する間の磁極位置が磁極位置補間手段によって補間されることから、正弦波形に近い波形の変調波信号を生成することができる。特に、磁極位置検出信号が変化する間が長くなる低速回転領域であっても、その間の磁極位置が暫時補間されることから、正弦波形の変調波形が極端に荒くなるのが防止される。また、例えばホールIC等の廉価なセンサを磁気センサに用いた場合であっても、正弦波に近い変調波信号を生成し、モータの疑似正弦波駆動を行うことができる。
また本発明において、前記磁極位置補間手段が、前記磁極位置検出信号の変化に要した時間、及び前記磁極位置検出信号が変化したときの磁極位置の移動量から求められる単位時間あたりの移動量と、前記磁極位置検出信号が変化してからの経過時間とに基づいて前記磁極位置を補間する構成とすることで、そのときのロータ(モータ)の回転速度に応じて磁極位置を補間することができ、モータの回転速度によらず歪みの少ない変調波信号を生成できる。
また本発明において、前記磁極位置補間手段が、前記磁極位置検出信号が変化してからの経過時間が所定時間を超えた以降は、前記磁極位置検出信号の変化に要した前回の時間ごとに所定量ずつ前記磁極位置を増加させて補間する構成とすることで、モータが非常に低速度で回転し、磁極位置検出信号が変化するまでの時間が長くなった場合であっても、磁極位置検出信号の変化時から所定時間が超えたときには、磁極位置の増加度合いが抑えられ、モータの低速回転に応じた変調波信号に切り替えることができる。特に、磁極位置検出信号の変化に要した前回の時間ごとに磁極位置を増加させるため、経過時間に対する磁極位置の増加量が比較的急激に抑えられることから、例えばモータの駆動停止直前時のようにモータの回転速度が急激に低下するような場合に、これに即した変調波信号を生成することができる。
また本発明において、前記磁気センサのそれぞれの磁極位置検出信号の変化が反映された一連のパルス信号を生成するパルス生成回路を備え、前記パルス生成回路のパルス信号の立ち上がり、及び立ち下がりに基づいて磁極位置を検出し、当該磁極位置に基づいて正弦波状の変調波信号を生成するとともに、前記磁極位置補間手段は、前記パルス信号の立ち上がりと立ち下がりと間の磁極位置を補間する構成とすることで、1つの磁極位置検出信号よりも周期が短いパルス信号の立ち上がり、及び立ち下がりに基づいて磁極位置を検出することで、磁極位置の検出間隔が短くなり、変調波信号の正弦波歪みをより効率的に抑制することができる。
また本発明において、前記磁極位置補間手段が、前記パルス信号の立ち上がりから次の立ち上がりまでの期間のそれぞれ、又は立ち下がりから次の立ち下がりまでの期間のそれぞれで磁極位置を補間する構成とすることで、磁気センサの誤差や検出磁石誤差等の各種の誤差成分に起因する補間の誤差を除去することができる。これにより、磁気センサに廉価なホールIC等を用いた場合でも、精度良く磁極位置を補間することができる。
According to the present invention, even if the change pattern of the magnetic pole position detection signal is small, the magnetic pole position during the change is interpolated by the magnetic pole position interpolation means, so that the modulated wave signal having a waveform close to a sine waveform can be obtained. Can be generated. In particular, even in a low-speed rotation region in which the magnetic pole position detection signal changes for a long time, the magnetic pole position between them is interpolated for a while, so that the sinusoidal modulation waveform is prevented from becoming extremely rough. Further, even when an inexpensive sensor such as a Hall IC is used for the magnetic sensor, a modulated wave signal close to a sine wave can be generated and the motor can be driven in a pseudo sine wave.
Further, in the present invention, the magnetic pole position interpolation means has a movement amount per unit time obtained from a time required for the change of the magnetic pole position detection signal and a movement amount of the magnetic pole position when the magnetic pole position detection signal changes. The magnetic pole position can be interpolated according to the rotational speed of the rotor (motor) at that time by adopting a configuration in which the magnetic pole position is interpolated based on the elapsed time after the magnetic pole position detection signal changes. Thus, a modulated wave signal with little distortion can be generated regardless of the rotational speed of the motor.
In the present invention, the magnetic pole position interpolating means is provided at every previous time required for the change of the magnetic pole position detection signal after the elapsed time from the change of the magnetic pole position detection signal exceeds a predetermined time. By interpolating by increasing the magnetic pole position by a certain amount, even if the motor rotates at a very low speed and the time until the magnetic pole position detection signal changes becomes longer, the magnetic pole position is detected. When a predetermined time has passed since the change of the signal, the degree of increase in the magnetic pole position is suppressed, and it is possible to switch to a modulated wave signal corresponding to the low-speed rotation of the motor. In particular, since the magnetic pole position is increased at every previous time required for the change of the magnetic pole position detection signal, the amount of increase in the magnetic pole position with respect to the elapsed time can be suppressed relatively abruptly. In the case where the rotational speed of the motor is drastically reduced, a modulated wave signal corresponding to this can be generated.
The present invention further includes a pulse generation circuit that generates a series of pulse signals reflecting changes in the magnetic pole position detection signals of the magnetic sensors, and based on rising and falling edges of the pulse signals of the pulse generation circuit. The magnetic pole position is detected, a sine wave-like modulated wave signal is generated based on the magnetic pole position, and the magnetic pole position interpolation means is configured to interpolate the magnetic pole position between the rise and fall of the pulse signal. By detecting the magnetic pole position based on the rise and fall of the pulse signal having a shorter cycle than one magnetic pole position detection signal, the detection interval of the magnetic pole position is shortened, and the sine wave distortion of the modulation wave signal is further increased. It can be suppressed efficiently.
Further, in the present invention, the magnetic pole position interpolation means is configured to interpolate the magnetic pole position in each period from the rising edge to the next rising edge of the pulse signal or in each period from the falling edge to the next falling edge. Thus, interpolation errors caused by various error components such as a magnetic sensor error and a detection magnet error can be removed. Thereby, even when an inexpensive Hall IC or the like is used for the magnetic sensor, the magnetic pole position can be accurately interpolated.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。この実施形態では、電力車両に用いられる電動機としてDCブラシレスモータ(以下、単に「モータ」と称する)を例示する。
図1は、本実施形態に係るモータ駆動システム1の構成を模式的に示す図である。
同図に示すように、モータ駆動システム1は、車載バッテリ等の直流電源Eと、この直流電源Eの電力で駆動される、車両駆動の動力源としてのモータ10と、モータ10の駆動を制御する制御装置2とを備えている。制御装置2は、モータ10の回転速度の指令値である指令速度値に基づいてモータ駆動電流の波形を制御する駆動回路4と、この駆動回路4の制御の下、直流電源Eの直流電流を交流のモータ駆動電流に変換しモータ10に出力するインバータ回路6とを備えている。インバータ回路6は、例えばパワーMOSFETやIGBT等の6個のスイッチング素子Tr1〜Tr6を組み合わせた回路であり、各スイッチング素子Tr1〜Tr6は駆動回路4からのPWM駆動信号によりON/OFFされる。また指令速度値は、車両側のコンピュータによって生成され制御装置2の駆動回路4に入力される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, a DC brushless motor (hereinafter simply referred to as “motor”) is illustrated as an electric motor used in an electric vehicle.
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration of a
As shown in the figure, the
図2は、本実施形態に係るモータ10を示す構成図である。
本実施形態では、モータ10として、図2に示すように、ロータ12と、ステータ14とを有するインナーロータ型のモータ10を例示する。なお、アウターロータ型のモータでも実施可能である。
ロータ12は、円筒状の筐体16と、該筐体16の中心に軸方向に延びるロータ軸18とを有する。図3に示すように、筐体16の内部には、該筐体16の内壁に沿って永久磁石20が配置され、例えば8極(4極対)のモータ10として構成されている。ロータ12のうち、ステータ14に対向する部分に検出磁石22が設置されている。永久磁石20はロータ12を回転させるために設置され、検出磁石22はロータ12の速度検出のために設置されている。
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating the
In the present embodiment, as the
The
また、検出磁石22は、モータ10の磁極位置に対応するようにN極及びS極を交互に配列して着磁されている。従って、検出磁石22は、N極とS極との境界について、8つの境界(第1境界24a〜第8境界24h)を有する。
一方、ステータ14は、図4に示すように、12個のスロット(第1スロット26a〜第12スロット26l)が円周に沿って等間隔に、且つ、例えば時計回りに第1スロット26a、第2スロット26b、第3スロット26c・・・という順番で配列されている。このうち、第1スロット26a、第4スロット26d、第7スロット26g及び第10スロット26jには第1相巻線が巻回され、第2スロット26b、第5スロット26e、第8スロット26h及び第11スロット26kには第2相巻線が巻回され、第3スロット26c、第6スロット26f、第9スロット26i及び第12スロット26lには第3相巻線が巻回されている。
また、ステータ14は、その中央に、ロータ軸18の端部が挿入される穴部28が設けられ、該穴部28の周囲に該穴部28を囲むように例えば平面コ字状の取付板30が設置されている。また、穴部28の周囲には、第1相巻線のための第1結線端子部32a、第2相巻線のための第2結線端子部32b及び第3相巻線のための第3結線端子部32cが設けられている。
なお、巻線の結線方式は、同図に示すY結線に限らず、スター結線やデルタ結線等の他の結線方式でも実施可能である。
The
On the other hand, as shown in FIG. 4, the
Further, the
Note that the winding connection method is not limited to the Y connection shown in the figure, and other connection methods such as a star connection and a delta connection can also be implemented.
取付板30のうち、ロータ12の検出磁石22に対向する面(例えば上面)には、6つの磁気センサ(第1磁気センサ34a〜第6磁気センサ34f)が配置されている。
具体的には、穴部28の中心位置を通り、且つ、第5スロット26eと第11スロット26kの各中心を通る基準線mを考えたとき、取付板30の上面のうち、基準線m上であって、且つ、第5スロット26e側の位置に第1磁気センサ34aが設置され、この第1磁気センサ34aから穴部28の円周に沿って例えば時計方向に30°離間した位置に第2磁気センサ34bが設置され、この第2磁気センサ34bから穴部28の円周に沿って30°離間した位置に第3磁気センサ34cが設置されている。
同様に、取付板30の上面のうち、基準線m上であって、且つ、第11スロット26k側の位置に第4磁気センサ34dが設置され、この第4磁気センサ34dから穴部28の円周に沿って例えば反時計方向に30°離間した位置に第5磁気センサ34eが設置され、この第5磁気センサ34eから穴部28の円周に沿って30°離間した位置に第6磁気センサ34fが設置されている。
Six magnetic sensors (first
Specifically, when the reference line m passing through the center position of the
Similarly, a fourth
第1磁気センサ34a〜第6磁気センサ34fのうち、第1磁気センサ34a〜第3磁気センサ34cは、ロータ12の正転速度を検出するためのものであり、第1磁気センサ34aが第1相に対応し、第2磁気センサ34bが第2相に対応し、第3磁気センサ34cが第3相に対応する。従って、上述の配列を言い換えれば、第1磁気センサ34a〜第3磁気センサ34cは、ロータ12の正転方向に沿って第1磁気センサ34a、第2磁気センサ34b、第3磁気センサ34cの順番で配列され、且つ、ロータ12の正転方向に沿ってそれぞれ30°離間して配置された形となっている。
Among the first
同様に、第4磁気センサ34d〜第6磁気センサ34fは、ロータ12の逆転速度を検出するためのものであり、第4磁気センサ34dが第1相に対応し、第5磁気センサ34eが第3相に対応し、第6磁気センサ34fが第2相に対応する。従って、上述の配列を言い換えれば、第4磁気センサ34d〜第6磁気センサ34fは、ロータ12の逆転方向に沿って第4磁気センサ34d、第5磁気センサ34e、第6磁気センサ34fの順番で配列され、且つ、ロータ12の逆転方向に沿ってそれぞれ30°離間して配置された形となっている。
Similarly, the fourth
また、第1磁気センサ34a〜第6磁気センサ34fは、それぞれホールICにて構成されている。ホールICは、ホール素子と論理回路とをIC化した磁気センサで、ロータ12の検出磁石22の磁極(N極又はS極)と、その磁極の強さを、ホール素子の電磁現象により検出する。従って、ロータ12が回転すると、ホール素子から磁束密度に比例したアナログ電圧信号が出力される。論理回路は、ホール素子からのアナログ電圧信号を整形して磁界の極性に対応したデジタル波形、例えばN極のとき高レベル、S極のとき低レベルのデジタル波形を出力する。本実施形態では、例えば出力トランジスタを有するオープンコレクタ出力方式のホールICを使用している。
The first
これら第1磁気センサ34a〜第6磁気センサ34fを備えて、モータ10の磁極位置を検出する磁気検出回路52(図1)が構成されている。この磁気検出回路52は、図1及び図5(後述)に示すように、第1磁気センサ34a〜第3磁気センサ34cを含み3相の第1デジタル波形を出力する第1磁気センサ部64aと、第4磁気センサ34d〜第6磁気センサ34fを含み3相の第2デジタル波形を出力する第2磁気センサ部64bとを有する。これら第1及び第2デジタル波形が磁極位置検出信号として駆動回路4に入力される。
駆動回路4は、図1に示すように、磁極位置検出信号処理回路54と、パルス生成回路56と、CPU58とを有する。CPU58は、少なくともソフトウェアとしてのロータ位置検出手段60と、ロータ速度検出手段62とが動作するようになっている。
A magnetic detection circuit 52 (FIG. 1) that detects the magnetic pole position of the
As shown in FIG. 1, the
図5は、駆動回路4の構成を磁気検出回路52と共に示す図である。なお、同図において、インバータ回路6に入力する信号を生成するための構成部材については図示を省略している。
同図に示すように、磁極位置検出信号処理回路54は、磁気検出回路52からのデジタル波形、すなわち、第1磁気センサ部64aからの3相の第1デジタル波形及び第2磁気センサ部64bからの3相の第2デジタル波形を安定化させるプルアップ抵抗66と、高周波成分(ノイズ)を抑圧するノイズフィルタ68(ローパスフィルタ)と、シュミットトリガ機能を有し、且つ、ノイズフィルタ68でなまった波形をパルス波形に整形する波形整形回路70と、CPU58からのロータ12の正転又は逆転を示す制御信号Scに基づいて、3相の第1デジタル波形又は3相の第2デジタル波形を切り替え選択し、3相のロータ位置検出パルスSa(第1相のロータ位置検出パルスSa1〜第3相のロータ位置検出パルスSa3)として出力する選択回路72とを有する。
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the
As shown in the figure, the magnetic pole position detection
パルス生成回路56は、選択回路72からの3相のロータ位置検出パルスSaの各立ち上がり及び各立ち下がりがそれぞれ反映された一連のパルス信号を生成する回路である。すなわち、パルス生成回路56は、選択回路72からの3相のロータ位置検出パルスSaのうち、第1相のロータ位置検出パルスSa1と第2相のロータ位置検出パルスSa2との排他的論理和を出力する第1論理回路74と、第3相のロータ位置検出パルスSa3と第1論理回路74の出力との排他的論理和をロータ速度検出パルスSbとして出力する第2論理回路76とを有する。
The
CPU58が実現するロータ位置検出手段60は、選択回路72からの3相のロータ位置検出パルスSaに基づいてロータ12の位置を検出し、CPU58が実現するロータ速度検出手段62は、パルス生成回路56からのロータ速度検出パルスSbに基づいてロータ12の回転速度(正転速度又は逆転速度)を検出する。また、CPU58は、ロータ速度検出手段62により検出した回転速度と、車両側から入力された速度指令値とに基づいてモータ10の回転速度をフィードバック制御する。このモータ制御に係る構成については後述する。
なお、例えばロータ12の正転時のロータ位置及び正転速度のみを検出する場合は、ロータ12の逆転に関する第2磁気センサ部64b(第4磁気センサ34d〜第6磁気センサ34f)を省略し、また、これに応じて、プルアップ抵抗66の構成要素、ノイズフィルタ68の構成要素、波形整形回路70の構成要素をそれぞれ一部省略し、さらに、選択回路72を省略することができる。
The rotor position detection means 60 realized by the
For example, when only the rotor position and the normal rotation speed at the time of the forward rotation of the
図6は磁気検出回路52及び駆動回路4の動作説明図であり、図6(A)は第1磁気センサ34aの出力波形を示す図であり、図6(B)はノイズフィルタの出力波形を示す図であり、図6(C)は波形整形回路70の出力波形を示す図である。
例えば第1磁気センサ34aから出力されるデジタル波形について説明すると、ロータ12の例えば正転に伴って第1磁気センサ34aと対向する磁極が例えばN極→S極→N極→S極というように順番に変わっていくことから、第1磁気センサ34aの出力トランジスタは、例えばN極と対向する期間においてOFF、S極と対向する期間においてONとされる。第1磁気センサ34aの出力にはプルアップ抵抗66が接続されているため、出力トランジスタがOFFのときには、出力電圧が電源電圧Vcc近くまで引き上げられる。第1磁気センサ34aの出力は、後段のノイズフィルタ68によって高周波成分(ノイズ)が抑圧される。しかし、第1磁気センサ34aの出力波形は、図6(B)に示すように、立ち上がり及び立ち下がりがノイズフィルタ68の時定数に対応してなまった一次遅れ波形となる。
6A and 6B are diagrams for explaining the operation of the
For example, the digital waveform output from the first
ノイズフィルタ68によって立ち上がりと立ち下がりがなまった第1磁気センサ34aの出力は、後段の波形整形回路70のシュミットトリガ機能によって、パルス波形に整形される。具体的には、波形整形回路70は、ノイズフィルタ68の出力(出力電圧)が第1閾値電圧Vtp以上となった時点で低レベルとし、第2閾値電圧Vtn(<Vtp)以下となった時点で高レベルにする。なお、この波形整形回路70では、チャタリング防止も行っている。
一方、選択回路72は、波形整形回路70から出力される第1磁気センサ部64aに対応した3相の第1デジタル波形と第2磁気センサ部64bに対応する3相の第2デジタル波形を、CPU58で動作するロータ位置検出手段60からのロータ12の正転又は逆転を示す制御信号Scに基づいて、切り替え選択して、3相のロータ位置検出パルスSaとして出力する。ロータ12が正転しているときの3相のロータ位置検出パルスSaの例を図7に示す。
The output of the first
On the other hand, the
3相のロータ位置検出パルスSaは、ロータ12の正転又は逆転を検出し、さらに、ロータ12の磁極の位置を検出するために用いられる。もちろん、ロータ12の1回転につき、4周期のタイミング(パルス周期Ta)でロータ12の速度を検出することができるが、検出精度は低い。
また、パルス生成回路56では、第1論理回路74から第1相のロータ位置検出パルスSa1と第2相のロータ位置検出パルスSa2との排他的論理和が出力され、第2論理回路76から第3相のロータ位置検出パルスSa3と第1論理回路74の出力との排他的論理和が出力される。すなわち、3入力の排他的論理和機能によってロータ速度検出パルスSbを生成している。
The three-phase rotor position detection pulse Sa is used to detect forward rotation or reverse rotation of the
In the
パルス生成回路56の真理値表を図8に示す。この真理値表の中で、第1相のロータ位置検出パルスSa1〜第3相のロータ位置検出パルスSa3全てが「0」又は「1」の場合は、ハーネスの断線やショートによる異常出力であり、CPU58によって、モータ停止等のエラー処理が行われる。
A truth table of the
駆動回路4では、パルス生成回路56からの出力に基づいてロータ12の回転速度(正転速度及び逆転速度)を検出する。パルス生成回路56から出力されるロータ速度検出パルスSbのパルス周期は、ロータ位置検出パルスSaのパルス周期Taの1/3であるため、パルス生成回路56から出力されるロータ速度検出パルスSbに基づいてロータ12の速度を検出することで、3相のロータ位置検出パルスSaを用いた場合よりも、検出精度が高められる。
検出タイミングとしては、第1の手法として、パルス波形が変化するタイミング、すなわち、立ち下がりから次の立ち上がりまでの期間、立ち上がりから次の立ち下がりまでの期間をそれぞれ速度検出周期とすることが考えられる。この場合、ロータ12が1回転する間に、24個の速度検出周期が到来するため、高精度にロータ12の速度を検出することができる。
The
As the detection timing, as a first method, it is conceivable that the timing at which the pulse waveform changes, that is, the period from the fall to the next rise and the period from the rise to the next fall are used as the speed detection period. . In this case, since 24 speed detection cycles arrive during one rotation of the
ただし、各速度検出期間の開始時点は、様々な誤差成分によって影響を受けている場合が多い。誤差成分としては、検出磁石誤差、磁気センサ誤差、ノイズフィルタ誤差、CPU誤差等がある。
検出磁石誤差は、検出磁石22の着磁範囲の誤差やロータ12に対する取付誤差を含み、理想的な第1境界24a〜第8境界24hに対する実際の第1境界24a〜第8境界24hの配置誤差成分を指す。磁気センサ誤差は、ロータ12の正転速度を検出する場合は、第1磁気センサ34a〜第3磁気センサ34cの読取誤差やステータ14に対する取付誤差を含み、ロータ12の逆転速度を検出する場合は、第4磁気センサ34d〜第6磁気センサ34fの読取誤差やステータ14に対する取付誤差を含む。ノイズフィルタ誤差は、回路素子の回路定数のばらつき等に起因する時定数誤差を含む。CPU誤差は、アナログ信号をデジタル信号に変換する際の量子化誤差等を含む。この中で、CPU誤差は、CPU58自体の性能に依存するため、上述した誤差成分から除外する。
However, the start point of each speed detection period is often influenced by various error components. Examples of error components include a detection magnet error, a magnetic sensor error, a noise filter error, and a CPU error.
The detection magnet error includes an error in the magnetizing range of the
時定数誤差は、図6(B)に示すように、ノイズフィルタ68の出力波形がCR時定数による一次遅れ波形となることによって生じる。
すなわち、後段の波形整形回路70から出力されるパルス波形(図6(C)参照)は、理想的には、その立ち下がり時点が、ノイズフィルタ68の出力波形(図6(B)参照)の立ち上がり時点とほぼ同時となり、立ち上がり時点が、ノイズフィルタ68の出力波形の立ち下がり時点とほぼ同時になることである。
しかし、ノイズフィルタ68の出力波形が一次遅れ波形であることから、波形整形回路70の出力波形の立ち下がり時点は、ノイズフィルタ68の出力波形の立ち上がり時点からノイズフィルタ68の出力(出力電圧)が第1閾値電圧Vtp以上となった時点までの時間だけ遅れ、この遅れ時間Δt1が時定数誤差となる。
As shown in FIG. 6B, the time constant error is generated when the output waveform of the
That is, the pulse waveform (see FIG. 6C) output from the
However, since the output waveform of the
なお、波形整形回路70の出力波形の立ち上がり時点は、ノイズフィルタ68の出力波形の立ち下がり時点からノイズフィルタ68の出力(出力電圧)が第2閾値電圧Vtn以下となった時点までの時間だけ遅れることになるが、この遅れ時間Δt2は無視できる程度に短い。そのため、波形整形回路70の出力波形のうち、立ち上がり時点に時定数誤差は存在しないものとして扱うことができる。
このことから、図9(A)に示すように、3相のロータ位置検出パルスSaのうち、各立ち下がりは、ノイズフィルタ誤差による影響を受けていることになる。
The rise time of the output waveform of the
From this, as shown in FIG. 9A, each falling edge of the three-phase rotor position detection pulse Sa is affected by a noise filter error.
検出磁石誤差は、上述したように、検出磁石22の着磁範囲の誤差や取付誤差を含むため、各磁気センサが磁極の変化を検出した時点で検出磁石誤差の影響を受けることになる。すなわち、3相のロータ位置検出パルスSaのうち、各立ち下がり及び各立ち上がりは、検出磁石誤差による影響を受けていることになる。
具体的には、第1磁気センサ34aを基準位置としたとき、例えば第1相のロータ位置検出パルスSa1のうち、基準位置から最初の立ち下がりは、検出磁石22における第1境界24aの位置誤差(第1検出磁石誤差)による影響を受け、次の最初の立ち上がりは、検出磁石22における第2境界24bの位置誤差(第2検出磁石誤差)による影響を受け、次の2回目の立ち下がりは、検出磁石22における第3境界24cの位置誤差(第3検出磁石誤差)による影響を受け、次の第2回目の立ち上がりは、検出磁石22における第4境界24dの位置誤差(第4検出磁石誤差)による影響を受け、次の第3回目の立ち下がりは、検出磁石22における第5境界24eの位置誤差(第5検出磁石誤差)による影響を受け、次の第3回目の立ち上がりは、検出磁石22における第6境界24fの位置誤差(第6検出磁石誤差)による影響を受け、次の第4回目の立ち下がりは、検出磁石における第7境界24gの位置誤差(第7検出磁石誤差)による影響を受けていることになる。これは、第2相のロータ位置検出パルスSa2及び第3相のロータ位置検出パルスSa3においても同様である。
As described above, the detection magnet error includes an error in the magnetization range of the
Specifically, when the first
磁気センサ誤差は、上述したように、ロータ12の正転速度を検出する場合は、第1磁気センサ34a〜第3磁気センサ34cの読取誤差やステータ14に対する取付誤差を含むことから、第1磁気センサ34aを基準としたとき、第2磁気センサ34bに対応する第2相のロータ位置検出パルスSa2の各立ち上がり及び各立ち下がりが第2磁気センサ34bに起因する磁気センサ誤差(第2磁気センサ誤差と記す)による影響を受け、第3磁気センサ34cに対応する第3相のロータ位置検出パルスSa3の各立ち上がり及び各立ち下がりが第3磁気センサ34cに起因する磁気センサ誤差(第3磁気センサ誤差と記す)による影響を受けていることになる。
As described above, the magnetic sensor error includes the reading error of the first
したがって、パルス生成回路56から出力されるロータ速度検出パルスSbは、上述した様々な誤差成分による影響を受けることになる。
例えば図9(B)に示すように、時点t1ではノイズフィルタ誤差、第3磁気センサ誤差及び第7検出磁石誤差による影響を受け、時点t2では第2磁気センサ誤差による影響を受け、時点t3ではノイズフィルタ誤差と第1検出磁石誤差による影響を受け、以下同様である。
そのため、上述した第1の手法、すなわち、ロータ速度検出パルスSbの立ち下がりから次の立ち上がりまでの期間及び立ち上がりから次の立ち下がりまでの期間をそれぞれ速度検出周期としてロータ12の速度を検出すると、図9(B)に示すように、時点t1〜時点t23に含まれる3相のロータ位置検出パルスSa全ての誤差成分による影響を受けることになる。
Therefore, the rotor speed detection pulse Sb output from the
For example, as shown in FIG. 9B, at time t1, it is affected by the noise filter error, the third magnetic sensor error, and the seventh detection magnet error, at time t2, it is affected by the second magnetic sensor error, and at time t3. The same applies to the influence of the noise filter error and the first detection magnet error.
Therefore, when the speed of the
そこで、第2の手法として、ロータ速度検出パルスSbの立ち下がりから次の任意の立ち下がりまでの期間、立ち上がりから次の任意の立ち上がりまでの期間を速度検出周期としてロータ12の速度を検出することが好ましい。この場合、検出精度を上げるために、速度検出期間<ロータ位置検出パルスSaのパルス周期Taを満足することが好ましい。
例えばロータ速度検出パルスSbの立ち下がりから次の立ち下がりまでの期間(t0→t2、t2→t4、t4→t6、・・・)を速度検出周期としてロータ12の速度を検出すると、図9(C)に示すように、時点t2での第2磁気センサ誤差、時点t4での第3磁気センサ誤差、時点t6での第2検出磁石誤差、時点t8での第2検出磁石誤差と第2磁気センサ誤差、時点t10での第2検出磁石誤差と第3磁気センサ誤差、時点t12での第4検出磁石誤差、時点t14での第4検出磁石誤差と第2磁気センサ誤差、時点t16での第4検出磁石誤差と第3磁気センサ誤差、時点t18での第6検出磁石誤差、時点t20での第6検出磁石誤差と第2磁気センサ誤差、時点t22での第6検出磁石誤差と第3磁気センサ誤差の影響を受けるのみであり、誤差成分による影響を最小限に抑えることができる。これは、ロータ12の速度の検出精度のさらなる向上につながる。
Therefore, as a second method, the speed of the
For example, when the speed of the
なお、速度検出期間として用いられるロータ速度検出パルスSbの立ち下がりから次の任意の立ち下がりまでの期間としては、上述した立ち下がりから次の立ち下がりまでの期間のほかに、立ち下がりから1つ置きの立ち下がりまでの期間(t0→t4、t4→t8、t8→t12、・・・)を採用するようにしてもよい。
また、速度検出期間として用いられるロータ速度検出パルスSbの立ち上がりから次の任意の立ち上がりまでの期間としては、立ち上がりから次の立ち上がりまでの期間(t1→t3、t3→t5、t5→t7、・・・)でもよいし、立ち上がりから1つ置きの立ち上がりまでの期間(t1→t5、t5→t9、t9→t13、・・・)を採用するようにしてもよい。
いずれにしても、誤差成分による影響が最小限になる期間を速度検出期間として採用することが好ましい。
このように、本実施の形態に係る速度検出回路50は、誤差成分による影響を最小限に抑えることができ、高精度にロータ12の速度を検出することができる。
The period from the fall of the rotor speed detection pulse Sb used as the speed detection period to the next arbitrary fall is one period from the fall in addition to the period from the fall to the next fall described above. It is also possible to adopt a period (t0 → t4, t4 → t8, t8 → t12,...) Until the trailing edge.
Further, as a period from the rise of the rotor speed detection pulse Sb used as the speed detection period to the next arbitrary rise, periods from the rise to the next rise (t1 → t3, t3 → t5, t5 → t7,... Or a period from a rising edge to every other rising edge (t1 → t5, t5 → t9, t9 → t13,...) May be adopted.
In any case, it is preferable to adopt a period in which the influence of the error component is minimized as the speed detection period.
As described above, the speed detection circuit 50 according to the present embodiment can minimize the influence of the error component, and can detect the speed of the
すなわち、速度制御を行うモータシステムにおいて、モータ10(ロータ12)の回転数の検出精度は極めて重要である。従って、速度制御を行うモータシステムにおけるモータ10の回転数の検出には高精度ではあるが、高価なエンコーダやレゾルバを使用することが考えられる。これに対して、本実施の形態で使用されるホールICは、安価ではあるが、分解能が低く、一般に、モータ10の回転数の検出誤差が大きいという問題がある。
これに対して、本実施形態のように、3相のロータ位置検出パルスSaに基づいてロータ速度検出パルスSbを生成するパルス生成回路56を設けることによって、高精度にロータ12の速度を検出できる。さらに、速度検出期間として、ロータ速度検出パルスSbの立ち下がりから次の任意の立ち下がりまでの期間あるいは立ち上がりから次の任意の立ち上がりまでの期間を選ぶことで、検出精度をより向上させることができる。特に、ロータ速度検出パルスSbの立ち下がりから次の立ち下がりまでの期間を速度検出期間として選ぶことで、誤差成分の影響を最小限に抑えることができ、その結果、ロータ12の速度検出精度を、ロータ位置検出パルスSaのパルス周期Taを速度検出期間とした場合の3倍向上させることができ、誤差成分を約1/10にすることができる。
これにより、磁気センサとしてホールICを用いたとしても、モータ10の速度制御を高精度に行うことができ、CPU58からの速度指令値に対してほとんど誤差なく高精度に追従させることができる。
さらに、速度検出期間として、ロータ速度検出パルスSbの立ち下がりから次の任意の立ち下がりまでの期間あるいは立ち上がりから次の任意の立ち上がりまでの期間を選ぶことで、検出精度をより向上させることができる。特に、ロータ速度検出パルスSbの立ち下がりから次の立ち下がりまでの期間を速度検出期間として選ぶことで、誤差成分の影響を最小限に抑えることができ、その結果、ロータ12の速度検出精度を、ロータ位置検出パルスSaのパルス周期Taを速度検出期間とした場合の3倍向上させることができ、誤差成分を約1/10にすることができる。
That is, in a motor system that performs speed control, the detection accuracy of the rotational speed of the motor 10 (rotor 12) is extremely important. Therefore, it is conceivable to use an expensive encoder or resolver for detecting the number of rotations of the
On the other hand, the speed of the
As a result, even if a Hall IC is used as the magnetic sensor, the speed control of the
Furthermore, the detection accuracy can be further improved by selecting a period from the falling edge of the rotor speed detection pulse Sb to the next arbitrary falling edge or a period from the rising edge to the next arbitrary rising edge as the speed detection period. . In particular, by selecting the period from the fall of the rotor speed detection pulse Sb to the next fall as the speed detection period, the influence of the error component can be minimized, and as a result, the speed detection accuracy of the
次いで、モータ10の駆動制御系について説明する。
図10は、モータ駆動システム1のモータ駆動制御系を示すブロック図である。
このモータ駆動制御系では、車両に搭載されたコンピュータから制御装置2に速度指令値たる指令速度ωrm *が入力され、当該指令速度ωrm *でモータ10が駆動されるようにフィードバック制御が行われる。すなわち、図10に示すように、モータ駆動制御系は、大別すると、位置・速度検出部82と、速度制御部84と、駆動信号生成部86と、角度補間部88とを備えている。なお、これら各部は上記駆動回路4が備えるCPU58によって実現されている。
位置・速度検出部82は、ロータ12の磁極位置θre、及びロータ12の回転速度ωrmを検出し、回転速度ωrmを速度制御部84に出力するとともに、磁極位置θreを角度補間部88に出力するものであり、上述したロータ位置検出手段60、及びロータ速度検出手段62を含んで構成されている。
Next, the drive control system of the
FIG. 10 is a block diagram showing a motor drive control system of the
In this motor drive control system, a command speed ω rm *, which is a speed command value, is input to the
The position /
速度制御部84は、車両が備えるコンピュータから入力された指令速度ωrm *と、位置・速度検出部82で検出した回転速度ωrmとに基づいて電圧指令値を算出し、駆動信号生成部86に出力する。詳述すると、速度制御部84は、指令速度ωrm *と、回転速度ωrmとからトルク指令値を算出する速度制御器90と、トルク指令値及び指令速度ωrm *で検索可能なデューティ(Duty)マップ91及び進角マップ92とを備えている。
速度制御器90は、比例(P)制御器、及び積分(I)制御器を有し、指令速度ωrm *と回転速度ωrmとの偏差に基づいて、PI制御により誤差を補償してトルク指令値を算出する。デューティマップ91は、指令速度ωrm *、後述するPWM駆動信号のデューティ、及びトルクの相互の関係を予め規定したマップである。トルク指令値、及び指令速度ωrm *でデューティマップ91を検索することで、当該トルク指令値のトルクが得られるデューティが決定される。進角マップ92は、指令速度ωrm *、進角、及びトルクの相互の関係を予め規定したマップである。すなわち、トルク指令値及び指令速度ωrm *で進角マップ92を検索することで、当該トルク指令値及び指令速度ωrm *に対して最適な進角が得られる。そして、これら進角及びデューティの指示値を含んだ電圧指令値が駆動信号生成部86に入力される。
The
The
駆動信号生成部86は、波形生成器93と、PWM駆動信号生成部94とを備えている。波形生成器93は、後述する角度補間部88からロータ12の磁極位置θreに基づくU相、V相、及びW相の各相の正弦振幅信号sinθreが入力されるとともに、速度制御部84から上記電圧指令値が入力され、各相の正弦振幅信号sinθreの信号振幅を電圧指令値によって調整し、それぞれを正弦波の変調波信号Vua*、Vva*、Vwa*としてPWM駆動信号生成部94に出力する。PWM駆動信号生成部94は、各正弦波の変調波信号Vua*、Vva*、Vwa*に基づいてPWM駆動信号を生成する。具体的には、PWM駆動信号生成部94は、三角波比較非同期式によりPWM駆動信号を生成しており、各正弦波の変調波信号Vua*、Vva*、Vwa*と、搬送波である三角波との電圧値を比較してPWM駆動信号を生成し、インバータ回路6に出力する。
The drive
角度補間部88は、位置・速度検出部82が出力するロータ12の磁極位置θreに基づいて正弦振幅信号sinθreを生成し、駆動信号生成部86に出力するものであり、磁極位置補間器95と、三角関数演算器96とを備えている。正弦振幅信号sinθreは、前掲図7(C)に示すように、ロータ位置検出パルスSaに同期した周期の正弦波の振幅信号である。
本実施形態では、ロータ速度検出パルスSbのパルス周期がロータ位置検出パルスSaのパルス周期Taの1/3(電気角60度)であることから、このロータ速度検出パルスSbの立ち上がり、及び立ち下がりのタイミングごとに正弦振幅信号sinθreを生成し、これによりロータ位置検出パルスSaの立ち上がり、及び立ち下がりに基づいて正弦振幅信号sinθreを生成する場合よりも分解能を高めることとしている。なお、電気角は、モータ10の構造(ロータやステータの構造、スロット数など)によって変わることは勿論である。
磁極位置補間器95は、ロータ速度検出パルスSbの立ち上がり、及び立ち下がりのタイミングで磁極位置θreを三角関数演算器96に出力する。すなわち、モータ10が一定方向に回転している場合、ロータ速度検出パルスSbが立ち上がり、及び立ち下がるごとに、磁極位置θreは、0度→60度→120度→180度→240度→300度→360度(0度)→60度といったように60度間隔で0度から360度まで循環的に変化する。磁極位置補間器95は、モータ10の回転開始時、或いは回転方向の反転検出後にロータ速度検出パルスSbが最初に立ち上がり、又は立ち下がったタイミングを磁極位置θre=0度に設定し、その後、ロータ速度検出パルスSbが立ち上がり、又は立ち下がるごとに、三角関数演算器96に出力する磁極位置θreを60度ずつ増加させる。
The
In the present embodiment, since the pulse period of the rotor speed detection pulse Sb is 1/3 (
The magnetic
三角関数演算器96は、磁極位置θreが入力されるごとに、磁極位置θreの正弦値(sinθre)を算出し、正弦振幅信号sinθreとして波形生成器93に出力する。このとき、三角関数演算器96は、磁極位置θreが入力されるごとに正弦振幅信号sinθreの値を更新しており、三角関数演算器96の出力信号波形は、いわゆる階段状の信号波形となる。したがって、磁極位置補間器95が磁極位置θreを電気角60度ごとにだけ出力する構成とすると、図11に一点鎖線で示すように、三角関数演算器96が出力している正弦振幅信号sinθreは正弦波形からのズレが大きな荒い信号Sjとなる。特に、モータ10の回転速度ωrmが遅いときには、ロータ速度検出パルスSbのパルス周期Tcが長くなることから、正弦振幅信号sinθreは、荒い信号Sjを時間軸上で引き延ばした波形となり、正弦波形からのズレが顕著なものとなる。
そこで本実施形態では、磁極位置補間器95がロータ速度検出パルスSbの立ち上がり及び立ち下がり時に加え、その間も一定時間間隔で磁極位置θreを補間して三角関数演算器96に出力し、これにより正弦振幅信号sinθreの解像度を高めることとしている。
本実施形態では、図12に示すように、1周期の正弦波信号を512分割、すなわち角度分解能を512/360(deg)とし、この角度分解能で磁極位置補間器95が角度を補間することで三角関数演算器96が暫時出力する正弦振幅信号sinθreのグラフが正弦波に十分に近似したものとなるようにしている。
The
Therefore, in this embodiment, the magnetic
In this embodiment, as shown in FIG. 12, the sine wave signal of one cycle is divided into 512, that is, the angle resolution is set to 512/360 (deg), and the magnetic
ところで、PWM制御信号の生成の搬送波に用いる三角波のキャリア周波数をfc、速度制御部84から波形生成器93に入力される電圧指令値の周波数である指令電圧周波数をflとしたとき、三角波比較非同期式のPWM制御によりモータ10を駆動する揚合、PWM駆動信号として生成する正弦波の変調波信号Vua*、Vva*、Vwa*に対し十分な速度で指令しないと波形が崩れる。このため、fc/fl≧N(=9)とすることで波形品質を維持する。(ここでN=9というのは、キャリア周波数fcに実用的な周波数が得られる値として値実験や経験値などから求められたものである。)
すなわち、モータ10の設定最高回転数がX[rpm]である場合には、指令電圧周波数fl=X/60×(極数/2)[Hz]と求められることから、搬送波のキャリア周波数fc=Y[kHz]は、fc/fl≧N(=9)の関係を満たすように設定すれば、波形の崩れは生じないことになる。本実施形態では、設定最高回転数Xを3500[rpm]とし、キャリア周波数fcにはfc=16kHzを用いることとしている。
磁極位置補間器95には、キャリア周波数fcごと(すなわち、62.5μ秒ごと)に割込みが発生し、この割込み発生ごとに、磁極位置補間処理が磁極位置補間器95によって行われる。
By the way, when the carrier frequency of the triangular wave used for the carrier wave for generating the PWM control signal is fc and the command voltage frequency that is the frequency of the voltage command value input from the
That is, when the set maximum rotational speed of the
The magnetic
磁極位置補間処理は、ロータ速度検出パルスSbの立ち上がりと、立ち下がりとの間の磁極位置θreを補間する処理である。ロータ速度検出パルスSbの立ち上がりから立ち下がりの間(すなわち1/2パルス周期)が電気角60度に相当することから、ロータ速度検出パルスSbの立ち上がりから立ち下がりに亘って、補間角度αを60度分だけ経過時間に応じて漸次増加(正回転時)、或いは減少(逆回転時)させ、そして、ロータ速度検出パルスSbの前回の立ち上がり又は立ち下がり時に出力した磁極位置θreに補間角度αを加えることで補間が行われる。 The magnetic pole position interpolation process is a process of interpolating the magnetic pole position θ re between the rising edge and the falling edge of the rotor speed detection pulse Sb. Since the rotor speed detection pulse Sb rises and falls (ie, 1/2 pulse period) corresponds to an electrical angle of 60 degrees, the interpolation angle α is set to 60 from the rise to the fall of the rotor speed detection pulse Sb. By gradually increasing (forward rotation) or decreasing (reverse rotation) according to the elapsed time, the interpolation angle α is added to the magnetic pole position θ re output at the previous rise or fall of the rotor speed detection pulse Sb. Interpolation is performed by adding.
図13は、磁極位置補間処理のフローチャートである。
同図に示すように、割込が発生すると(ステップS1)、磁極位置補間器95は、先ず、ロータ速度検出パルスSbが立ち上がり又は立ち下がることで信号レベルに変化があったか否かを判定する(ステップS2)。信号レベルに変化があった場合(ステップS2:YED)、補間角度αの初期値に30度を設定する(ステップS3)。この初期値は、モータ10のスロット数に基づいて決定された値である。すなわち、モータ10のスロット数が12スロットである場合、スロットが30度間隔に配置されることから、第1磁気センサ34a〜第6磁気センサ34fも、それぞれ30度間隔で配置される。したがって、第1磁気センサ34a〜第6磁気センサ34fのいずれかから電気角30度ごとに磁極位置検出信号が出力される。ロータ速度検出パルスSbは、この磁極位置検出信号に基づいてパルス生成回路56により生成されるため、ロータ速度検出パルスSbの立ち上がり及び立ち下がり時は電気角30度だけ磁極位置θreが既に移動していることを示すこととなり、この電気角30度が初期値として設定される。なお、スロット数がMであり、スロットごとに磁気センサが配置される場合には、初期値として(360度/スロット数M)が設定される。
なお、U相、V相及びW相のスロットのそれぞれに磁気センサを配置したとき、
(360度/スロット数M)×2>(360度/磁極数)>(360度/スロット数M)
の関係が成り立つ。
FIG. 13 is a flowchart of magnetic pole position interpolation processing.
As shown in the figure, when an interrupt occurs (step S1), the magnetic
When a magnetic sensor is disposed in each of the U-phase, V-phase, and W-phase slots,
(360 degrees / number of slots M) × 2> (360 degrees / number of magnetic poles)> (360 degrees / number of slots M)
The relationship holds.
次いで、磁極位置補間器95は、モータ10の回転方向が反転したか否かを判定する(ステップS4)。モータ10の回転方向が同一方向に回転している場合には(ステップS4:NO)、後述する割込カウンタ値Cnがカウント上限値Cmaxに達していない事を条件に(ステップS5:NO)、補間角度αの算出アルゴリズムを指定する補間フラグQfに「通常補間」をセットする(ステップS6)。一方、モータ10の回転方向が反転している場合(ステップS4:YES)、或いは割込カウンタ値Cnがカウント上限値Cmaxに達している場合(ステップS5:YES)、補間角度αの算出アルゴリズムを通常のアルゴリズムから変更すべく補間フラグQfに「極低速用補間」をセットする(ステップS7)。
ここで、磁気センサ34a〜第6磁気センサ34fの各磁極位置検出信号の出力順序は、モータ10の回転方向ごとに一意に決まっているため、上記ステップS4においては、磁極位置検出信号を出力した今回の磁気センサ34と、各磁気センサ34の前回までの磁極位置検出信号の出力順序とに基づいて、モータ10の回転方向の反転の有無が判別される。なお、磁極位置検出信号を出力する磁気センサ34の順序は、ステップS2において、ロータ速度検出パルスSbの信号レベルが変化するごとにRAM等に更新記録されている。
Next, the magnetic
Here, since the output order of the magnetic pole position detection signals of the
割込カウンタ値Cnは、ロータ速度検出パルスSbの信号レベルが変化する間に生じた割込発生回数を計数するカウンタの値である。ロータ速度検出パルスSbの信号レベルが1回の変化するごとに磁極位置θreが電気角60度だけ変化することから、この間の割込カウンタ値Cnの最終カウント値Cend(前回の信号レベルの変化に要した時間)で電気角60度を割ることにより、割込発生1回あたりの磁極位置θreの移動量(割込発生時間あたりの移動量)が得られる。磁極位置補間器95は、次回の割込発生時に行う補間角度αの算出に備え、ロータ速度検出パルスSbの前回から今回の信号レベル変化の間にカウントした現時点での割込カウンタ値Cnを最終カウント値Cendにセットして記録する(ステップS8)。
The interrupt counter value Cn is a value of a counter that counts the number of interrupts generated while the signal level of the rotor speed detection pulse Sb changes. Every time the signal level of the rotor speed detection pulse Sb changes once, the magnetic pole position θ re changes by an electrical angle of 60 degrees, so that the final count value Cend (change in the previous signal level) of the interrupt counter value Cn during this time The amount of movement of the magnetic pole position θ re per one occurrence of interruption (the amount of movement per interruption occurrence time) is obtained by dividing the electrical angle by 60 degrees by the time required for. The magnetic
ここで、ロータ速度検出パルスSbの信号レベルの変化間隔(周期)は、モータ10の回転速度が遅いほど長くなり、これに比例して、割込カウンタ値Cnも増大するため、信号レベルの変化間隔が非常に長くなると割込カウンタ値Cnにオーバーフローが発生する。具体的には、本実施形態では割込を16kHzで発生させているため、62.5μ秒ごとに割込カウンタ値Cnがカウントアップし、10bitタイマーを用いて割込カウンタを構成した場合、62.5μ秒×1024≒64m秒がカウントの上限値となることから、信号レベルの変化間隔がこれを超えるとオーバーフローが発生することになる。つまり例えばモータ10の回転数が30rpmと遅い場合には、U相1周期の時間は(30/60)×4で2Hz(500m秒)となるためオーバーフローが発生する。オーバーフローが発生すると、割込カウンタ値Cnに基づいて算出される補間角度αに狂いが生じる。そこで、本実施形態では、割込カウンタを構成するタイマーのbit数に基づいて、オーバーフローが発生しない範囲で上述したカウント上限値Cmaxを設定し、このカウント上限値Cmaxを割込カウンタ値Cnが超えた場合には、モータ10が極低速で回転しているものとし、補間角度αの算出アルゴリズムを通常のアルゴリズムから変更することとしている。このため、上述の通り、磁極位置補間器95は、上記ステップS5において割込カウンタ値Cnがカウント上限値Cmaxに達しているか否かを判定し、達していない場合には(ステップS5:NO)、補間フラグQfに「通常補間」をセットし(ステップS6)、またカウント上限値Cmaxを超えている場合には(ステップS5:YES)、補間フラグQfに「極低速用補間」をセットしている。
なお、モータ10の回転が極低速となるタイミングには、モータ10の停止前、始動直後、及び回転方向反転直後が挙げられる。
Here, the change interval (cycle) of the signal level of the rotor speed detection pulse Sb becomes longer as the rotation speed of the
The timing at which the rotation of the
次いで、磁極位置補間器95は、極低速でモータ10が回転している場合の補間角度αに用いる極低速用パラメータlowpathを、
極低速用パラメータlowpath
=(現在の割込カウンタ値)+1
により算出し記録する(ステップS9)。なお、この式において、現在の割込カウンタ値Cnは、ロータ速度検出パルスSbの信号が変化するまでのカウント値(経過時間に相当)を示す。
Next, the magnetic
Low speed parameter lowpath
= (Current interrupt counter value) + 1
Is calculated and recorded (step S9). In this equation, the current interrupt counter value Cn indicates a count value (corresponding to an elapsed time) until the signal of the rotor speed detection pulse Sb changes.
磁極位置補間器95は、以上のようにして補間フラグQfの設定、最終カウント値Cendの記録、及び極低速用パラメータlowpathの設定を行った後、割込カウンタ値Cnをゼロにクリアし(ステップS10)、処理手順をステップS1に戻す。
The magnetic
さて、割込発生時(ステップS1)にロータ速度検出パルスSbの信号レベルが変化していなかった場合には(ステップS2:NO)、磁極位置θreの補間角度αの算出が行われる。すなわち、磁極位置補間器95は、先ず、割込カウンタ値Cnを「1」だけインクリメントし(ステップS11)、その結果、割込カウンタ値Cnがカウント上限値Cmaxに達したか否かを判定する(ステップS12)。カウント上限値Cmaxに達した場合には(ステップS12:YES)、モータ10が極低速で回転している事を示すため、補間フラグQfに「極低速用補間」をセットする(ステップS13)。
When the signal level of the rotor speed detection pulse Sb has not changed at the time of occurrence of an interrupt (step S1) (step S2: NO), the interpolation angle α of the magnetic pole position θre is calculated. That is, the magnetic
そして、磁極位置補間器95は、補間フラグQfに応じたアルゴリズムで磁極位置θreの補間角度αを算出する(ステップS14)。具体的には、補間フラグQfが「通常補間」である場合(ステップS14:通常補間)、割込カウンタ値Cnに比例させて補間角度αを暫時増加或いは減少させるべく、補間角度αを次の式により算出する(ステップS15)。
補間角度α=−(補間角度αの初期値)
+(現在の割込カウンタ値Cn×60度/最終カウント値Cend)
これにより、割込カウンタ値Cnに比例して、補間角度αが−30度(或いは、+30度)から暫時増大する補間角度αが算出される。
Then, the magnetic
Interpolation angle α =-(initial value of interpolation angle α)
+ (Current interrupt counter value Cn × 60 degrees / final count value Cend)
As a result, the interpolation angle α is calculated in which the interpolation angle α increases for a while from −30 degrees (or +30 degrees) in proportion to the interrupt counter value Cn.
一方、補間フラグQfが「極低速用補間」である場合(ステップS14:極低速用補間)、割込カウンタ値Cnに単純に比例して補間角度αを増大させるのではなく、割込カウンタ値Cnを上記極低速用パラメータlowpathで除算した残余がゼロになった場合、すなわち、割込カウンタ値Cnが上記極低速用パラメータlowpath分だけ増加した場合に、補間角度αを1度だけインクリメントする(ステップS16)。
これにより、補間角度αの増加が割込カウンタ値Cnの増加に対して緩慢になり、モータ10の低速回転に応じて緩やかに補間角度αを変化させることができる。また極低速用パラメータlowpathは、ロータ速度検出パルスSbの信号レベルの変化に要した前回の経過時間を示し、この経過時間ごとに磁極位置θreを増加させるため、経過時間に対する磁極位置θreの増加が比較的急激に抑えられる。これにより、例えばモータ10の駆動停止直前時のようにモータ10の回転速度が急激に低下するような場合に、これに即して磁極位置θreを補間できる。また、割込カウンタ値Cnがオーバーフローした場合でも、割込カウンタ値Cnは循環的に変動することとなるから、オーバーフローの有無にかかわらず、割込カウンタ値Cnが極低速用パラメータlowpath分だけ変動するごとに補間角度αを増加させることができる。
On the other hand, when the interpolation flag Qf is “very low speed interpolation” (step S14: very low speed interpolation), the interpolation counter α is not simply increased in proportion to the interrupt counter value Cn, but the interrupt counter value is increased. When the remainder obtained by dividing Cn by the very low speed parameter lowpath becomes zero, that is, when the interrupt counter value Cn is increased by the very low speed parameter lowpath, the interpolation angle α is incremented by 1 ( Step S16).
As a result, the increase in the interpolation angle α becomes slower with respect to the increase in the interrupt counter value Cn, and the interpolation angle α can be gradually changed according to the low speed rotation of the
次いで、磁極位置補間器95は、例えば割込カウンタのオーバーフロー等に起因して補間角度αが−30度以下になった場合には(ステップS17:YES)、補間角度αを−30度に設定し(ステップS18)、また、30度を超えた場合(ステップS19:YES)には補間角度αを30度(補間角度αとして取り得る最大値)に設定する(ステップS20)。
そして、磁極位置補間器95は、ロータ速度検出パルスSbの前回の立ち上がり又は立ち下がり時に出力した磁極位置θreに補間角度αを加えることで補間した磁極位置θreを算出し、三角関数演算器96に出力した後(ステップS21)、処理をステップS1に戻す。
なお、補間した磁極位置θreの算出について詳細には、
補間した磁極位置θre=
ロータ速度検出パルスSbの信号レベル変化時の磁極位置θre
+(補間角度α+進角)×回転方向係数Pdir
ただし、正回転の場合、Pdir=1、逆回転の場合、Pdir=−1
により算出される。
Next, the magnetic
The magnetic
For details on the calculation of the interpolated magnetic pole position θre ,
Interpolated magnetic pole position θ re =
Magnetic pole position θ re when the signal level of rotor speed detection pulse Sb changes
+ (Interpolation angle α + advance) × rotation direction coefficient Pdir
However, in the case of forward rotation, Pdir = 1, and in the case of reverse rotation, Pdir = −1.
Is calculated by
以上の磁極位置補間処理により、ロータ速度検出パルスSbの立ち上がり/立ち下がりのタイミング以外の間も磁極位置θreが補間され、図14に示すように、ロータ12が1回転(電気角360度)する間、360/512の角度分解能で磁極位置θreが磁極位置補間器95に出力される。この結果、三角関数演算器96から出力される正弦振幅信号sinθreのグラフ波形も正弦波に近いものとなり、この正弦振幅信号sinθreから生成される正弦波形の変調波信号を正弦波に近づけることができる。
By the above magnetic pole position interpolation processing, the magnetic pole position θ re is interpolated also during timings other than the rising / falling timing of the rotor speed detection pulse Sb, and as shown in FIG. 14, the
ここで、上述のように、第1磁気センサ34a〜第6磁気センサ34fによる検出磁石誤差には各種の誤差成分が含まれるため、この第1磁気センサ34a〜第6磁気センサ34fの出力に基づく磁極位置θreの補間角度αにも角度誤差が含まれることとなる。この角度誤差は、図15に示すように、モータ10の回転数に依存し、高速回転時ほど大きくなる。そこで、この角度誤差を除去すべく、磁極位置θreの補間を、ロータ速度検出パルスSbの立ち上がり/立ち下がり間とするのではなく、ロータ速度検出時と同様に、ロータ速度検出パルスSbの立ち下がりから次の立ち下がりまでの期間のそれぞれ、或いは立ち上がりから次の立ち上がりまでの期間のそれぞれとすることで、補間角度αの角度誤差を除去することができる。特に、ロータ速度検出パルスSbの立ち下がりから次の立ち下がりまでの期間のそれぞれで磁極位置θreを補間することで、誤差成分の影響を最小限に抑えることができる。
Here, as described above, various error components are included in the detected magnet errors by the first
以上説明したように、本実施形態のモータ10の制御装置2によれば、ロータ速度検出パルスSbの信号レベルが変化する間の磁極位置θreが磁極位置補間器95によって補間されることから、ロータ速度検出パルスSbの周期にかかわらず正弦波形に近い波形の変調波信号を波形生成器93で生成することができる。
特に、モータ10が低速回転するほど、ロータ速度検出パルスSbの信号レベルが変化する期間が長くなるものの、その間の磁極位置θreが暫時補間されることから、正弦波形の変調波形が極端に荒くなるのが防止される。また、例えばホールIC等の廉価なセンサを磁気センサに用いて、正弦波に近い変調波信号を生成し、モータ10の擬似正弦波駆動を行うことができる。
As described above, according to the
In particular, as the
また本実施形態によれば、磁極位置補間器95は、ロータ速度検出パルスSbの信号レベルの変化に前回要した時間(最終カウント値Cend)、及び、当該信号レベルが変化したときの磁極位置θreの移動量から求められる時間あたりの移動量(電気角60度/最終カウント値Cend)と、当該信号レベルが変化してからの経過時間(割込カウンタ値Cn)とに基づいて磁極位置θreを補間する構成とした。この構成により、信号レベルが変化する間の磁極位置θreを、そのときのモータ10の回転速度に応じて補間することができ、モータ10の回転速度によらず歪みの少ない変調波信号を生成できる。
Further, according to the present embodiment, the magnetic
また本実施形態によれば、磁極位置補間器95は、ロータ速度検出パルスSbの信号レベルが変化してからの経過時間(割込カウンタ値Cn)が所定時間(カウント上限値Cmax)を超えた以降は、信号レベルの変化に要した前回の時間(lowpath)ごとに所定量(本実施形態では1度)ずつ磁極位置θreを増加させて補間する構成とした。
この構成により、モータ10が非常に低速度で回転し、ロータ速度検出パルスSbの信号レベルが変化するまでの時間が長くなった場合であっても、前回の変化時から所定時間(カウント上限値Cmax)が超えたときには、磁極位置θreの増加度合いが抑えられ、モータ10の低速回転に応じた変調波信号に切り替えることができる。特に、信号レベルの変化に要した前回の時間ごとに磁極位置θreを増加させるため、経過時間に対する磁極位置θreの増加量が比較的急激に抑えられることから、例えばモータ10の駆動停止直前時のようにモータ10の回転速度が急激に低下するような場合に、これに即した変調波信号を生成することができる。
Further, according to the present embodiment, the magnetic
With this configuration, even when the
また本実施形態によれば、磁気センサ34のそれぞれの磁極位置検出信号の変化が反映された一連のパルス信号を生成するパルス生成回路56を備え、このパルス生成回路56のパルス信号の立ち上がり、及び立ち下がりに基づいて磁極位置θreを検出し、当該磁極位置θreに基づいて正弦波状の変調波信号を生成するとともに、磁極位置補間器95は、パルス信号の立ち上がりと立ち下がりと間の磁極位置θreを補間する構成とした。
この構成により、パルス信号においては、複数の磁気センサ34のそれぞれの磁極位置検出信号の変化が反映されることから、1個の磁極位置検出信号よりも周期が短くなる(本実施形態では3相分の磁極位置検出信号からパルス信号が生成されるため1/3周期となる)。そして、このパルス信号の立ち上がり、及び立ち下がりに基づいて磁極位置θreを検出することで、磁極位置θreの検出間隔を短くでき、変調波信号の正弦波歪みをより効率的に抑制することができる。
In addition, according to the present embodiment, the
With this configuration, the pulse signal reflects changes in the magnetic pole position detection signals of the plurality of
また本実施形態によれば、磁極位置補間器95は、パルス信号の立ち上がりから次の立ち上がりまでの期間のそれぞれ、又は立ち下がりから次の立ち下がりまでの期間のそれぞれで磁極位置θreを補間する構成とした。この構成によれば、磁気センサ34の誤差や検出磁石誤差等の各種の誤差成分に起因する補間角度αの角度誤差を除去することができる。これにより、磁気センサ34に廉価なホールIC等を用いた場合でも、精度良く磁極位置θreを補間することができる。
Further, according to the present embodiment, the magnetic
なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形及び応用が可能である。
たとえば、上述した実施形態において、磁極位置補間器95は、ロータ速度検出パルスSbの信号レベルの変化に基づいて磁極位置θreを検出したが、これに限らず、図7(A)に示すロータ位置検出パルスSaのそれぞれの立ち上がり/立ち下がりに基づいて磁極位置θreを検出する構成としても良い。この場合、いずれかのロータ位置検出パルスSaの立ち上がり/立ち下がりから他のロータ位置検出パルスSaの上り/立ち下がりの期間のそれぞれで磁極位置θreの補間が行われる。そのときの磁極位置補間処理については、図13に示すフローチャートと同様であるため説明を省略する。
In addition, embodiment mentioned above shows the one aspect | mode of this invention to the last, and a deformation | transformation and application are arbitrarily possible within the scope of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the magnetic
また例えば、上述した実施形態では、モータ駆動システム1として、指令速度ωrm *によるモータ駆動制御を例示したが、これに限らない。すなわち、図16に示すように、指令トルクT*に基づいてモータ10を駆動するモータ駆動システム100としても良い。なお、この図において、図10と同じ部材には同一の符号を付して説明を省略する。
Further, for example, in the above-described embodiment, the motor drive control by the command speed ω rm * is exemplified as the
同図において、指令トルクT*は、モータ10の回転速度ωrm、及びスロットル開度と、目標とするトルク指令値との関係を規定したトルクマップにしたがって決定される。すなわち、車両が備えるコンピュータ等には、位置・速度検出部82からモータ10の回転速度ωrmが入力されるとともに、スロットル開度が入力され、当該コンピュータ等が上記トルクマップに基づいてトルク指令値を決定し、指令トルクT*としてモータ駆動システム100のトルク制御器190に入力する。
トルク制御器190は、現在の出力トルクTが指令トルクT*になるように、出力トルクTを調整して上記Dutyマップ91、及び進角マップ92に出力する。これらDutyマップ91、及び進角マップ92には、それぞれ回転速度ωrmも入力されており、これにより指令トルクT*及び回転速度ωrmに最適なデューティ、及び進角が駆動信号生成部86に出力されることで、指令トルクT*に基づくモータ10の駆動制御が行われることとなる。
In the figure, the command torque T * is determined according to a torque map that defines the relationship between the rotational speed ω rm of the
The torque controller 190 adjusts the output torque T so that the current output torque T becomes the command torque T * , and outputs it to the
また、上述した実施形態では、インバータを用いた実施形態について説明したが、バッテリEと、インバータ回路6との間にバッテリEの電圧を昇降圧するDC/DCコンバータ回路等の電圧変換回路を組み込んだ回路に適用することも可能である。
Moreover, although embodiment mentioned above demonstrated embodiment using an inverter, voltage conversion circuits, such as a DC / DC converter circuit which raises / lowers the voltage of the battery E between the battery E and the
1、100 モータ駆動システム
2 制御装置(モータ制御装置)
4 駆動回路
6 インバータ回路
12 ロータ
14 ステータ
20 永久磁石
22 検出磁石
34、34a〜34f 磁気センサ
50 速度検出回路
52 磁気検出回路
54 磁極位置検出信号処理回路
56 パルス生成回路
58 CPU
60 ロータ位置検出手段
60 三角関数演算器
62 ロータ速度検出手段
82 位置・速度検出部
84 速度制御部
86 駆動信号生成部
88 角度補間部
93 波形生成器
94 PWM駆動信号生成部
95 磁極位置補間器
96 三角関数演算器
Cend 最終カウント値
Cmax カウント上限値
Cn 割込カウンタ値
Sa、Sa1〜Sa3 ロータ位置検出パルス
Sb ロータ速度検出パルス
Vua※〜Vwa※ 変調波信号
lowpath 極低速用パラメータ
sinθre 正弦振幅信号
θre 磁極位置
ωrm 回転速度
ωrm※ 指令速度
1, 100
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記磁気センサのそれぞれの磁極位置検出信号の変化及び配置位置に基づいて前記ロータの磁極位置を検出し、当該磁極位置に基づいて正弦波状の変調波信号を生成し、前記モータの正弦波駆動を行うモータ制御装置において、
前記磁極位置検出信号が変化する間の磁極位置を補間する磁極位置補間手段を備え、
前記磁極位置補間手段は、
前記磁極位置検出信号の変化に要した時間、及び前記磁極位置検出信号が変化したときの磁極位置の移動量から求められる時間あたりの移動量と、前記磁極位置検出信号が変化してからの経過時間とに基づいて前記磁極位置を補間し、
前記モータの回転が停止前、始動直後、及び回転方向反転直後の極低速を示す所定時間を前記経過時間が超えた以降は、前記磁極位置検出信号の変化に要した前回の時間ごとに前記磁極位置を増加させて前記磁極位置を補間する
ことを特徴とするモータ制御装置。 A plurality of magnetic sensors are provided on the rotor of the motor, and a plurality of magnetic sensors that output a magnetic pole position detection signal in accordance with a change in the magnetic pole position accompanying the rotation of the rotor are disposed at positions facing the rotor
A magnetic pole position of the rotor is detected based on a change and an arrangement position of each magnetic pole position detection signal of the magnetic sensor, a sine wave-shaped modulation wave signal is generated based on the magnetic pole position, and a sine wave drive of the motor is performed. In the motor control device to perform,
Magnetic pole position interpolation means for interpolating the magnetic pole position while the magnetic pole position detection signal is changed,
The magnetic pole position interpolation means includes
The amount of time required to change the magnetic pole position detection signal, the amount of movement per time obtained from the amount of movement of the magnetic pole position when the magnetic pole position detection signal changes, and the time elapsed since the change of the magnetic pole position detection signal And interpolating the magnetic pole position based on time,
After the elapsed time exceeds the predetermined time indicating the extremely low speed immediately before the rotation of the motor is stopped, immediately after the start, and immediately after the reversal of the rotation direction, the magnetic pole is detected at every previous time required for the change of the magnetic pole position detection signal. A motor control device that interpolates the magnetic pole position by increasing the position .
前記磁極位置補間手段は、前記パルス信号の立ち上がり/立ち下がりに基づいて磁極位置を補間することを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 A pulse generation circuit that generates a series of pulse signals reflecting changes in the respective magnetic pole position detection signals of the magnetic sensor, and detects the magnetic pole position based on the rise and fall of the pulse signal of the pulse generation circuit; And generating a sinusoidal modulated wave signal based on the magnetic pole position,
The motor control apparatus according to claim 1 , wherein the magnetic pole position interpolating unit interpolates the magnetic pole position based on a rise / fall of the pulse signal.
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