JP6362188B2 - Sensor misalignment learning method for motor speed estimation - Google Patents

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Description

[関連出願の相互参照] 本願は、2016年2月29日に出願された米国仮特許出願第62/301,566号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。   CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application claims the benefit of US Provisional Patent Application No. 62 / 301,566, filed February 29, 2016, which is hereby incorporated by reference in its entirety.

本開示は、モータ速度の推定に関する。ブラシレス直流(BLDC)モータ及び電気モータは概して、いくつかのカスケード接続された閉ループコントローラを用いて、多くの場合制御される。それらのループのうちの1つは、モータ速度を制御し、且つ、速度設定値を電気モータの実際の速度と比較する。電気モータの実際の速度は直接的に測定されないので、電気モータの実際の速度は、モータ位置のような情報を利用して推定され得る。本明細書で開示されている主題は、ホール効果センサの情報から電気モータ速度を推定し、ホール効果センサ部分、及び、環状磁石の不規則性におけるミスアライメントを考慮する方法を説明する。   The present disclosure relates to motor speed estimation. Brushless direct current (BLDC) motors and electric motors are generally controlled, often using several cascaded closed loop controllers. One of those loops controls the motor speed and compares the speed setpoint with the actual speed of the electric motor. Since the actual speed of the electric motor is not directly measured, the actual speed of the electric motor can be estimated using information such as motor position. The subject matter disclosed herein describes a method for estimating electric motor speed from Hall effect sensor information and taking into account misalignment in Hall effect sensor portions and ring magnet irregularities.

従来のBLDCモータは、典型的には、巻線をその上に持ち電磁極を有するステータと、永久磁石の磁極の対を生み出す永久磁石を備えるロータとを含む。ステータ及びロータは、電流がステータ巻線内を流れる場合に、磁気的に相互作用する。ステータ巻線のそれぞれを流れる電流の相転流は、適切なときに実行され、連続的に回転する磁界を形成する。それは、ロータ位置が、正しく認識される場合に達成され得る。   Conventional BLDC motors typically include a stator with windings thereon and electromagnetic poles, and a rotor with permanent magnets that produce pairs of permanent magnet poles. The stator and rotor interact magnetically when current flows through the stator windings. The phase commutation of the current flowing through each of the stator windings is performed at the appropriate time to form a continuously rotating magnetic field. It can be achieved if the rotor position is recognized correctly.

BLDCモータは、最も一般には、ホール効果センサがモータに埋め込まれた3相構造を利用し、それぞれの相に関して転流位置を規定する。従来の3相BLDCモータは、複数の磁極を有するロータを含み、典型的には2つから8つの対の磁極を含む。図1に示されているように、3相BLDCモータは、転流の6つの状態を有する(本明細書において、ホール状態とも称される)。転流シーケンスにおける6つの状態全てが実行されている場合に、シーケンスは、回転を続けるべく繰り返される。環状磁石の磁極の対の数は、機械的回転毎の電気的回転の数を決定する。例えば、2つの対の磁極を持つロータを有するBLDCは、モータを1回スピンさせるべく2回の電気的回転を必要とする。換言すると、2回の電気的回転が、1回の機械的回転を生成する。   BLDC motors most commonly utilize a three-phase structure in which Hall effect sensors are embedded in the motor and define the commutation position for each phase. A conventional three-phase BLDC motor includes a rotor having a plurality of magnetic poles, and typically includes two to eight pairs of magnetic poles. As shown in FIG. 1, a three-phase BLDC motor has six states of commutation (also referred to herein as a Hall state). If all six states in the commutation sequence have been executed, the sequence is repeated to continue the rotation. The number of pairs of magnetic poles in the annular magnet determines the number of electrical rotations per mechanical rotation. For example, a BLDC having a rotor with two pairs of magnetic poles requires two electrical rotations to spin the motor once. In other words, two electrical rotations generate one mechanical rotation.

BLDCモータにおけるホール効果センサは、典型的には、ロータの環状磁石の極位置の感知に用いられ、ホール効果センサ信号の変化に基づいて、モータを転流する。換言すると、ホール効果センサは、ステータ巻線において電流を制御するべく利用され、それにより、BLDCモータのトルクを制御する。ホール効果センサは、コスト効率の良い位置センサであるという理由で利用される。   Hall effect sensors in BLDC motors are typically used to sense the pole position of the rotor's annular magnet and commutate the motor based on changes in Hall effect sensor signals. In other words, the Hall effect sensor is used to control the current in the stator winding, thereby controlling the torque of the BLDC motor. Hall effect sensors are used because they are cost-effective position sensors.

従来のBLDCモータは、モータの非駆動端においてステータ内に埋め込まれる3つのホール効果センサを有する。ロータの磁極がホール効果センサの近傍を通る場合に、ホール効果センサは、N磁極又はS磁極がホール効果センサの近傍を通ることを示す高信号又は低信号(すなわち、パルス)をもたらす。3つのホール効果センサの組み合わせに基づいて、転流の正確なシーケンスが決定され得る。ホール状態は、1又は複数のホール効果センサに対するロータの所定の位置によって、又は、ロータの所定の位置の連続的なセットによって定義される。   A conventional BLDC motor has three Hall effect sensors embedded in the stator at the non-drive end of the motor. When the rotor pole passes near the Hall effect sensor, the Hall effect sensor provides a high or low signal (ie, pulse) indicating that the N or S pole passes near the Hall effect sensor. Based on the combination of the three Hall effect sensors, the exact sequence of commutation can be determined. The Hall state is defined by a predetermined position of the rotor relative to one or more Hall effect sensors or by a continuous set of predetermined positions of the rotor.

典型的なBLDCモータの動作において、BLDCモータの3相のうちの2つが、電流を導通し、一方で第3の相は、モータが回転するべくゼロ電流(すなわち、無効な相)を有する。従来の3相BLDCモータは、ホール効果センサを用いる。それぞれのホール状態は、3相のうちのどの2つが有効(すなわち、無効ではない)であるかを示す。ホール状態は、ロータの位相と電圧が加えられる必要がある方向との1対1の関係を生み出すべく用いられ得る。ここで6つの可能なホールの位相の組み合わせがあり、これが、ちょうど1回の電気的回転をカバーする。従って、3相ホール効果センサを用いた位置分解能は、電気的回転のうちの6分の1に限定される。   In typical BLDC motor operation, two of the three phases of the BLDC motor conduct current while the third phase has zero current (ie, an invalid phase) for the motor to rotate. A conventional three-phase BLDC motor uses a Hall effect sensor. Each Hall state indicates which two of the three phases are valid (ie not invalid). The Hall state can be used to create a one-to-one relationship between the rotor phase and the direction in which voltage needs to be applied. Here are six possible hole phase combinations, which cover exactly one electrical rotation. Therefore, the position resolution using the three-phase Hall effect sensor is limited to 1/6 of the electrical rotation.

モータ速度を推定する従来の方法は、完全なホール効果パルスに基づいており、ホール効果信号の上昇端上でトリガする段階、及び、対応する機械的度数を最後のホール周期(すなわち、第1のパルスと第2のパルスとの間の周期)の持続時間で除算する段階を含む。しかしながら、図4で示されているように、従来の方法で集められた情報は、モータの完全な電気的回転の1回分遅延する。従って、異なる方法を通じて、速度推定をより速い応答で取得することが望まれる。   Conventional methods for estimating motor speed are based on complete Hall effect pulses, triggering on the rising edge of the Hall effect signal, and the corresponding mechanical power at the last Hall period (ie, the first Hall cycle). Dividing by the duration of the period between the pulse and the second pulse. However, as shown in FIG. 4, the information collected in the conventional manner is delayed by one full electrical rotation of the motor. Therefore, it is desirable to obtain the velocity estimate with a faster response through different methods.

図4に示されているように、本明細書において説明される方法は、個々のホール状態の持続時間に着目することによって、モータ速度をより速い応答で推定する。この速度を推定する技法は、推定されるモータ速度により多くのノイズをもたらし得る。従って、本方法は、モータの特性を学習することによって、推定されるモータ速度におけるノイズの影響を減少させる。本方法は、従来の平均的な方法によって生成される更なる遅延をもたらすことなく、BLDCモータ速度の推定においてノイズを減少させる。   As shown in FIG. 4, the method described herein estimates the motor speed with a faster response by focusing on the duration of individual Hall states. This technique of estimating speed can introduce more noise into the estimated motor speed. Thus, the method reduces the effects of noise on the estimated motor speed by learning the motor characteristics. The method reduces noise in the BLDC motor speed estimation without introducing the additional delay produced by the conventional average method.

本開示は、電気モータ速度を推定する方法を提供する。方法は、電気モータのシーケンスサイクルが生じたかどうかを決定する。方法は、それぞれのホール状態に関する補正係数を算出する。電気モータのシーケンスサイクルが生じた場合、方法は、シーケンスサイクルの補正係数のセットに関する更新品質係数も算出する。加えて、方法は、更新品質係数を利用して補正係数を更新する。方法は、更新された補正係数で、電気モータの速度信号を更新する。   The present disclosure provides a method for estimating electric motor speed. The method determines whether an electric motor sequence cycle has occurred. The method calculates a correction factor for each hole state. If an electric motor sequence cycle occurs, the method also calculates an updated quality factor for the set of sequence cycle correction factors. In addition, the method updates the correction factor using the updated quality factor. The method updates the speed signal of the electric motor with the updated correction factor.

添付の図面は、明細書の一部として、本明細書に組み込まれる。本明細書において説明されている図面は、ここで開示されている主題の実施形態を示し、本開示の選択された原則及び教示の例示である。しかしながら、図面は、ここで開示されている主題の可能な実装の全てを示してはおらず、本開示の範囲を何ら限定することを意図しない。   The accompanying drawings are incorporated herein as part of the specification. The drawings described herein illustrate embodiments of the presently disclosed subject matter and are illustrative of selected principles and teachings of the present disclosure. However, the drawings are not intended to illustrate all possible implementations of the presently disclosed subject matter and are not intended to limit the scope of the present disclosure in any way.

ここで開示されている主題の実施形態に係る、1回の電気的回転の間のホール効果信号の概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram of a Hall effect signal during a single electrical rotation, in accordance with an embodiment of the presently disclosed subject matter.

ここで開示されている主題の実施形態に係る、速度信号における可能性のあるノイズの発生源としてのホール効果センサのミスアライメントのグラフィック図である。FIG. 6 is a graphic illustration of a Hall effect sensor misalignment as a possible source of noise in a velocity signal, in accordance with an embodiment of the presently disclosed subject matter.

ここで開示されている主題の実施形態に係る、速度信号における可能性のあるノイズの発生源としての環状磁石の不規則性のグラフィック図である。FIG. 6 is a graphic illustration of an irregularity of an annular magnet as a possible source of noise in a velocity signal, in accordance with an embodiment of the presently disclosed subject matter.

ホール効果センサのモータ速度の推定の従来の方法を利用する時間遅延結果のグラフィック図であって、ここで開示されている主題の実施形態に係る、モータ速度の推定のためのホール効果センサのミスアライメント学習の方法と比較される。FIG. 3 is a graphical illustration of a time delay result utilizing a conventional method of estimating a motor speed of a Hall effect sensor, wherein the Hall effect sensor error for motor speed estimation is in accordance with an embodiment of the presently disclosed subject matter. Compared with the alignment learning method.

ホール効果センサのモータ速度の推定の従来の方法を利用する周波数領域結果のグラフィック図であって、ここで開示されている主題のモータ速度の推定のためのホール効果センサのミスアライメント学習の本方法と比較される。FIG. 5 is a graphical diagram of frequency domain results utilizing a conventional method of estimating the motor speed of a Hall effect sensor, and the present method of misalignment learning of the Hall effect sensor for estimation of the subject motor speed disclosed herein. Compared with

モータ速度の推定のためのホール効果センサのミスアライメント学習の方法の第2の実装を利用する速度信号のノイズ削減結果のグラフィック図であって、未補正の結果、ホール効果センサのミスアライメントを補正した結果、並びに、ホール効果センサのミスアライメント及び環状磁石の不規則性を補正した結果を比較している。FIG. 4 is a graphical diagram of the speed signal noise reduction result using the second implementation of Hall effect sensor misalignment learning method for motor speed estimation, uncorrected results corrected Hall effect sensor misalignment The result of correcting the misalignment of the Hall effect sensor and the irregularity of the annular magnet is compared.

ここで開示されている主題の実施形態に係る、ホール効果センサのモータ速度の推定の方法を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a method for estimating a motor speed of a Hall effect sensor, according to an embodiment of the presently disclosed subject matter.

ここで開示されている主題の別の実施形態に係る、ホール効果センサのモータ速度の推定の方法を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a method for estimating a motor speed of a Hall effect sensor according to another embodiment of the presently disclosed subject matter.

本発明は、明示的にそうでないと特定されている場合を除き、様々な代替的な適応及びステップのシーケンスを想定してよいことが理解されるべきである。添付の図面に示され、以下の明細書において説明されている特定の装置、アセンブリ、システム、及び工程は、本明細書で定義される発明の概念の単なる例示的な実施形態であることも、理解されるべきである。従って、開示されている実施形態に関する特定の寸法、方向、又は他の物理的な特性は、明示的にそうでないと述べられていない限り、限定的なものと見なされるべきではない。また、そうでない場合もあるが、本明細書で説明されている様々な実施形態における同様の要素は、本願のこのセクション内における同様の参照番号で一般に称され得る。   It is to be understood that the invention may assume various alternative adaptations and sequences of steps, unless explicitly specified otherwise. Certain devices, assemblies, systems, and processes illustrated in the accompanying drawings and described in the following specification are merely exemplary embodiments of the inventive concepts defined herein, Should be understood. Thus, specific dimensions, orientations, or other physical characteristics related to the disclosed embodiments should not be considered limiting unless explicitly stated otherwise. Also, although not so, like elements in the various embodiments described herein may be generally referred to by like reference numbers within this section of the application.

BLDCモータは、自動車、航空宇宙、消費財、医療、工業用自動化設備、計装アプリケーションを含む多くの産業にわたる用途において利用されている。本明細書で開示されている主題は、全輪駆動車の接続/遮断システムの動作において利用され得る。しかしながら、当業者は、本明細書で開示されている主題が、電気モータ及びホール効果センサを利用するあらゆる用途に適用され得ることを認識するであろう。   BLDC motors are used in many industrial applications including automotive, aerospace, consumer goods, medical, industrial automation equipment and instrumentation applications. The subject matter disclosed herein may be utilized in the operation of an all-wheel drive vehicle connect / disconnect system. However, those skilled in the art will recognize that the subject matter disclosed herein can be applied to any application that utilizes an electric motor and a Hall effect sensor.

実施形態において、本方法200、300は、複数のホール効果センサのうちのいずれか1つが状態を変化させる場合に、BLDCモータ速度の信号を更新する。図2及び図3に示されているように、本方法200、300を利用することは、ホール効果センサオフセット及び環状磁石の不規則性によって生み出される信号においてノイズを生成し得る。従って、信号においてノイズの影響を最小化するべく、方法200、300は、個別のホール状態の期間をシーケンスサイクル全体の期間と比較する。シーケンスサイクル全体は、方法200においてのように、ホール効果センサのオフセット補正を実行する場合には電気的回転であり、方法300においてのように、環状磁石の不規則性の補正を実行する場合には機械的回転である。方法の第1ステップ204、304は、シーケンスサイクル全体が生じたかどうかを決定する。204A、304Aにおいて、シーケンスサイクル全体が生じていないと決定される場合、方法200、300は、(図内で説明される)第5ステップ212、312において、先のシーケンスサイクル全体において算出された補正係数を利用して電気モータ速度を算出する。204B、304Bにおいて、シーケンスサイクル全体が生じたと決定される場合、方法200、300は、図内で説明される第2ステップ206、306に続く。方法200、300は、反復過程であり得、方法は、モータ速度が第5ステップ212、312において算出された後に、第1ステップ204、304で再開される。   In an embodiment, the present methods 200, 300 update the BLDC motor speed signal when any one of a plurality of Hall effect sensors changes state. As shown in FIGS. 2 and 3, utilizing the method 200, 300 may generate noise in the signal produced by Hall effect sensor offsets and ring magnet irregularities. Thus, in order to minimize the effects of noise in the signal, the methods 200, 300 compare the duration of the individual Hall states with the duration of the entire sequence cycle. The entire sequence cycle is an electrical rotation when performing Hall effect sensor offset correction, as in Method 200, and when performing an annular magnet irregularity correction, as in Method 300. Is mechanical rotation. The first step 204, 304 of the method determines whether the entire sequence cycle has occurred. If it is determined at 204A, 304A that the entire sequence cycle has not occurred, the methods 200, 300 are corrected at the fifth step 212, 312 (illustrated in the figure) calculated over the previous sequence cycle. The electric motor speed is calculated using the coefficient. If it is determined at 204B, 304B that the entire sequence cycle has occurred, the method 200, 300 continues to the second step 206, 306 described in the figure. The methods 200, 300 may be an iterative process, and the method resumes at the first step 204, 304 after the motor speed is calculated at the fifth step 212, 312.

図7及び図8に示されているように、方法200、300の第2ステップ206、306は、新たな補正係数を算出する段階を含む。方法200においてのようなホール効果センサのオフセット補正の場合(図7参照)、それぞれのホール状態に関して1つの補正係数がある。3つのホール効果センサの組み合わせがある例において、n=6の補正係数がある。方法300において、3つのホール効果センサの組み合わせを有する例において、環状磁石の不規則性も、補正される(図8を参照)。方法300において、n=6*pの補正係数があり、ここで、pは、環状磁石上の磁極の数である。ここで図1を参照すると、1つの対の磁極(すなわち2つの磁極)を有する環状磁石100が、6つのホール状態のそれぞれにおいて図示され、それぞれのホール状態の変化は、点102、104、106、108、110、112で示される。   As shown in FIGS. 7 and 8, the second step 206, 306 of the method 200, 300 includes calculating a new correction factor. In the case of Hall effect sensor offset correction as in method 200 (see FIG. 7), there is one correction factor for each Hall state. In an example where there are three Hall effect sensor combinations, there are n = 6 correction factors. In the method 300, in the example with a combination of three Hall effect sensors, the irregularities of the annular magnet are also corrected (see FIG. 8). In method 300, there is a correction factor of n = 6 * p, where p is the number of magnetic poles on the annular magnet. Referring now to FIG. 1, an annular magnet 100 having a pair of magnetic poles (ie, two magnetic poles) is illustrated in each of the six hole states, and the change in each hole state is represented by points 102, 104, 106. , 108, 110, 112.

図6及び図7に示されているように、ここで、ホール効果センサのオフセット補正を対象とする方法200を参照する。最初のホール状態に関わらず、完全な電気的回転が生じた場合に、モータの方向が完全な電気的回転の間変化しないように、新たな補正係数が算出され得る。BLDCモータが一方向における電気的回転を完了するように、ホール状態が同じ方向に進むような態様で(例えば、|123456|123456|)BLDCモータが動いている場合、方法は、新たな補正係数を算出するために進む。換言すると、方法は、先の電気的回転が、最初のホール状態に関わらず、単一の方向に動いていた場合に、ホール状態の変化102、104、106、108、110、112のそれぞれの後で、新たな補正係数を算出する第2ステップ206、306に進む。例えば、以下のシーケンスは、一方向における完全な電気的回転(すなわち、6つのホール状態)を図示し、最初のホール状態が無関係であることを示す。単一の方向において動いている1回の電気的回転における6つのホール状態は、下線で示されている。
1|234561|23456;12|345612|3456;123|456123|456等。BLDCモータ速度は、ホール状態の変化102、104、106、108、110、112のそれぞれの後で算出される。しかしながら、第2ステップ206、306で説明されるホール状態に関する補正係数は、BLDCモータが、最後の完全なシーケンスサイクルにおいて単一の方向に動いていた場合のみ更新され得る。
Reference is now made to a method 200 directed to offset correction of a Hall effect sensor, as shown in FIGS. Regardless of the initial Hall condition, a new correction factor can be calculated so that if a full electrical rotation occurs, the motor direction does not change during the full electrical rotation. If the BLDC motor is moving in such a way that the Hall condition proceeds in the same direction (eg, | 123456 | 123456 |) so that the BLDC motor completes electrical rotation in one direction, Proceed to calculate In other words, the method is that each of the change in hole state 102, 104, 106, 108, 110, 112 when the previous electrical rotation was moving in a single direction regardless of the initial hole state. Later, the process proceeds to second steps 206 and 306 for calculating a new correction coefficient. For example, the following sequence illustrates a complete electrical rotation in one direction (ie, 6 hole states), indicating that the initial hole state is irrelevant. The six hole states in a single electrical rotation moving in a single direction are underlined.
1 | 234456 | 23456; 12 | 345612 | 3456; 123 | 456123 | 456 etc. The BLDC motor speed is calculated after each Hall state change 102, 104, 106, 108, 110, 112. However, the correction factor for the hall condition described in the second steps 206, 306 can only be updated if the BLDC motor was moving in a single direction in the last complete sequence cycle.

tに関して上に説明されているように、シーケンスサイクル全体が生じていない場合、以下に説明される方法200、300の第3ステップ208、308及び第4ステップ210、310は省略され、方法200、300は、先のシーケンスサイクルの補正ベクトルを利用してモータ速度を算出する(第5ステップ212、312を参照)。   As described above with respect to t, if the entire sequence cycle has not occurred, the third step 208, 308 and the fourth step 210, 310 of the method 200, 300 described below are omitted, and the method 200, 300 calculates the motor speed using the correction vector of the previous sequence cycle (see the fifth steps 212 and 312).

それぞれのホール状態iに関する補正係数cは、

Figure 0006362188
を利用して算出され得る。 The correction coefficient c i for each hole state i is
Figure 0006362188
Can be calculated using.

ここで、nは補正係数の数、tは、1つのホール状態において費やされる時間、tcycleは、シーケンスサイクル全体において費やされる時間である。ホール効果センサの補正のみの場合、3つのホール効果センサオフセット及び6つの補正係数がある。結果として生じる補正係数は、物理的なホール効果センサのオフセットを直接的に記述しない。物理的なホール効果センサのオフセットは、補正係数から導き出されてよいが、ホール効果センサオフセットの導出は、本明細書において更には説明されていない。しかしながら、図内で説明されるように、補正係数と物理的なホール効果センサのオフセットとの間の関係性は、シーケンスサイクル全体からの新たな補正係数のセットの品質を評価するべく利用され得る。 Here, n is the number of correction coefficients, t i is the time spent in one hole state, and t cycle is the time spent in the entire sequence cycle. For Hall effect sensor correction only, there are three Hall effect sensor offsets and six correction factors. The resulting correction factor does not directly describe the physical Hall effect sensor offset. Although the physical Hall effect sensor offset may be derived from the correction factor, the derivation of the Hall effect sensor offset is not further described herein. However, as illustrated in the figure, the relationship between the correction factor and the physical Hall effect sensor offset can be used to evaluate the quality of a new set of correction factors from the entire sequence cycle. .

方法200、300の第3ステップ208、308は、シーケンスサイクル全体からの補正係数の現在のセットの品質を決定するべく更新品質係数を算出する段階、及び、0と1との間の値において品質に関する情報を取り込む段階を含む。現在の補正係数の品質は、当該補正係数が算出されたシーケンスサイクル全体の間の加速度効果に部分的に依存する。従って、速さが略一定に保たれる場合、方法は、ホール効果センサオフセット及び環状磁石の不規則性の正確な推定を取得し、速さが増加する場合、加速度効果が、ホール効果センサオフセット及び環状磁石の不規則性の推定を歪める。電気的回転は、機械的回転より短いので、ホール効果センサの補正の間に好適な条件を取得する可能性は、環状磁石の不規則性の補正の間に好適な条件を取得する可能性より高い。   The third step 208, 308 of the method 200, 300 involves calculating an update quality factor to determine the quality of the current set of correction factors from the entire sequence cycle, and quality at a value between 0 and 1 Including the step of capturing information about. The quality of the current correction factor depends in part on the acceleration effect during the entire sequence cycle in which the correction factor was calculated. Thus, if the speed is kept approximately constant, the method obtains an accurate estimate of the Hall effect sensor offset and the irregularity of the annular magnet, and if the speed increases, the acceleration effect becomes the Hall effect sensor offset. And distort the estimation of the irregularity of the annular magnet. The electrical rotation is shorter than the mechanical rotation, so the possibility of obtaining a favorable condition during correction of the Hall effect sensor is more than the possibility of obtaining a favorable condition during correction of the irregularity of the annular magnet. high.

ホール効果センサの補正係数の現在のセットに関する品質係数を算出するための手順は、以下の3つの手順を含むが、これらに限定されなない。第1の手順は、取得された補正ベクトル(すなわち、シーケンスサイクルに関する補正係数のセット)が物理的に実行可能であるかどうかを、取得された補正ベクトルをホール効果センサ位置の物理的な制約と比較することによって確認する段階を含む。第1の手順において、BLDCモータの加速度は、それらの所定の位置とは異なるホール効果センサ位置を示すホール効果センサ信号を提供する。例えば、ホール効果センサのうちの1つが、特定の係数によってオフセットされた場合、完全な電気的回転の6つのホール状態に対する影響は、以下の形式をとる。
[1+ε,1,1−ε,1+ε,1,1−ε]
Procedures for calculating the quality factor for the current set of Hall effect sensor correction factors include, but are not limited to, the following three procedures. The first procedure is to determine whether the acquired correction vector (ie, the set of correction coefficients for the sequence cycle) is physically feasible, and use the acquired correction vector as a physical constraint on the Hall effect sensor position. Confirming by comparing. In the first procedure, the accelerations of the BLDC motors provide Hall effect sensor signals that indicate Hall effect sensor positions that are different from their predetermined positions. For example, if one of the Hall effect sensors is offset by a certain factor, the effect of full electrical rotation on the six Hall states takes the following form:
[1 + ε, 1,1-ε, 1 + ε, 1,1-ε]

第2の手順は、モータのデューティ比のような外部信号を用いる段階であって、実際のBLDCモータ速度を決定し、且つ加速度を検出するための二次的な情報源を提供する段階を含む。モータの転流の間、デューティ比は、転流相における電圧を制御する。0%のデューティ比は、3相インバータスイッチが常に閉じていることを示し、100%のデューティ比は、3相インバータスイッチが常に開いていることを示す。0%から100%の間でデューティ比を設定することは、電気モータの転流相が、パルス幅変調信号を用いて、ゼロと最大電圧との間の所望の電圧に制御されることを意味する。   The second procedure involves using an external signal, such as the motor duty ratio, to determine the actual BLDC motor speed and to provide a secondary source for detecting acceleration. . During motor commutation, the duty ratio controls the voltage in the commutation phase. A duty ratio of 0% indicates that the three-phase inverter switch is always closed, and a duty ratio of 100% indicates that the three-phase inverter switch is always open. Setting the duty ratio between 0% and 100% means that the commutation phase of the electric motor is controlled to a desired voltage between zero and maximum voltage using a pulse width modulation signal. To do.

ホール効果センサの補正係数に関する品質係数を取得する第3の手順は、補正係数自体を用いて加速度の傾向を検出する段階を含む。前の補正係数の全てが、明らかに増加又は減少している場合、BLDCモータは加速した。それぞれの手順において、加速度レベルがより高いと、その更新の品質係数がより低くなる。0と1との間の所定の値は、BLDCモータの加速度の範囲に割り当てられる。   A third procedure for obtaining a quality factor related to the correction factor of the Hall effect sensor includes detecting a tendency of acceleration using the correction factor itself. If all of the previous correction factors were clearly increased or decreased, the BLDC motor was accelerated. In each procedure, the higher the acceleration level, the lower the quality factor of the update. A predetermined value between 0 and 1 is assigned to the acceleration range of the BLDC motor.

方法200、300の第4ステップ210、310は、方法200、300の第3ステップ208、308で算出される品質係数を利用して補正係数を更新する段階を含む。補正係数のベクトルは、以下のような品質係数を利用して更新され得る。

Figure 0006362188
The fourth step 210, 310 of the method 200, 300 includes updating the correction factor using the quality factor calculated in the third step 208, 308 of the method 200, 300. The correction coefficient vector may be updated using a quality factor as follows.
Figure 0006362188

ここで、cupdatedは、更新された補正ベクトル、cnewは、新たな補正ベクトル、wnewは、品質係数、coldは、最後のシーケンスサイクルから先に算出された補正ベクトル、wtotalは、先の品質係数の和、である。第4ステップ210、310において、補正係数は、忘却係数の形式を組み込むことを含むがこれに限定されない、他の方法を利用して更新され得る。 Where c updated is the updated correction vector, c new is the new correction vector, w new is the quality factor, c old is the correction vector previously calculated from the last sequence cycle, and w total is The sum of the previous quality factors. In the fourth step 210, 310, the correction factor may be updated utilizing other methods, including but not limited to incorporating a form of forgetting factor.

方法200、300の第5ステップ212、312は、以下のような更新された補正係数を利用してBLDCモータ速度を算出する段階を含む。

Figure 0006362188
The fifth steps 212, 312 of the methods 200, 300 include calculating the BLDC motor speed using the updated correction factor as follows.
Figure 0006362188

ここで、

Figure 0006362188
は、1秒あたりの度(度/秒)のモータ速度、cは、先のホール状態に関する補正係数、αは、ホール状態毎の機械的度数、tprevは、先のホール状態において費やされる時間、である。方法200、300は、最低モータ速度の実装のため、方向反転の場合のtprevの外れ値の確認のため、及び/又は、現在のタイマと比較して予測的な手法で減速を検出するため、の更なるステップも含み得る。例えば、第1のホール状態において費やされる時間が1msで、且つ、モータが、現在第2のホール状態である場合、方法200、300は、第1のホール状態においてモータが費やした時間を利用して、通常、モータ速度を算出する。しかしながら、第2のホール状態において費やされる時間が、第1のホール状態の持続時間(すなわち、この例においては1ms)より長いことが明らかで、且つ、モータが、まだ第3のホール状態ではない場合、方法200、300は、第2のホール状態を利用してモータ速度を算出し得る。それは、電気モータ速度が減少していることが明らかであるからである。 here,
Figure 0006362188
Is the motor speed in degrees per second (degrees / second), c i is the correction factor for the previous hole state, α is the mechanical power for each hole state, and t prev is spent in the previous hole state Time. The methods 200, 300 are for implementing a minimum motor speed, for checking outliers in t prev in case of direction reversal, and / or for detecting deceleration in a predictive manner compared to the current timer. , Further steps may be included. For example, if the time spent in the first hall state is 1 ms and the motor is currently in the second hall state, the methods 200 and 300 use the time spent by the motor in the first hall state. Normally, the motor speed is calculated. However, it is clear that the time spent in the second Hall state is longer than the duration of the first Hall state (ie 1 ms in this example) and the motor is not yet in the third Hall state. If so, the methods 200, 300 may use the second Hall state to calculate the motor speed. This is because it is clear that the electric motor speed is decreasing.

方法200、300は、複数の手法で実施され得る。第1の実施形態において、方法200、300は、エンドオブラインテストにおいてのような制御された条件下で実施され、個々のBLDCモータの特性をマッピングする。この実装は、ホール効果センサのミスアライメント及び環状磁石の不規則性が、モータの寿命にわたって変化しないことを前提とする。しかしながら、環状磁石補正の場合、モータは、モータが初期化される度に、環状磁石の位置を再度学習する。   Methods 200, 300 may be implemented in a number of ways. In the first embodiment, the methods 200, 300 are performed under controlled conditions, such as in end-of-line testing, to map individual BLDC motor characteristics. This implementation assumes that Hall effect sensor misalignment and annular magnet irregularities do not change over the life of the motor. However, in the case of annular magnet correction, the motor learns the position of the annular magnet again each time the motor is initialized.

第2の実施形態において、方法200、300は、それと関連したシステム(例えば、自動車)の動作の間にオンラインで実施される。この第2の実装は、モータ内のアライメントがモータの寿命にわたって変化し得る厳しい環境下で価値を提供し得る。   In a second embodiment, the methods 200, 300 are performed online during operation of the associated system (eg, an automobile). This second implementation can provide value in harsh environments where the alignment within the motor can change over the life of the motor.

ここで開示されている主題の様々な実施形態が上述された一方で、それらは、例示を目的として提示されており、限定するものではないことが理解されるべきである。開示されている主題は、その趣旨又は本質的な特性から逸脱することなく、他の特定の形式で具現化され得ることが、当業者に対して明らかであろう。上述された実施形態は、従って、すべでの点において例示的であり、限定的ではないと見なされる。
本発明の第1の態様として、電気モータ速度を推定する方法であって、それと結合される少なくとも1つのホール効果センサを有するステータ、及び、少なくとも1つの磁極の対を有するロータを含む電気モータを設ける段階と、前記電気モータのそれぞれのホール状態に関する補正係数を算出する段階と、前記電気モータのシーケンスサイクルが生じたかどうかを決定する段階と、前記電気モータが前記シーケンスサイクルを経たときの、更新品質係数を算出する段階と、シーケンス全体が生じたときの、前記更新品質係数を利用して前記補正係数を更新する段階と、前記補正係数を利用して前記電気モータの速度信号を算出する段階と、を備える方法が提供される。
本発明の第2の態様として、第2のシーケンスサイクルが生じていないときの、先のシーケンスサイクルからの補正ベクトルを利用して前記電気モータ速度を算出する段階を更に備える、上記第1の態様に記載の電気モータ速度を推定する方法が提供される。
本発明の第3の態様として、前記シーケンスサイクルは、1回の電気的回転である、上記第1又は2の態様に記載の電気モータ速度を推定する方法が提供される。
本発明の第4の態様として、前記ホール状態のうちの1つに関する補正係数を算出する段階は、前記シーケンスサイクルにおけるホール状態の数を決定する段階と、それぞれの前記ホール状態の持続時間を決定する段階と、前記シーケンスサイクルの持続時間を決定する段階と、前記シーケンスサイクルにおける前記ホール状態の数を前記ホール状態のうちの1つの前記持続時間で乗算し、第1の積を生成する、段階と、前記第1の積を前記シーケンスサイクルの前記持続時間で除算する段階と、を含む、上記第1から3のいずれか一つの態様に記載の電気モータ速度を推定する方法が提供される。
本発明の第5の態様として、更新品質係数を算出する段階は、前記シーケンスサイクルの前記補正係数を前記少なくとも1つのホール効果センサの物理的な制約と比較し、前記補正係数の精度を決定する、段階と、前記精度から値を決定する段階と、を含む、上記第1から4のいずれか一つの態様に記載の電気モータ速度を推定する方法が提供される。
本発明の第6の態様として、更新品質係数を算出する段階は、前記電気モータのデューティ比から前記電気モータの速度を決定する段階と、前記デューティ比から前記電気モータの加速度を決定する段階と、前記電気モータの加速度から値を決定する段階と、を含む、上記第1から4のいずれか一つの態様に記載の電気モータ速度を推定する方法が提供される。
本発明の第7の態様として、更新品質係数を算出する段階は、前記シーケンスサイクルのそれぞれの前記補正係数を比較し、前記電気モータの加速度を決定する、段階と、前記電気モータの加速度から値を決定する段階と、を含む、上記第1から4のいずれか一つの態様に記載の電気モータ速度を推定する方法が提供される。
本発明の第8の態様として、前記更新品質係数を利用して前記補正係数を更新する段階は、新たな補正ベクトルを新たな更新品質係数で乗算し、第1の積を生成する、段階と、先に算出された補正ベクトルを前記更新品質係数の和で乗算し、第2の積を生成する、段階と、前記第1の積を前記第2の積に加算し、第1の和を生成する、段階と、前記新たな更新品質係数を前記更新品質係数の前記和に加算し、第2の和を生成する、段階と、前記第1の和を前記第2の和で除算する段階と、を含む、上記第1から7のいずれか一つの態様に記載の電気モータ速度を推定する方法が提供される。
本発明の第9の態様として、前記更新された補正係数を利用して前記電気モータの速度信号を算出する段階は、前記補正係数のうちの1つを、前記補正係数に関連する前記ホール状態の間に前記ロータによって移動された機械的度数で乗算し、第1の積を生成する、段階と、前記第1の積を前記ホール状態より先のホール状態の持続時間で除算する段階と、を含む、上記第1から8のいずれか一つの態様に記載の電気モータ速度を推定する方法が提供される。
本発明の第10の態様として、前記シーケンスサイクルは、1回の機械的回転である、上記第1から9のいずれか一つの態様に記載の電気モータ速度を推定する方法が提供される。
本発明の第11の態様として、前記電気モータは、カスケード接続された閉ループコントローラによって制御される、上記第1から10のいずれか一つの態様に記載の電気モータ速度を推定する方法が提供される。
本発明の第12の態様として、前記補正係数を更新する段階は、忘却係数を組み込む段階を備える、上記第1から11のいずれか一つの態様に記載の電気モータ速度を推定する方法が提供される。
本発明の第13の態様として、エンドオブラインテストの間に、前記電気モータの特性をマッピングする段階を更に備える、上記第1から12のいずれか一つの態様に記載の電気モータ速度を推定する方法が提供される。
本発明の第14の態様として、前記電気モータは、自動車の全輪駆動遮断装置に結合される、上記第1から13のいずれか一つの態様に記載の電気モータ速度を推定する方法が提供される。
While various embodiments of the disclosed subject matter have been described above, it should be understood that they have been presented for purposes of illustration and not limitation. It will be apparent to those skilled in the art that the disclosed subject matter can be embodied in other specific forms without departing from its spirit or essential characteristics. The embodiments described above are thus considered in all respects as illustrative and not restrictive.
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for estimating electric motor speed, comprising: a stator having at least one Hall effect sensor coupled thereto; and a rotor having at least one pair of magnetic poles. Providing a step, calculating a correction factor for each Hall condition of the electric motor, determining whether a sequence cycle of the electric motor has occurred, and updating when the electric motor has gone through the sequence cycle Calculating a quality factor, updating the correction factor using the updated quality factor when the entire sequence occurs, and calculating a speed signal of the electric motor using the correction factor And a method comprising:
As a second aspect of the present invention, the first aspect further comprises the step of calculating the electric motor speed using a correction vector from a previous sequence cycle when the second sequence cycle has not occurred. A method for estimating the electric motor speed is provided.
As a third aspect of the present invention, there is provided a method for estimating an electric motor speed according to the first or second aspect, wherein the sequence cycle is one electric rotation.
According to a fourth aspect of the present invention, the step of calculating a correction coefficient for one of the hole states includes determining the number of hole states in the sequence cycle and determining the duration of each of the hole states. Determining a duration of the sequence cycle; multiplying the number of hole states in the sequence cycle by the duration of one of the hole states to generate a first product; And a method of estimating the electric motor speed according to any one of the first to third aspects, comprising: dividing the first product by the duration of the sequence cycle.
As a fifth aspect of the present invention, the step of calculating the update quality factor compares the correction factor of the sequence cycle with a physical constraint of the at least one Hall effect sensor to determine the accuracy of the correction factor. A method for estimating the electric motor speed according to any one of the first to fourth aspects, comprising the steps of: determining a value from the accuracy.
As a sixth aspect of the present invention, the step of calculating the update quality factor includes the steps of determining the speed of the electric motor from the duty ratio of the electric motor, and determining the acceleration of the electric motor from the duty ratio. And determining a value from the acceleration of the electric motor. 5. A method for estimating an electric motor speed according to any one of the first to fourth aspects is provided.
As a seventh aspect of the present invention, the step of calculating the update quality factor compares the correction factor of each of the sequence cycles to determine the acceleration of the electric motor, and the value from the acceleration of the electric motor Determining an electric motor speed according to any one of the first to fourth aspects.
According to an eighth aspect of the present invention, the step of updating the correction factor using the update quality factor includes the step of multiplying a new correction vector by a new update quality factor to generate a first product, Multiplying the previously calculated correction vector by the sum of the updated quality factors to generate a second product, and adding the first product to the second product, Generating, adding the new update quality factor to the sum of the update quality factors to generate a second sum, and dividing the first sum by the second sum The method for estimating the electric motor speed according to any one of the first to seventh aspects is provided.
According to a ninth aspect of the present invention, the step of calculating the speed signal of the electric motor using the updated correction coefficient includes setting one of the correction coefficients to the Hall state associated with the correction coefficient. Multiplying by the mechanical power moved by the rotor during the period to generate a first product, and dividing the first product by the duration of the hole state prior to the hole state; A method for estimating an electric motor speed according to any one of the first to eighth aspects is provided.
As a tenth aspect of the present invention, there is provided a method for estimating an electric motor speed according to any one of the first to ninth aspects, wherein the sequence cycle is one mechanical rotation.
As an eleventh aspect of the present invention, there is provided a method for estimating an electric motor speed according to any one of the first to tenth aspects, wherein the electric motor is controlled by a cascaded closed loop controller. .
As a twelfth aspect of the present invention, there is provided the method of estimating an electric motor speed according to any one of the first to eleventh aspects, wherein the step of updating the correction coefficient includes the step of incorporating a forgetting coefficient. The
As a thirteenth aspect of the present invention, the method for estimating the electric motor speed according to any one of the first to twelfth aspects, further comprising mapping the characteristics of the electric motor during an end-of-line test. Is provided.
As a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a method for estimating an electric motor speed according to any one of the first to thirteenth aspects, wherein the electric motor is coupled to an all-wheel drive cutoff device of an automobile. The

Claims (14)

電気モータ速度を推定する方法であって、
それと結合される少なくとも1つのホール効果センサを有するステータ、及び、少なくとも1つの磁極の対を有するロータを含む電気モータを設ける段階と、
複数のホール状態の期間をシーケンスサイクルの期間と比較することにより、前記電気モータのそれぞれのホール状態に関する補正係数を算出する段階と、
前記電気モータのシーケンスサイクルが生じたかどうかを決定する段階と、
前記電気モータが前記シーケンスサイクルを経たときの、更新品質係数を算出する段階と、
前記シーケンスサイクルの全体が生じたときの、前記更新品質係数を利用して複数の前記補正係数を更新する段階と、
前記複数の補正係数を利用して前記電気モータの速度信号を算出する段階と、を備える方法。
A method for estimating electric motor speed, comprising:
Providing an electric motor including a stator having at least one Hall effect sensor coupled thereto and a rotor having at least one pair of magnetic poles;
Calculating a correction factor for each hall state of the electric motor by comparing a plurality of hall state periods with a sequence cycle period ;
Determining whether a sequence cycle of the electric motor has occurred;
Calculating an updated quality factor when the electric motor has undergone the sequence cycle;
A step of updating a plurality of the correction coefficient by using the quality factor of the update when the entire of the sequence cycle occurs,
Calculating a speed signal of the electric motor using the plurality of correction factors.
第2のシーケンスサイクルが生じていないときの、先のシーケンスサイクルからの補正ベクトルを利用して前記電気モータ速度を算出する段階を更に備える、請求項1に記載の電気モータ速度を推定する方法。   The method of estimating an electric motor speed according to claim 1, further comprising calculating the electric motor speed using a correction vector from a previous sequence cycle when a second sequence cycle has not occurred. 前記シーケンスサイクルは、1回の電気的回転である、請求項1又は2に記載の電気モータ速度を推定する方法。   The method for estimating an electric motor speed according to claim 1, wherein the sequence cycle is one electric rotation. 前記ホール状態のうちの1つに関する補正係数を算出する段階は、
前記シーケンスサイクルにおけるホール状態の数を決定する段階と、
それぞれの前記ホール状態の持続時間を決定する段階と、
前記シーケンスサイクルの持続時間を決定する段階と、
前記シーケンスサイクルにおける前記ホール状態の数を前記ホール状態のうちの1つの前記持続時間で乗算し、第1の積を生成する、段階と、
前記第1の積を前記シーケンスサイクルの前記持続時間で除算する段階と、を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の電気モータ速度を推定する方法。
Calculating a correction factor for one of the hole states;
Determining the number of hole states in the sequence cycle;
Determining the duration of each said hole state;
Determining the duration of the sequence cycle;
Multiplying the number of hole states in the sequence cycle by the duration of one of the hole states to produce a first product;
4. The method of estimating an electric motor speed according to claim 1, comprising dividing the first product by the duration of the sequence cycle. 5.
更新品質係数を算出する段階は、
前記シーケンスサイクルの前記補正係数を前記少なくとも1つのホール効果センサの物理的な制約と比較し、前記補正係数の精度を決定する、段階と、
前記精度から値を決定する段階と、を含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の電気モータ速度を推定する方法。
The stage of calculating the update quality factor is
Comparing the correction factor of the sequence cycle with physical constraints of the at least one Hall effect sensor to determine the accuracy of the correction factor;
The method of estimating an electric motor speed according to claim 1, comprising determining a value from the accuracy.
更新品質係数を算出する段階は、
前記電気モータのデューティ比から前記電気モータの速度を決定する段階と、
前記デューティ比から前記電気モータの加速度を決定する段階と、
前記電気モータの加速度から値を決定する段階と、を含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の電気モータ速度を推定する方法。
The stage of calculating the update quality factor is
Determining a speed of the electric motor from a duty ratio of the electric motor;
Determining an acceleration of the electric motor from the duty ratio;
The method of estimating an electric motor speed according to claim 1, comprising determining a value from an acceleration of the electric motor.
更新品質係数を算出する段階は、
前記シーケンスサイクルのそれぞれの前記補正係数を比較し、前記電気モータの加速度を決定する、段階と、
前記電気モータの加速度から値を決定する段階と、を含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の電気モータ速度を推定する方法。
The stage of calculating the update quality factor is
Comparing the correction factors for each of the sequence cycles to determine the acceleration of the electric motor; and
The method of estimating an electric motor speed according to claim 1, comprising determining a value from an acceleration of the electric motor.
前記更新品質係数を利用して前記補正係数を更新する段階は、
新たな補正ベクトルを新たな更新品質係数で乗算し、第1の積を生成する、段階と、
先に算出された補正ベクトルを前記更新品質係数の和で乗算し、第2の積を生成する、段階と、
前記第1の積を前記第2の積に加算し、第1の和を生成する、段階と、
前記新たな更新品質係数を前記更新品質係数の前記和に加算し、第2の和を生成する、段階と、
前記第1の和を前記第2の和で除算する段階と、を含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の電気モータ速度を推定する方法。
Updating the correction factor using the update quality factor comprises:
Multiplying a new correction vector by a new updated quality factor to produce a first product; and
Multiplying the previously calculated correction vector by the sum of the updated quality factors to generate a second product;
Adding the first product to the second product to generate a first sum; and
Adding the new update quality factor to the sum of the update quality factors to generate a second sum;
Dividing the first sum by the second sum. 8. A method of estimating an electric motor speed according to any one of the preceding claims.
前記更新された補正係数を利用して前記電気モータの速度信号を算出する段階は、
前記補正係数のうちの1つを、前記補正係数に関連する前記ホール状態の間に前記ロータによって移動された機械的度数で乗算し、第1の積を生成する、段階と、
前記第1の積を前記ホール状態より先のホール状態の持続時間で除算する段階と、を含む、請求項1から8のいずれか一項に記載の電気モータ速度を推定する方法。
The step of calculating the speed signal of the electric motor using the updated correction factor includes:
Multiplying one of the correction factors by the mechanical power moved by the rotor during the Hall condition associated with the correction factor to produce a first product;
9. The method of estimating an electric motor speed according to any one of claims 1 to 8, comprising dividing the first product by a duration of a hall state prior to the hall state.
前記シーケンスサイクルは、1回の機械的回転である、請求項1から9のいずれか一項に記載の電気モータ速度を推定する方法。   The method for estimating an electric motor speed according to claim 1, wherein the sequence cycle is one mechanical rotation. 前記電気モータは、カスケード接続された閉ループコントローラによって制御される、請求項1から10のいずれか一項に記載の電気モータ速度を推定する方法。   11. A method for estimating electric motor speed according to any one of the preceding claims, wherein the electric motor is controlled by a cascaded closed loop controller. 前記補正係数を更新する段階は、忘却係数を組み込む段階を備える、請求項1から11のいずれか一項に記載の電気モータ速度を推定する方法。   12. A method for estimating electric motor speed according to any one of the preceding claims, wherein updating the correction factor comprises incorporating a forgetting factor. エンドオブラインテストの間に、前記電気モータの特性をマッピングする段階を更に備える、請求項1から12のいずれか一項に記載の電気モータ速度を推定する方法。   13. A method for estimating electric motor speed according to any one of the preceding claims, further comprising mapping the characteristics of the electric motor during an end-of-line test. 前記電気モータは、自動車の全輪駆動遮断装置に結合される、請求項1から13のいずれか一項に記載の電気モータ速度を推定する方法。   14. A method for estimating an electric motor speed according to any one of claims 1 to 13, wherein the electric motor is coupled to an all-wheel drive shut-off device of an automobile.
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