JP7206832B2 - Rotation angle detector - Google Patents

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Description

本発明は、回転電機のロータの回転角度を検出する回転角度検出装置に関する。 The present invention relates to a rotation angle detection device for detecting the rotation angle of a rotor of a rotating electric machine.

回転電機は、通常、回転可能に設けられたロータと、回路を備えたステータとを有する。ステータは、その回路に電流を流すことによりロータ内に所定のd軸磁束を発生させると共に、d軸磁束に直交するq軸磁束を発生させることによりロータにトルクを加える。 A rotating electric machine usually has a rotatably provided rotor and a stator with a circuit. The stator generates a predetermined d-axis magnetic flux in the rotor by passing current through its circuit, and applies torque to the rotor by generating a q-axis magnetic flux orthogonal to the d-axis magnetic flux.

このような回転電機のロータの回転角度を検出する回転角度検出装置の中には、ロータと共に回転する磁石と、その磁石の磁束である磁石磁束を検出磁束として検出する検出部と、その検出磁束に基づいてロータの回転角度を算出する算出部と、を有するものがある(特許文献1参照)。 A rotation angle detection device for detecting the rotation angle of the rotor of such a rotary electric machine includes a magnet that rotates with the rotor, a detection unit that detects the magnetic flux of the magnet as the detection magnetic flux, and the detection magnetic flux. and a calculation unit for calculating the rotation angle of the rotor based on (see Patent Document 1).

特開平11-94512号公報JP-A-11-94512

回転電機の構成によっては、d軸磁束がロータから検出部側に漏れ出てしまう場合がある。その場合には、検出磁束には、磁石磁束の他、d軸磁束の漏れ磁束も含まれてしまう。そのd軸磁束の漏れ磁束が含まれた検出磁束に基づいて、角度算出部が、ロータの回転角度を算出することにより、算出された回転角度が真の回転角度からずれてしまう。 Depending on the configuration of the rotating electrical machine, the d-axis magnetic flux may leak out from the rotor to the detector side. In that case, the detected magnetic flux includes not only the magnetic flux of the magnet but also the leakage flux of the d-axis magnetic flux. When the angle calculator calculates the rotation angle of the rotor based on the detected magnetic flux including the leakage flux of the d-axis magnetic flux, the calculated rotation angle deviates from the true rotation angle.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、d軸磁束がロータから漏れて検出磁束に含まれてしまう場合にも、その含まれるd軸磁束の影響を抑制することを、主たる目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and a main object of the present invention is to suppress the influence of the included d-axis magnetic flux even when the d-axis magnetic flux leaks from the rotor and is included in the detected magnetic flux. and

本発明の回転角度検出装置は、回転電機のロータの回転角度を検出する。前記回転電機は、回転可能に設けられたロータと、回路を備えたステータとを有する。前記ステータは、前記回路に電流を流すことにより前記ロータ内に所定のd軸磁束を発生させると共に、前記d軸磁束に直交するq軸磁束を発生させる。前記d軸磁束は、前記ロータから漏れ出る。 A rotation angle detection device of the present invention detects a rotation angle of a rotor of a rotating electric machine. The rotating electric machine has a rotatable rotor and a stator having a circuit. The stator generates a predetermined d-axis magnetic flux in the rotor and a q-axis magnetic flux orthogonal to the d-axis magnetic flux by applying current to the circuit. The d-axis magnetic flux leaks out of the rotor.

前記回転角度検出装置は、磁石と検出部とd軸電流取得部と角度算出部とを有する。前記磁石は、前記ロータと共に回転する。前記検出部は、前記磁石の磁束である磁石磁束に、前記d軸磁束の前記ロータからの漏れ磁束が重畳された磁束を、検出磁束として検出する。前記d軸電流取得部は、前記回路に流れる電流における前記d軸磁束を発生させる成分であるd軸電流の値であるd軸電流値を取得する。前記角度算出部は、前記検出部が検出した検出磁束、及び前記d軸電流取得部が取得したd軸電流値に基づいて、前記ロータの回転角度を算出する。 The rotation angle detection device has a magnet, a detection section, a d-axis current acquisition section, and an angle calculation section. The magnet rotates with the rotor. The detection unit detects, as detected magnetic flux, magnetic flux in which leakage magnetic flux from the rotor of the d-axis magnetic flux is superimposed on magnet magnetic flux, which is the magnetic flux of the magnet. The d-axis current acquisition unit acquires a d-axis current value that is a value of a d-axis current that is a component of the current flowing through the circuit that generates the d-axis magnetic flux. The angle calculation section calculates the rotation angle of the rotor based on the detected magnetic flux detected by the detection section and the d-axis current value obtained by the d-axis current acquisition section.

本発明によれば、角度算出部は、ロータの回転角度の算出に、検出磁束だけでなく、d軸電流値も用いるため、そのd軸電流値に基づいて、ロータから漏れるd軸磁束の大きさを予測することができる。その予測に基づいて、検出磁束に含まれるd軸磁束の影響を抑制することができる。 According to the present invention, the angle calculator uses not only the detected magnetic flux but also the d-axis current value to calculate the rotation angle of the rotor. can be predicted. Based on the prediction, the influence of the d-axis magnetic flux contained in the detected magnetic flux can be suppressed.

第1実施形態の回転角度検出装置及び回転電機を示す概略図Schematic diagram showing a rotation angle detection device and a rotating electrical machine of the first embodiment 同回転角度検出装置及び回転電機を示す断面図Sectional view showing the same rotation angle detection device and rotating electric machine 同回転電機のロータを示す斜視図The perspective view which shows the rotor of the same rotary electric machine. 同回転電機を示す平面図A plan view showing the rotating electric machine 図2の回転角度検出装置を右側からみた概略図Schematic diagram of the rotation angle detection device of FIG. 2 viewed from the right side 図3の状態からロータが45度回転した状態を示す概略図Schematic diagram showing a state in which the rotor is rotated 45 degrees from the state in FIG. 時間と仮回転角度との関係を示すグラフGraph showing relationship between time and temporary rotation angle 第2実施形態の回転角度検出装置及び回転電機を示す概略図Schematic diagram showing a rotation angle detection device and a rotating electric machine of a second embodiment 第3実施形態の回転角度検出装置及び回転電機を示す概略図Schematic diagram showing a rotation angle detection device and a rotating electric machine according to a third embodiment

次に本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。ただし、本発明は実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実施できる。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments, and can be modified as appropriate without departing from the gist of the invention.

[第1実施形態]
図1は、第1実施形態の回転角度検出装置90を示す概略図である。回転角度検出装置90は、回転電機95に対して設けられている。
[First embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a rotation angle detection device 90 of the first embodiment. A rotation angle detection device 90 is provided for a rotating electric machine 95 .

図2は、回転電機95を示す断面図である。回転電機95は、ロータ60と、ステータ50とを有する。ロータ60は、ロータ軸69に固定されており、ロータ軸69と共に回転する。ロータ60は、第1コア61と第2コア62とに分割形成されている。各コア61,62は、略円筒状の基部61a,62aと、軸線方向にみて基部61a,62aから放射状に延びたのち、軸線方向に沿って他方のコア62,61側に延びる爪状部61b,62bとを備えている。ステータ50は、ロータ60を囲むハウジング51を有する。ハウジング51は、ロータ軸69を回転可能に支持している。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing the rotating electrical machine 95. As shown in FIG. The rotating electrical machine 95 has a rotor 60 and a stator 50 . The rotor 60 is fixed to a rotor shaft 69 and rotates together with the rotor shaft 69 . The rotor 60 is divided into a first core 61 and a second core 62 . Each of the cores 61 and 62 includes substantially cylindrical base portions 61a and 62a and claw-shaped portions 61b extending radially from the base portions 61a and 62a when viewed in the axial direction and then extending toward the other cores 62 and 61 along the axial direction. , 62b. Stator 50 has a housing 51 surrounding rotor 60 . The housing 51 rotatably supports the rotor shaft 69 .

図3は、図2のロータ60を若干右側から斜めにみた斜視図である。第1コア61に対して、第2コア62はその爪状部62bの中心角度ピッチの半分に相当する中心角度分ずらした状態でロータ軸69に固定されている。そのため、第1コア61の隣り合う各2つの爪状部61bの間に、第2コア62の爪状部62bが配されている。第1コア61及び第2コア62の基部61a,62aの周囲には、界磁巻線65が設置されている。その界磁巻線65に電流が流れると界磁磁束Φfが発生する。界磁磁束Φfは、第1コア61の爪状部61bから第1コア61の基部61aに至って、界磁巻線65の内側を軸線方向に通過することにより第2コア62の基部62aに至ってから、第2コア62の爪状部62bに至る磁束である。 FIG. 3 is a perspective view of the rotor 60 of FIG. 2 as seen obliquely from the right side. With respect to the first core 61, the second core 62 is fixed to the rotor shaft 69 in a state shifted by a center angle corresponding to half the center angle pitch of the claw-shaped portions 62b. Therefore, the claw-shaped portion 62b of the second core 62 is arranged between each two adjacent claw-shaped portions 61b of the first core 61 . A field winding 65 is installed around the bases 61 a and 62 a of the first core 61 and the second core 62 . When a current flows through the field winding 65, a field magnetic flux Φf is generated. The field magnetic flux Φf reaches the base portion 61a of the first core 61 from the claw-shaped portion 61b of the first core 61, passes through the inside of the field winding 65 in the axial direction, and reaches the base portion 62a of the second core 62. , to the claw-shaped portion 62 b of the second core 62 .

図4は、図2のロータ60を右側からみた模式図である。なお、図3では、各コア61,62の爪状部61b,62bは、8本ずつであるが、図4では、簡略化して4本ずつとして示している。 FIG. 4 is a schematic diagram of the rotor 60 of FIG. 2 as seen from the right side. 3, each of the cores 61 and 62 has eight claw-like portions 61b and 62b, but FIG. 4 shows four claw-like portions for simplification.

ステータ50は、複数のコイル55を有する回路54を有する。ステータ50は、複数のコイル55に電流を流すことにより、d軸磁束Φd及びq軸磁束Φqを発生させる。d軸磁束Φdは、界磁磁束Φfと同じ方向又はその反対方向に発生する磁束である。詳しくは、d軸磁束Φdは、この図4のように、界磁磁束Φfの反対方向に発生する場合、ロータ60のコア61,62に発生する磁束が弱められる。他方、この図4とは反対に界磁磁束Φfと同じ方向に発生する場合、ロータ60のコア61,62に発生する磁束が強められる。q軸磁束Φqは、界磁磁束Φf及びd軸磁束Φdに直交する方向に発生する磁束である。 Stator 50 has a circuit 54 with a plurality of coils 55 . The stator 50 generates a d-axis magnetic flux Φd and a q-axis magnetic flux Φq by applying current to the plurality of coils 55 . The d-axis magnetic flux Φd is magnetic flux generated in the same direction as or opposite to the field magnetic flux Φf. Specifically, when the d-axis magnetic flux Φd is generated in the direction opposite to the field magnetic flux Φf as shown in FIG. 4, the magnetic flux generated in the cores 61 and 62 of the rotor 60 is weakened. On the other hand, in contrast to FIG. 4, when the field magnetic flux Φf is generated in the same direction, the magnetic flux generated in the cores 61 and 62 of the rotor 60 is strengthened. The q-axis magnetic flux Φq is magnetic flux generated in a direction orthogonal to the field magnetic flux Φf and the d-axis magnetic flux Φd.

回路54は、U相とV相とW相と、その各相に流れる電流を検出する相電流検出部とを備えている。回転電機95の制御装置は、その相電流検出部が検出したU相とV相とW相との電流値に基づいて、d軸電流値とq軸電流値とを算出する。d軸電流値は、回路54に流れる電流におけるd軸磁束Φdを発生させる成分の大きさである。d軸電流値が大きいほど、d軸磁束Φdが大きくなる。q軸電流値は、回路54に流れる電流におけるq軸磁束Φqを発生させる成分の大きさである。q軸電流値が大きいほど、q軸磁束Φqが大きくなる。 The circuit 54 includes a U-phase, a V-phase, a W-phase, and a phase current detector that detects the current flowing through each phase. The controller of the rotary electric machine 95 calculates a d-axis current value and a q-axis current value based on the current values of the U-phase, V-phase, and W-phase detected by the phase current detection unit. The d-axis current value is the magnitude of the component of the current flowing through the circuit 54 that generates the d-axis magnetic flux Φd. As the d-axis current value increases, the d-axis magnetic flux Φd increases. The q-axis current value is the magnitude of the component of the current flowing through the circuit 54 that generates the q-axis magnetic flux Φq. As the q-axis current value increases, the q-axis magnetic flux Φq increases.

回転電機95は、界磁巻線65に流れる電流を検出する電流検出部を備えている。ロータ60の制御部は、その検出に基づいて、界磁電流の大きさである界磁電流値を取得する。界磁電流は、界磁巻線65を流れる電流であり、界磁磁束Φfを発生させる。界磁電流値が大きいほど、界磁磁束Φfが大きくなる。 The rotary electric machine 95 includes a current detection section that detects the current flowing through the field winding 65 . Based on the detection, the controller of the rotor 60 acquires the field current value, which is the magnitude of the field current. A field current is a current that flows through the field winding 65 and generates a field magnetic flux Φf. As the field current value increases, the field magnetic flux Φf increases.

図2に示すように、界磁磁束Φf及びd軸磁束Φdは、第1コア61及び第2コア62の基部61a,62aをロータ軸69に沿ってその軸線方向に通過することから、その一部は、外乱磁束Φnとして、ロータ軸69に漏れ出る。そして、さらにロータ軸69を伝ってハウジング51の外に漏れ出ることになる。特に、ロータ軸69が鉄製(磁性体)の場合には、漏れ出る量が多くなる。 As shown in FIG. 2, the field magnetic flux Φf and the d-axis magnetic flux Φd pass through the bases 61a and 62a of the first core 61 and the second core 62 along the rotor shaft 69 in the axial direction. part leaks out to the rotor shaft 69 as disturbance magnetic flux Φn. Then, it leaks out of the housing 51 along the rotor shaft 69 . In particular, when the rotor shaft 69 is made of iron (magnetic material), the leakage amount increases.

そのロータ軸69を伝って漏れ出る外乱磁束Φnは、磁石11の磁束に重畳して、検出部12により検出されることになる。外乱磁束Φnの大きさは、この図2のように、d軸磁束Φdが界磁磁束Φfの反対方向に発生する状況下では、界磁磁束Φfの漏れ磁束の大きさからd軸磁束Φdの漏れ磁束の大きさを減算したものとなる。他方、この図2とは反対に、d軸磁束Φdが界磁磁束Φfと同じ方向に発生する状況下では、外乱磁束Φnの大きさは、界磁磁束Φfの漏れ磁束の大きさにd軸磁束Φdの漏れ磁束の大きさを加算したものとなる。 The disturbance magnetic flux Φn leaking through the rotor shaft 69 is superimposed on the magnetic flux of the magnet 11 and detected by the detector 12 . As shown in FIG. 2, under the condition that the d-axis magnetic flux Φd is generated in the opposite direction to the field magnetic flux Φf, the magnitude of the disturbance magnetic flux Φn is determined from the magnitude of the leakage flux of the field magnetic flux Φf. It is obtained by subtracting the magnitude of leakage magnetic flux. On the other hand, contrary to FIG. 2, under the condition that the d-axis magnetic flux Φd is generated in the same direction as the field magnetic flux Φf, the magnitude of the disturbance magnetic flux Φn is equal to the magnitude of the leakage magnetic flux of the field magnetic flux Φf. It is obtained by adding the magnitude of the leakage magnetic flux of the magnetic flux Φd.

図1に示すように、回転角度検出装置90は、仮角度算出回路10と、補正量算出回路20と、角度算出部30とを有する。仮角度算出回路10は、磁石11と検出部12と仮角度算出部13とを有する。 As shown in FIG. 1 , the rotation angle detection device 90 has a provisional angle calculation circuit 10 , a correction amount calculation circuit 20 , and an angle calculation section 30 . The provisional angle calculation circuit 10 has a magnet 11 , a detection section 12 and a provisional angle calculation section 13 .

図2に示すように、磁石11は、ロータ軸69の先端部に固定されており、ロータ軸69と共に回転する。磁石11は、永久磁石である。検出部12は、磁石11よりもロータ軸69の軸線方向延長線側に設けられた、磁束を検出するセンサである。検出部12が検出する検出磁束Φには、磁石11により発生する磁石磁束Φeの他、ロータ60からの外乱磁束Φnが含まれる。 As shown in FIG. 2 , the magnet 11 is fixed to the tip of the rotor shaft 69 and rotates together with the rotor shaft 69 . Magnet 11 is a permanent magnet. The detection unit 12 is a sensor that detects magnetic flux and is provided on the side of the extension of the rotor shaft 69 in the axial direction from the magnet 11 . The detected magnetic flux Φ detected by the detection unit 12 includes the magnet magnetic flux Φe generated by the magnet 11 and the disturbance magnetic flux Φn from the rotor 60 .

図5(a)は、図2の検出部12の内部を右側からみた図である。検出部12は、磁束の所定方向成分であるA方向成分を検出するA方向センサ12aと、A方向に直交するB方向成分を検出するB方向センサ12bとを有する。A方向センサ12a及びB方向センサ12bとも、ロータ軸69の軸線上から若干ずれた位置に設けられている。そのため、ロータ軸69の軸線から放射状に広がる外乱磁束Φnを検出してしまうことになる。 FIG. 5(a) is a view of the inside of the detection unit 12 in FIG. 2 as viewed from the right side. The detection unit 12 has an A-direction sensor 12a that detects an A-direction component, which is a component of magnetic flux in a predetermined direction, and a B-direction sensor 12b that detects a B-direction component orthogonal to the A direction. Both the A-direction sensor 12 a and the B-direction sensor 12 b are provided at positions slightly displaced from the axis of the rotor shaft 69 . Therefore, the disturbance magnetic flux Φn radially spreading from the axis of the rotor shaft 69 is detected.

詳しくは、例えば、図5(a)のように、磁石磁束ΦeがB方向を向いている場合、B方向センサ12bは、磁石磁束Φeを検出する。さらに、A方向センサ12aは、放射状に広がる外乱磁束ΦnのA方向成分Φnaを検出する。さらに、B方向センサ12bは、放射状に広がる外乱磁束ΦnのB方向成分Φnbを検出する。 Specifically, for example, as shown in FIG. 5A, when the magnet magnetic flux Φe faces the B direction, the B direction sensor 12b detects the magnet magnetic flux Φe. Further, the A-direction sensor 12a detects an A-direction component Φna of the radially spreading disturbance magnetic flux Φn. Further, the B-direction sensor 12b detects a B-direction component Φnb of the radially spreading disturbance magnetic flux Φn.

そのため、図5(b)に示すように、検出部12は、B方向を向いた磁石磁束Φeに、放射状に広がる外乱磁束ΦnのA方向成分ΦnaとB方向成分Φnbとが重畳された磁束を検出磁束Φとして検出する。そのため、検出磁束Φの方向は、磁石磁束Φeの方向からずれてしまう。 Therefore, as shown in FIG. 5B, the detection unit 12 generates a magnetic flux in which the A-direction component Φna and the B-direction component Φnb of the disturbance magnetic flux Φn radially spreading are superimposed on the magnet magnetic flux Φe directed in the B direction. It is detected as the detected magnetic flux Φ. Therefore, the direction of the detected magnetic flux Φ deviates from the direction of the magnet magnetic flux Φe.

図6(a)は、図5(a)の状態からロータ60が45度回転することにより、磁石磁束Φeが45度回転した状態を示している。A方向センサ12aは磁石磁束ΦeのA方向成分Φeaを検出し、B方向センサ12bは磁石磁束ΦeのB方向成分Φebを検出する。このとき、磁石磁束Φeは、A方向センサ12a及びB方向センサ12bのいずれに対しても45度傾いているので、図6(b)に示すように、磁石磁束ΦeのA方向成分ΦeaとB方向成分Φebとの大きさは等しくなる。 FIG. 6(a) shows a state in which the magnet magnetic flux Φe is rotated 45 degrees by rotating the rotor 60 by 45 degrees from the state of FIG. 5(a). The A direction sensor 12a detects the A direction component Φea of the magnet flux Φe, and the B direction sensor 12b detects the B direction component Φeb of the magnet flux Φe. At this time, since the magnet magnetic flux Φe is inclined by 45 degrees with respect to both the A-direction sensor 12a and the B-direction sensor 12b, as shown in FIG. It has the same magnitude as the directional component Φeb.

さらに、A方向センサ12aは、放射状に広がる外乱磁束ΦnのA方向成分Φnaを検出し、B方向センサ12bは、放射状に広がる外乱磁束ΦnのB方向成分Φnbを検出する。外乱磁束Φnは、放射状に広がるので、A方向成分ΦnaとB方向成分Φnbとの大きさは等しくなる。 Further, the A-direction sensor 12a detects an A-direction component Φna of the radially spreading disturbance magnetic flux Φn, and the B-direction sensor 12b detects a B-direction component Φnb of the radially spreading disturbance magnetic flux Φn. Since the disturbance magnetic flux Φn spreads radially, the magnitudes of the A-direction component Φna and the B-direction component Φnb are equal.

このように、検出部12は、磁石磁束Φeに、外乱磁束Φnが重畳された磁束を検出磁束Φとして検出する。しかし、このときは、磁石磁束ΦeのA方向成分ΦeaとB方向成分Φebとの大きさは等しく、また、外乱磁束ΦnのA方向成分ΦnaとB方向成分Φnbとの大きさも等しいため、検出磁束Φの向きが磁石磁束Φeの向きからずれてしまうことがない。 In this way, the detection unit 12 detects the magnetic flux in which the disturbance magnetic flux Φn is superimposed on the magnet magnetic flux Φe as the detected magnetic flux Φ. However, at this time, the magnitudes of the A-direction component Φea and the B-direction component Φeb of the magnet magnetic flux Φe are equal, and the magnitudes of the A-direction component Φna and the B-direction component Φnb of the disturbance magnetic flux Φn are also equal. The direction of Φ never deviates from the direction of the magnetic flux Φe.

以下、上記と同様のメカニズムにより、検出磁束Φの向きは、磁石磁束Φeの向きからずれたり、ずれなくなったりする。図1に示す仮角度算出部13は、その検出磁束Φの向きから、ロータ60の仮回転角度を算出する。図7は、時間と仮回転角度との関係を示すグラフである。2本の実線の曲線うちの波が小さい方の曲線C1は、外乱磁束Φnが小さい場合を示しており、波が大きい方の曲線C2は、外乱磁束Φnが大きい場合を示している。また、破線の直線Lは、ロータ60の真の回転角度を示している。また、点p5は図5の状態を示し、点p6は図6の状態を示している。 Thereafter, by the same mechanism as above, the direction of the detected magnetic flux Φ deviates from the direction of the magnet magnetic flux Φe or does not deviate. The provisional angle calculator 13 shown in FIG. 1 calculates the provisional rotation angle of the rotor 60 from the direction of the detected magnetic flux Φ. FIG. 7 is a graph showing the relationship between time and provisional rotation angle. Of the two solid curves, the curve C1 with a smaller wave indicates a case where the disturbance magnetic flux Φn is small, and the curve C2 with a larger wave indicates a case where the disturbance magnetic flux Φn is large. A dashed straight line L indicates the true rotation angle of the rotor 60 . A point p5 indicates the state of FIG. 5, and a point p6 indicates the state of FIG.

図1に示すように、補正量算出回路20は、磁石強度算出部21と、界磁電流取得部23と、d軸電流取得部24と、記憶部27と、補正量算出部28とを有する。 As shown in FIG. 1, the correction amount calculation circuit 20 includes a magnet strength calculation section 21, a field current acquisition section 23, a d-axis current acquisition section 24, a storage section 27, and a correction amount calculation section 28. .

磁石強度算出部21は、磁石11の周辺の温度を測定する温度センサを備え、その測定された温度に基づいて磁石磁束Φeの大きさである磁石強度を算出する。磁石強度は、温度が高くなるほど強くなり、温度が低くなるほど弱くなる。 The magnet strength calculator 21 has a temperature sensor that measures the temperature around the magnet 11, and calculates the magnet strength, which is the magnitude of the magnet magnetic flux Φe, based on the measured temperature. Magnet strength increases as temperature increases, and decreases as temperature decreases.

界磁電流取得部23は、回転電機95から界磁電流値を取得する。また、d軸電流取得部24は、回転電機95からd軸電流値を取得する。なお、ここで取得する界磁電流値及びd軸電流値は、いずれも測定値であるが、指令値であってもよい。 A field current acquisition unit 23 acquires a field current value from the rotating electric machine 95 . Also, the d-axis current acquisition unit 24 acquires a d-axis current value from the rotary electric machine 95 . The field current value and the d-axis current value acquired here are both measured values, but may be command values.

記憶部27は、界磁電流値と補正量との関係データ及びd軸電流値と補正量との関係データとを記憶している。補正量は、図7に示す曲線C1,C2(仮回転角度)を直線L(真の回転角度)に補正するための値である。図1に示す補正量算出部28は、磁石強度算出部21が算出した磁石強度、界磁電流取得部23が取得した界磁電流値、d軸電流取得部24が取得したd軸電流値、及び記憶部27に記憶されている各関係データに基づいて、補正量を算出する。 The storage unit 27 stores relationship data between the field current value and the correction amount and relationship data between the d-axis current value and the correction amount. The correction amount is a value for correcting the curves C1 and C2 (temporary rotation angles) shown in FIG. 7 to the straight line L (true rotation angle). The correction amount calculation unit 28 shown in FIG. 1 calculates the magnet strength calculated by the magnet strength calculation unit 21, the field current value obtained by the field current obtaining unit 23, the d-axis current value obtained by the d-axis current obtaining unit 24, and based on each relational data stored in the storage unit 27, a correction amount is calculated.

角度算出部30は、仮角度算出回路10が算出した仮回転角度、及び補正量算出回路20が算出した補正量に基づいて、ロータ60の回転角度を算出する。 The angle calculator 30 calculates the rotation angle of the rotor 60 based on the provisional rotation angle calculated by the provisional angle calculation circuit 10 and the correction amount calculated by the correction amount calculation circuit 20 .

本実施形態によれば、次の効果が得られる。界磁磁束Φf及びd軸磁束Φdの一部は、ロータ60から漏れて外乱磁束Φnとなり、その外乱磁束Φnは検出磁束Φに含まれる。しかし、角度算出部30は、回転角度の算出に、検出磁束Φだけでなく、界磁電流値及びd軸電流値も用いるため、その界磁電流値及びd軸電流値に基づいて、外乱磁束Φnを予測することができる。その予測に基づいて、検出磁束Φに含まれる外乱磁束Φnの影響を抑制することができる。 According to this embodiment, the following effects are obtained. Part of the field magnetic flux Φf and the d-axis magnetic flux Φd leaks from the rotor 60 and becomes disturbance magnetic flux Φn, and the disturbance magnetic flux Φn is included in the detected magnetic flux Φ. However, since the angle calculation unit 30 uses not only the detected magnetic flux Φ but also the field current value and the d-axis current value to calculate the rotation angle, the disturbance magnetic flux Φn can be predicted. Based on the prediction, the influence of the disturbance magnetic flux Φn included in the detected magnetic flux Φ can be suppressed.

また、仮角度算出部13は、仮回転角度を算出する。その仮回転角度によれば、正確ではないが、大まかな回転角度を得ることができる。また、仮回転角度は、図7に示す通り、所定時(点p6等)には正しい回転角度を示す。そのため、このように検出磁束Φから一旦、仮回転角度を算出することにより、その大まかな回転角度や、所定時における正しい回転角度等を参照しつつ、真の回転角度を算出することができる。 Further, the provisional angle calculator 13 calculates a provisional rotation angle. According to the provisional rotation angle, a rough rotation angle can be obtained, although it is not accurate. Further, the provisional rotation angle indicates a correct rotation angle at a predetermined time (point p6, etc.) as shown in FIG. Therefore, by temporarily calculating the provisional rotation angle from the detected magnetic flux Φ in this way, it is possible to calculate the true rotation angle while referring to the rough rotation angle, the correct rotation angle at a predetermined time, and the like.

角度算出部30は、回転角度の算出に、検出磁束Φ並びに界磁電流値及びd軸電流値だけでなく、磁石磁束Φeの大きさである磁石強度も用いるため、その磁石強度が温度の影響で変化した場合にも、回転角度を正確に算出することができる。 The angle calculation unit 30 uses not only the detected magnetic flux Φ, the field current value, and the d-axis current value to calculate the rotation angle, but also the magnet strength, which is the magnitude of the magnet magnetic flux Φe. , the rotation angle can be calculated accurately.

[第2実施形態]
次に、図8を参照しつつ、第2実施形態の回転角度検出装置90について説明する。本実施形態については、第1実施形態と異なる点のみを説明する。なお、本実施形態及びそれ以降の実施形態では、以前の実施形態のものと同一の又は対応する部材等は、同一の符号を付して説明する。
[Second embodiment]
Next, a rotation angle detection device 90 of a second embodiment will be described with reference to FIG. Regarding this embodiment, only the points that are different from the first embodiment will be described. In addition, in this embodiment and subsequent embodiments, the same reference numerals are assigned to members that are the same as or correspond to those of the previous embodiment.

ロータ60は、界磁巻線65を備えておらず、代わりに界磁磁束Φfと同じ方向に磁束を発生させる永久磁石であるロータ磁石を備えている。また、補正量算出回路20は、界磁電流取得部23を備えておらず、代わりにロータ磁石強度算出部23bを備えている。ロータ磁石強度算出部23bは、ロータ磁石の周辺の温度を測定する温度センサを備え、その測定された温度に基づいてロータ磁石の磁束の大きさであるロータ磁石強度を算出する。 The rotor 60 does not have a field winding 65, but instead has a rotor magnet, which is a permanent magnet that generates magnetic flux in the same direction as the field magnetic flux Φf. Further, the correction amount calculation circuit 20 does not include the field current acquisition section 23, but instead includes a rotor magnet strength calculation section 23b. The rotor magnet strength calculator 23b has a temperature sensor that measures the temperature around the rotor magnet, and calculates the rotor magnet strength, which is the magnitude of the magnetic flux of the rotor magnet, based on the measured temperature.

記憶部27は、界磁電流と補正量との関係データの代わりに、ロータ磁石強度と補正量との関係データを記憶している。補正量算出部28は、磁石強度算出部21が算出した磁石強度、ロータ磁石強度算出部23bが算出したロータ磁石強度、d軸電流取得部24が取得したd軸電流値、及び記憶部27に記憶されている各関係データに基づいて補正量を算出する。 The storage unit 27 stores relationship data between the rotor magnet strength and the correction amount instead of the relationship data between the field current and the correction amount. The correction amount calculation unit 28 stores the magnet strength calculated by the magnet strength calculation unit 21, the rotor magnet strength calculated by the rotor magnet strength calculation unit 23b, the d-axis current value obtained by the d-axis current acquisition unit 24, and the storage unit 27. A correction amount is calculated based on each relational data stored.

本実施形態によれば、次の効果が得られる。ロータ磁石の磁束及びd軸磁束Φdの一部は、ロータ60から漏れて外乱磁束となり、その外乱磁束は検出磁束Φに含まれる。しかし、角度算出部30は、回転角度の算出に、検出磁束Φだけでなく、ロータ磁石強度及びd軸電流値も用いるため、そのロータ磁石強度及びd軸電流値に基づいて、外乱磁束を予測することができる。その予測に基づいて、検出磁束Φに含まれる外乱磁束の影響を抑制することができる。 According to this embodiment, the following effects are obtained. A part of the rotor magnet magnetic flux and the d-axis magnetic flux Φd leaks from the rotor 60 and becomes disturbance magnetic flux, and the disturbance magnetic flux is included in the detected magnetic flux Φ. However, since the angle calculation unit 30 uses not only the detected magnetic flux Φ but also the rotor magnet strength and the d-axis current value to calculate the rotation angle, the disturbance magnetic flux is predicted based on the rotor magnet strength and the d-axis current value. can do. Based on the prediction, the influence of the disturbance magnetic flux contained in the detected magnetic flux Φ can be suppressed.

[第3実施形態]
図9を参照しつつ、第3実施形態の回転角度検出装置90について説明する。本実施形態については、第2実施形態と異なる点のみを説明する。
[Third Embodiment]
A rotation angle detection device 90 of the third embodiment will be described with reference to FIG. Regarding this embodiment, only the points that are different from the second embodiment will be described.

回転角度検出装置90は、仮角度算出部13を有していない。また、磁石強度算出部21、ロータ磁石強度算出部23bについても、温度による影響は小さいものとして、有していない。記憶部27は、d軸電流値と補正量との関係データを記憶しているのみで、ロータ磁石強度と補正量との関係は記憶していない。角度算出部30は、検出部12が検出した検出磁束Φ、d軸電流取得部24が取得したd軸電流値、及び記憶部27に記憶されている関係データに基づいて、ロータ60の回転角度を算出する。 The rotation angle detection device 90 does not have the provisional angle calculator 13 . Also, the magnet strength calculation unit 21 and the rotor magnet strength calculation unit 23b are not provided because they are less affected by temperature. The storage unit 27 only stores relationship data between the d-axis current value and the correction amount, but does not store the relationship between the rotor magnet strength and the correction amount. The angle calculation unit 30 calculates the rotation angle of the rotor 60 based on the detected magnetic flux Φ detected by the detection unit 12, the d-axis current value obtained by the d-axis current acquisition unit 24, and the relational data stored in the storage unit 27. Calculate

本実施形態によれば、仮角度算出部13、磁石強度算出部21、ロータ磁石強度算出部23bをなくすことにより、回転角度検出装置90の構成をシンプルにすることができる。 According to this embodiment, the configuration of the rotation angle detection device 90 can be simplified by eliminating the provisional angle calculator 13, the magnet strength calculator 21, and the rotor magnet strength calculator 23b.

本実施形態は、例えば、次のように変更して実施することもできる。図1等に示す第1実施形態において、仮角度算出部13及び補正量算出部28をなくして、角度算出部30は、検出磁束Φ、磁石強度、界磁電流値、d軸電流値及び各関係データに基づいて、回転角度を算出するようにしてもよい。また例えば、同第1実施形態において、温度の影響がさほど問題にならない場合は、磁石強度算出部21をなくしてもよい。 For example, the present embodiment can be modified as follows. In the first embodiment shown in FIG. 1 and the like, the provisional angle calculator 13 and the correction amount calculator 28 are eliminated, and the angle calculator 30 calculates the detected magnetic flux Φ, the magnet strength, the field current value, the d-axis current value, and each The rotation angle may be calculated based on the relationship data. Further, for example, in the first embodiment, the magnet strength calculator 21 may be omitted if the influence of temperature is not so problematic.

また例えば、各実施形態において、d軸電流取得部24は、回転電機95からd軸電流値を取得する代わりに、U相、V相、W相の各電流値を取得し、そこからd軸電流値を算出するようにしてもよい。 Further, for example, in each embodiment, instead of acquiring the d-axis current value from the rotating electric machine 95, the d-axis current acquisition unit 24 acquires each current value of the U-phase, V-phase, and W-phase, and from there acquires the d-axis current value. A current value may be calculated.

また例えば、各実施形態において、界磁巻線65及びそれに代わるロータ磁石のいずれもなくして、d軸磁束Φd及びq軸磁束Φqのみによって、ロータ60にトルクを加えるようにしてもよい。 Further, for example, in each embodiment, the torque may be applied to the rotor 60 only by the d-axis magnetic flux Φd and the q-axis magnetic flux Φq without the field winding 65 and the rotor magnet instead.

Φ…検出磁束、Φe…磁石磁束、Φd…d軸磁束、Φq…q軸磁束、11…磁石、12…検出部、24…d軸電流取得部、30…角度算出部、50…ステータ、54…回路、60…ロータ、90…回転角度検出装置、95…回転電機。 Φ ... detected magnetic flux, Φe ... magnet magnetic flux, Φd ... d-axis magnetic flux, Φq ... q-axis magnetic flux, 11 ... magnet, 12 ... detector, 24 ... d-axis current acquisition section, 30 ... angle calculation section, 50 ... stator, 54 ... circuit, 60 ... rotor, 90 ... rotation angle detection device, 95 ... rotary electric machine.

Claims (5)

回転可能に設けられたロータ(60)と、前記ロータと共に回転するロータ軸(69)と、回路(54)を備え、前記回路に電流を流すことにより前記ロータ内に前記ロータ軸に沿った所定のd軸磁束(Φd)を発生させると共に、前記d軸磁束に直交するq軸磁束(Φq)を発生させるステータ(50)とを有し、前記d軸磁束が前記ロータから漏れ出る回転電機(95)の前記ロータの回転角度を検出する回転角度検出装置(90)であって、
前記ロータ軸の先端部に固定され、前記ロータと共に回転する磁石(11)と、
前記磁石の磁束である磁石磁束(Φe)に、前記d軸磁束の前記ロータからの漏れ磁束が重畳された磁束を、検出磁束(Φ)として検出する検出部(12)と、
前記回路に流れる電流における前記d軸磁束を発生させる成分であるd軸電流の値であるd軸電流値を取得するd軸電流取得部(24)と、
前記検出部が検出した検出磁束、及び前記d軸電流取得部が取得したd軸電流値に基づいて、前記ロータの回転角度を算出する角度算出部(30)と、
を有する回転角度検出装置。
A rotatably mounted rotor (60), a rotor shaft (69) that rotates with the rotor, and a circuit (54) are provided, and by passing an electric current through the circuit, a predetermined amount of heat is generated in the rotor along the rotor shaft. and a stator (50) that generates a q-axis magnetic flux (Φq) orthogonal to the d-axis magnetic flux (Φd), and the d-axis magnetic flux leaks from the rotor ( A rotation angle detection device (90) for detecting the rotation angle of the rotor of 95),
a magnet (11) fixed to the tip of the rotor shaft and rotating together with the rotor;
a detection unit (12) for detecting, as a detection magnetic flux (Φ), a magnetic flux obtained by superimposing a magnetic flux (Φe), which is the magnetic flux of the magnet, and a leakage magnetic flux from the rotor, which is the d-axis magnetic flux;
a d-axis current acquisition unit (24) for acquiring a d-axis current value, which is the value of the d-axis current that is the component of the current flowing through the circuit that generates the d-axis magnetic flux;
an angle calculation unit (30) for calculating the rotation angle of the rotor based on the detected magnetic flux detected by the detection unit and the d-axis current value obtained by the d-axis current acquisition unit;
A rotation angle detection device having
前記ロータは、界磁磁束(Φf)を発生させる界磁巻線(65)を有し、前記検出磁束には、前記界磁磁束の前記ロータからの漏れ磁束が含まれ、
前記界磁磁束を発生させる界磁電流の値である界磁電流値を取得する界磁電流取得部(23)を有し、
前記角度算出部は、前記検出部が検出した検出磁束、前記界磁電流取得部が取得した界磁電流値、及び前記d軸電流取得部が取得したd軸電流値に基づいて、前記ロータの回転角度を算出する、請求項1に記載の回転角度検出装置。
The rotor has a field winding (65) that generates a field magnetic flux (Φf), the detected magnetic flux includes leakage flux from the rotor of the field magnetic flux,
A field current acquisition unit (23) for acquiring a field current value that is the value of the field current that generates the field magnetic flux,
The angle calculator calculates the angle of the rotor based on the detected magnetic flux detected by the detector, the field current value obtained by the field current obtaining unit, and the d-axis current value obtained by the d-axis current obtaining unit. 2. The rotation angle detection device according to claim 1, which calculates a rotation angle.
前記回転電機は、前記ロータ軸の周囲に前記界磁巻線が巻かれており、前記界磁磁束及び前記d軸磁束は、前記ロータ軸に漏れることにより前記磁石磁束に重畳する、請求項2に記載の回転角度検出装置。 3. The rotary electric machine has the field winding wound around the rotor shaft, and the field magnetic flux and the d-axis magnetic flux leak to the rotor shaft and are superimposed on the magnet magnetic flux. 3. The rotation angle detection device according to 2. 前記検出部が検出した検出磁束に基づいて、前記ロータの仮回転角度を算出する仮角度算出部(13)と、前記d軸電流取得部が取得したd軸電流値に基づいて、補正量を算出する補正量算出部(28)とを有し、
前記角度算出部は、前記仮角度算出部が算出した仮回転角度、及び前記補正量算出部が算出した補正量に基づいて、前記ロータの回転角度を算出する、請求項1~3のいずれか1項に記載の回転角度検出装置。
A provisional angle calculation unit (13) for calculating a provisional rotation angle of the rotor based on the magnetic flux detected by the detection unit; and a correction amount based on the d-axis current value obtained by the d-axis current obtaining unit. a correction amount calculation unit (28) for calculating,
The angle calculation unit calculates the rotation angle of the rotor based on the provisional rotation angle calculated by the provisional angle calculation unit and the correction amount calculated by the correction amount calculation unit. 2. The rotation angle detection device according to item 1.
前記磁石磁束の大きさである磁石強度を算出する磁石強度算出部(21)を有し、
前記角度算出部は、前記検出部が検出した検出磁束、前記磁石強度算出部が算出した磁石強度、及び前記d軸電流取得部が取得したd軸電流値に基づいて、前記ロータの回転角度を算出する、請求項1~4のいずれか1項に記載の回転角度検出装置。
A magnet strength calculation unit (21) for calculating a magnet strength, which is the magnitude of the magnet magnetic flux,
The angle calculation unit calculates the rotation angle of the rotor based on the detected magnetic flux detected by the detection unit, the magnet strength calculated by the magnet strength calculation unit, and the d-axis current value obtained by the d-axis current acquisition unit. The rotation angle detection device according to any one of claims 1 to 4, which calculates the rotation angle.
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