JP2018186697A - Brushless motor control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ブラシレスモータ制御装置に関する。 The present invention relates to a brushless motor control device.
同期モータの一種であるブラシレスモータは、ロータの周囲に設けられた電磁石であるステータ(固定子)のコイルに電圧を印加した結果生じた回転磁界に永久磁石で構成されたロータ(回転子)を追随させることにより、ロータを回転させる。ロータを円滑に回転させるためには、ロータの磁極の位置に応じたタイミングで、ステータのコイルに電圧を印加する必要がある。 A brushless motor, which is a type of synchronous motor, has a rotor (rotor) composed of permanent magnets in a rotating magnetic field generated as a result of applying a voltage to a coil of a stator (stator) that is an electromagnet provided around the rotor. The rotor is rotated by following. In order to rotate the rotor smoothly, it is necessary to apply a voltage to the coil of the stator at a timing corresponding to the position of the magnetic pole of the rotor.
ロータの磁極の位置の検出は、一例として、ホール素子を用いたセンサ(ホールセンサ、ホールIC)又はMR(磁気抵抗効果素子)を用いた絶対角センサによって行われる。これらのセンサは、ロータの磁界、又はロータの磁極の位置に対応して設けられたセンサマグネットの磁界の強度に応じた電気信号を出力する。ロータの回転によって、上記のセンサ(以下、「位置センサ」と称する)が検出するロータ又はセンサマグネットの磁界の強度は漸増及び漸減を繰り返すので、位置センサから出力される電気信号の電圧変化は、正弦波状を呈する。 For example, the position of the magnetic pole of the rotor is detected by a sensor using a Hall element (Hall sensor, Hall IC) or an absolute angle sensor using MR (magnetoresistance effect element). These sensors output an electrical signal corresponding to the magnetic field strength of the sensor magnet provided corresponding to the magnetic field of the rotor or the magnetic pole of the rotor. As the rotor rotates, the intensity of the magnetic field of the rotor or sensor magnet detected by the above sensor (hereinafter referred to as “position sensor”) repeats gradually increasing and decreasing, so the voltage change of the electrical signal output from the position sensor is: Presents a sinusoidal shape.
ブラシレスモータでは、位置センサが出力した正弦波状の電気信号をコンパレータ等の回路によって図8(A)に示したような矩形波状の信号110に変換し、かかる矩形波状の信号110のローレベルからハイレベルへの切り替わり(以下、「立ち上がりのエッジ」と称する)、及びハイレベルからローレベルへの切り替わり(以下、「立ち下がりのエッジ」と称する)を、ロータの磁極の位置が変化するタイミングとして検出するゼロクロス検出を行い、当該タイミングに基づいてコイルに印加する電圧の位相を決定する。 In a brushless motor, a sinusoidal electric signal output from a position sensor is converted into a rectangular wave signal 110 as shown in FIG. 8A by a circuit such as a comparator, and the rectangular wave signal 110 is changed from a low level to a high level. Switching to level (hereinafter referred to as “rising edge”) and switching from high level to low level (hereinafter referred to as “falling edge”) are detected as timings at which the magnetic pole position of the rotor changes. Zero cross detection is performed, and the phase of the voltage applied to the coil is determined based on the timing.
位置センサを用いたロータの位置検出は、当該位置センサがロータの磁界検出に最適な位置に実装されていることが前提となる。しかしながら、ブラシレスモータの生産時に位置センサが本来の位置とは異なる位置に実装される場合もあり、かかる場合は、ロータの位置を正確に検出できないおそれがあった。 The position detection of the rotor using the position sensor is based on the premise that the position sensor is mounted at an optimal position for detecting the magnetic field of the rotor. However, the position sensor may be mounted at a position different from the original position during production of the brushless motor. In such a case, there is a possibility that the position of the rotor cannot be accurately detected.
ブラシレスモータのロータの位置は、上述のような位置センサによって検出する他に、無通電相のコイルに生じた誘起電圧に基づいて検出することが可能である。特許文献1には、図8(B)に示した正弦波状の誘起電圧の信号112をコンパレータ等の回路を用いて、図8(C)に示した矩形波状の信号114に変換し、当該信号114をホールICによって検出した信号に基づく信号110と比較することにより、位置センサの実装位置に起因する磁界検出の誤差を修正するブラシレスモータ制御装置の発明が開示されている。 The position of the rotor of the brushless motor can be detected based on the induced voltage generated in the coil of the non-conduction phase in addition to the position sensor as described above. In Patent Document 1, the sinusoidal induced voltage signal 112 shown in FIG. 8B is converted into a rectangular wave signal 114 shown in FIG. An invention of a brushless motor control device that corrects an error in magnetic field detection caused by a position sensor mounting position by comparing 114 with a signal 110 based on a signal detected by a Hall IC is disclosed.
例えば、図8が4極6スロットモータの場合であり、時間Tがロータが実際に360度(機械角360度)回転する時間であれば、時間Tは電気角では720度回転する時間となる。図8において、信号110は、信号114に対して時間差tが生じているので、信号110の補正角(電気角)は、下記の式(1)となる。
補正角=−720×t/T …(1)
For example, FIG. 8 shows a case of a 4-pole 6-slot motor, and if the time T is a time when the rotor is actually rotated 360 degrees (mechanical angle 360 degrees), the time T is a time when the electrical angle is rotated 720 degrees. . In FIG. 8, since the signal 110 has a time difference t with respect to the signal 114, the correction angle (electrical angle) of the signal 110 is expressed by the following equation (1).
Correction angle = −720 × t / T (1)
しかしながら、近年は、制御対象であるブラシレスモータの回転速度が高回転化する傾向がある。かかる高回転化されたブラシレスモータでは、起電力係数が低回転なブラシレスモータよりも小さくなるので、検出される誘起電圧は図8(B)に示した信号116のように振幅が小さくなりやすい。また、図8(B)に示したコンパレータのオフセット誤差118による影響も見逃せない。コンパレータは、オペアンプと複数の抵抗とで構成される場合があるが、オペアンプ入力部の電流が回路中の抵抗を流れることによって生じるもので、図8(B)に示したように、基準電圧が1の値に収束しにくくなる。 However, in recent years, there is a tendency that the rotation speed of the brushless motor that is a control target is increased. In such a brushless motor with a high rotation speed, the electromotive force coefficient is smaller than that of a brushless motor with a low rotation speed, so that the detected induced voltage is likely to have a small amplitude like the signal 116 shown in FIG. Further, the influence of the offset error 118 of the comparator shown in FIG. 8B cannot be overlooked. The comparator may be composed of an operational amplifier and a plurality of resistors, but is generated when the current of the operational amplifier input section flows through the resistor in the circuit. As shown in FIG. It becomes difficult to converge to a value of 1.
誘起電圧の振幅が小さく、かつ基準電圧が収束しないことにより、図8(C)に示したゼロクロス検出誤差dが生じ、その結果、特許文献1に記載されたブラシレスモータ制御装置では、位置センサで検出したロータの位置の補正が困難になるという問題があった。 Since the amplitude of the induced voltage is small and the reference voltage does not converge, the zero cross detection error d shown in FIG. 8C is generated. As a result, in the brushless motor control device described in Patent Document 1, the position sensor There was a problem that it was difficult to correct the detected rotor position.
本発明は上記に鑑みてなされたもので、位置センサで検出されたロータの位置を高精度で補正できるブラシレスモータ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a brushless motor control device capable of correcting a rotor position detected by a position sensor with high accuracy.
前記課題を解決するために、請求項1に記載のブラシレスモータ制御装置は、ロータ及びステータコイルを備えたブラシレスモータの前記ロータの回転位置を検出する回転センサと、前記ロータの回転に応じて、駆動電圧を印加していない前記ステータコイルに誘起される誘起電圧を検出する電圧検出部と、前記誘起電圧をフーリエ変換して得られる周波数領域のデータと、前記回転センサで検出された回転位置を表すデータとの位相差を検出する位相差検出部と、電圧指令、前記位相差検出部で検出された位相差、及び前記回転センサで検出されたロータの回転位置に基づいて、ステータコイルへの通電タイミングを設定し、前記ロータの回転を制御する制御回路と、を含んでいる。 In order to solve the above-mentioned problem, a brushless motor control device according to claim 1, a rotation sensor that detects a rotational position of the rotor of a brushless motor including a rotor and a stator coil, and a rotation of the rotor, A voltage detector that detects an induced voltage induced in the stator coil to which no drive voltage is applied, frequency domain data obtained by Fourier transform of the induced voltage, and a rotational position detected by the rotation sensor. Based on the voltage command, the phase difference detected by the phase difference detection unit, and the rotational position of the rotor detected by the rotation sensor, the phase difference detection unit that detects the phase difference from the data to be expressed And a control circuit for setting energization timing and controlling the rotation of the rotor.
このブラシレスモータ制御装置によれば、例えばフーリエ変換により誘起電圧の周波数領域のデータを得て、当該周波数領域のデータと、位置センサである回転センサが出力した信号との位相差を検出することにより、位置センサで検出されたロータの位置を高精度で補正でき、正確な通電タイミングでステータコイルに電圧を印加できる。 According to this brushless motor control device, for example, by obtaining the frequency domain data of the induced voltage by Fourier transform and detecting the phase difference between the frequency domain data and the signal output from the rotation sensor as the position sensor. The position of the rotor detected by the position sensor can be corrected with high accuracy, and the voltage can be applied to the stator coil with accurate energization timing.
請求項2に記載のブラシレスモータ制御装置は、請求項1に記載のブラシレスモータ制御装置において、前記位相差検出部は、前記周波数領域のデータのうち、前記ブラシレスモータの極数に応じた次数の周波数データを用いて前記位相差を検出する。 The brushless motor control device according to claim 2 is the brushless motor control device according to claim 1, wherein the phase difference detection unit has an order corresponding to the number of poles of the brushless motor in the data in the frequency domain. The phase difference is detected using frequency data.
このブラシレスモータ制御装置によれば、誘起電圧の周波数領域から、モータの極数に応じた周波数データを前述の位相差の検出に用いることにより、位置センサで検出されたロータの位置を高精度で補正できる。 According to this brushless motor control device, the position of the rotor detected by the position sensor is detected with high accuracy by using the frequency data corresponding to the number of poles of the motor from the frequency region of the induced voltage for the detection of the phase difference. Can be corrected.
請求項3に記載のブラシレスモータ制御装置は、請求項1または2に記載のブラシレスモータ制御装置において、前記電圧検出部は、前記ステータコイルの各相を無通電にして前記ロータが惰性回転している際に前記誘起電圧を所定サンプリング周期毎にサンプリングする。 A brushless motor control device according to a third aspect of the present invention is the brushless motor control device according to the first or second aspect, wherein the voltage detection unit is configured such that each phase of the stator coil is de-energized and the rotor rotates inertially. The induced voltage is sampled every predetermined sampling period.
このブラシレスモータ制御装置によれば、ステータコイルの各相を無通電にしてロータを惰性回転させることにより、誘起電圧の検出が容易かつ正確になり、位置センサで検出されたロータの位置を高精度で補正できる。 According to this brushless motor control device, the rotor is inertially rotated without energizing each phase of the stator coil, so that the induced voltage can be detected easily and accurately, and the position of the rotor detected by the position sensor is highly accurate. It can be corrected with.
請求項4に記載のブラシレスモータ制御装置は、前記制御回路は、前記位相差に基づいて前記回転センサで検出されたロータの回転位置の補正角を算出し、該補正角によって前記回転センサが出力した信号を前記誘起電圧の波形に同期させる。 The brushless motor control device according to claim 4, wherein the control circuit calculates a correction angle of a rotational position of the rotor detected by the rotation sensor based on the phase difference, and the rotation sensor outputs the correction angle based on the correction angle. The generated signal is synchronized with the waveform of the induced voltage.
このブラシレスモータ制御装置によれば、回転センサが出力した信号を誘起電圧の波形に同期させることにより、ロータの位置を高精度で検出できる。 According to this brushless motor control device, the position of the rotor can be detected with high accuracy by synchronizing the signal output from the rotation sensor with the waveform of the induced voltage.
請求項5に記載のブラシレスモータ制御装置は、請求項4に記載のブラシレスモータ制御装置において、前記位相差検出部は、前記回転センサが出力した信号に基づき、前記ロータが機械角で360度回転する惰性回転周期が、前記所定サンプリング周期の所定倍数である規定周期に一致した際に、前記電圧検出部による誘起電圧のサンプリングを停止させ、サンプリング停止までの規定周期内にサンプリングした誘起電圧をフーリエ変換して得られる周波数領域のデータと、前記回転センサで検出された回転位置を表すデータとに基づいて前記位相差を検出すると共に、少なくとも1つの誘起電圧のサンプリングを行った時間と、該時間の間近で前記回転センサが出力した信号の矩形波のエッジが立ち上がった時間との時間差を検出し、前記制御回路は、前記位相差及び前記時間差に基づいて前記回転センサで検出されたロータの回転位置の補正角を算出する。 The brushless motor control device according to claim 5 is the brushless motor control device according to claim 4, wherein the phase difference detection unit rotates the rotor by a mechanical angle of 360 degrees based on a signal output from the rotation sensor. When the inertial rotation period to coincide with a specified period that is a predetermined multiple of the predetermined sampling period, sampling of the induced voltage by the voltage detection unit is stopped, and the induced voltage sampled within the specified period until the sampling is stopped is Fourier transformed. The phase difference is detected based on the frequency domain data obtained by conversion and the data representing the rotational position detected by the rotation sensor, and at least one induced voltage is sampled, and the time Detecting the time difference from the time when the edge of the rectangular wave of the signal output by the rotation sensor rises near The control circuit calculates the correction angle of the rotational position of the rotor detected by the rotation sensor based on the phase difference and the time difference.
このブラシレスモータ制御装置によれば、誘起電圧のサンプリング時と、サンプリング時の直前または直後に位置センサから出力された信号の矩形波のエッジが立ち上がった時間との時間差も用いて、位置センサで検出されたロータの位置を高精度で補正できる。 According to this brushless motor control device, the position sensor also detects the time difference between the time when the induced voltage is sampled and the time when the edge of the rectangular wave of the signal output from the position sensor rises immediately before or after the sampling. The position of the rotor can be corrected with high accuracy.
請求項6に記載のブラシレスモータ制御装置は、請求項5に記載のブラシレスモータ制御装置において、前記補正角を算出する式は、前記位相差の項、及び前記時間差と前記所定サンプリング周期との和の項を含む。 The brushless motor control device according to claim 6 is the brushless motor control device according to claim 5, wherein the formula for calculating the correction angle is the phase difference term and the sum of the time difference and the predetermined sampling period. This term is included.
このブラシレスモータ制御装置によれば、位置センサで検出されたロータの位置を、前述の位相差、時間差及びサンプリング周期に基づいて高精度で補正できる。 According to this brushless motor control device, the position of the rotor detected by the position sensor can be corrected with high accuracy based on the above-described phase difference, time difference, and sampling period.
請求項7に記載のブラシレスモータ制御装置は、請求項4に記載のブラシレスモータ制御装置において、前記位相差検出部は、前記回転センサが出力した信号の矩形波から1のエッジを検出した際に前記電圧検出部による誘起電圧のサンプリングを開始させると共に前記回転センサが出力した信号のサンプリングを開始し、該サンプリングの開始から前記ロータが機械角で360度回転する惰性回転周期に相当するタイミングで前記矩形波からエッジが検出された場合に、前記電圧検出部による誘起電圧のサンプリングを停止させると共に前記回転センサが出力した信号のサンプリングを停止し、サンプリングした誘起電圧をフーリエ変換して得られた波形と、前記回転センサが出力した信号をフーリエ変換して得られた波形との位相差を算出し、前記制御回路は、前記位相差に基づいて前記回転センサで検出されたロータの回転位置の補正角を算出する。 The brushless motor control device according to claim 7 is the brushless motor control device according to claim 4, wherein the phase difference detection unit detects one edge from the rectangular wave of the signal output from the rotation sensor. The sampling of the induced voltage by the voltage detection unit is started and the sampling of the signal output from the rotation sensor is started, and at the timing corresponding to the inertial rotation cycle in which the rotor rotates 360 degrees from the start of the sampling. Waveform obtained by stopping sampling of the induced voltage by the voltage detection unit and stopping sampling of the signal output from the rotation sensor when the edge is detected from the rectangular wave, and Fourier transforming the sampled induced voltage And the phase difference between the signal output from the rotation sensor and the waveform obtained by Fourier transform. And, wherein the control circuit calculates the correction angle of the rotational position of the rotor detected by the rotation sensor based on the phase difference.
このブラシレスモータ制御装置によれば、フーリエ変換して得た誘起電圧の波形と、フーリエ変換して得た回転センサが出力した信号の波形との位相差から補正角を算出することにより、位置センサで検出されたロータの位置を高精度で補正できる。 According to this brushless motor control device, the position sensor calculates the correction angle from the phase difference between the waveform of the induced voltage obtained by Fourier transform and the waveform of the signal output from the rotation sensor obtained by Fourier transform. The position of the rotor detected in step 1 can be corrected with high accuracy.
請求項8に記載のブラシレスモータ制御装置は、請求項5〜7のいずれか1項に記載のブラシレスモータ制御装置において、前記フーリエ変換は、高速フーリエ変換及び離散フーリエ変換のいずれかである。 The brushless motor control device according to claim 8 is the brushless motor control device according to any one of claims 5 to 7, wherein the Fourier transform is one of a fast Fourier transform and a discrete Fourier transform.
このブラシレスモータ制御装置によれば、規定サンプリング周期の所定倍数でサンプリングを行うことを要する高速フーリエ変換のみならず、規定サンプリング周期の所定倍数でサンプリングを行うことを要しない離散フーリエ変換を用いてロータの回転位置の補正角を算出することができる。 According to this brushless motor control apparatus, not only a fast Fourier transform that requires sampling at a predetermined multiple of a specified sampling period, but also a discrete Fourier transform that does not require sampling at a predetermined multiple of a specified sampling period. The correction angle of the rotational position of can be calculated.
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置10の概略を示す図である。モータ52は、4極6スロットのブラシレスモータである。また、インバータ回路40は、スイッチング素子であるFET44A〜44Fによってモータ52のステータ14のコイルに供給する電力をスイッチングする。例えば、FET44A、44DはU相のコイル14U(図示せず)に、FET44B、44EはV相のコイル14V(図示せず)に、FET44C、44FはW相のコイル14W(図示せず)に、各々供給する電力のスイッチングを行う。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a brushless motor control device 10 according to the first embodiment of the present invention. The motor 52 is a 4-pole 6-slot brushless motor. Moreover, the inverter circuit 40 switches the electric power supplied to the coil of the stator 14 of the motor 52 by FET44A-44F which is a switching element. For example, the FETs 44A and 44D are in a U-phase coil 14U (not shown), the FETs 44B and 44E are in a V-phase coil 14V (not shown), and the FETs 44C and 44F are in a W-phase coil 14W (not shown). Switching of the power to be supplied is performed.
FET44A、44B、44Cの各々のドレインは、電源であるバッテリ90の正極に接続されている。また、FET44D、44E、44Fの各々のソースは抵抗R6を介して接地されている。 The drains of the FETs 44A, 44B, and 44C are connected to the positive electrode of a battery 90 that is a power source. The sources of the FETs 44D, 44E, and 44F are grounded through the resistor R6.
また、本実施の形態のブラシレスモータ制御装置10の基板上には、前述のインバータ回路40に加え、差動増幅回路54、位置検出部56、AD変換部58、センサ位相補正部60、角度演算部62、出力指令部64、駆動部70及び位置センサ12等が実装されている。位置検出部56、AD変換部58、センサ位相補正部60、角度演算部62、出力指令部64、駆動部70は、マイコン30として、1つの集積回路に構成してもよい。 Further, on the substrate of the brushless motor control device 10 of the present embodiment, in addition to the inverter circuit 40 described above, a differential amplifier circuit 54, a position detection unit 56, an AD conversion unit 58, a sensor phase correction unit 60, an angle calculation. The unit 62, the output command unit 64, the drive unit 70, the position sensor 12, and the like are mounted. The position detection unit 56, the AD conversion unit 58, the sensor phase correction unit 60, the angle calculation unit 62, the output command unit 64, and the drive unit 70 may be configured as a single integrated circuit as the microcomputer 30.
本実施の形態では、モータ52のロータの磁界又はロータと同軸に設けられたセンサマグネットの磁界をホールIC等の位置センサ12で検出する。位置センサ12は、センサマグネットの磁界の変化を正弦波状の信号として検出するホール素子を備え、当該ホール素子が検出した正弦波状の信号を図8(A)に示したような矩形波状の信号に変換して出力する。位置検出部56は、位置センサ12が出力した矩形波の立ち上がりのエッジ及び立ち下がりのエッジを検出するゼロクロス検出を行う。位置検出部56で検出された立ち上がりのエッジ及び立ち下がりのエッジの情報は、センサエッジ角度情報として後述する角度演算部62及びセンサ位相補正部60に入力される。 In the present embodiment, the magnetic field of the rotor of the motor 52 or the magnetic field of the sensor magnet provided coaxially with the rotor is detected by the position sensor 12 such as a Hall IC. The position sensor 12 includes a hall element that detects a change in the magnetic field of the sensor magnet as a sinusoidal signal, and the sinusoidal signal detected by the hall element is converted into a rectangular wave signal as shown in FIG. Convert and output. The position detection unit 56 performs zero-cross detection that detects rising edges and falling edges of the rectangular wave output from the position sensor 12. The information on the rising edge and the falling edge detected by the position detection unit 56 is input to the angle calculation unit 62 and the sensor phase correction unit 60 described later as sensor edge angle information.
差動増幅回路54は、モータ52のコイル14Vに発生した誘起電圧を増幅してAD変換部58に出力する装置である。図1に示したように、差動増幅回路54は、−入力端子54Nが抵抗R4を介してFET44Aのソース及びFET44Dのドレインに接続されると共に、−入力端子54Nに制御電圧Vccを抵抗R1と抵抗R2とで構成された分圧回路から出力された基準電圧が入力されるオペアンプ54Aを有している。オペアンプ54Aの+入力端子54Pは、抵抗R5を介してFET44Bのソース及びFET44Eのドレインに接続されると共に、抵抗R3を介してオペアンプ54Aの出力端子54Oに短絡されている。 The differential amplifier circuit 54 is a device that amplifies the induced voltage generated in the coil 14 </ b> V of the motor 52 and outputs the amplified voltage to the AD converter 58. As shown in FIG. 1, in the differential amplifier circuit 54, the negative input terminal 54N is connected to the source of the FET 44A and the drain of the FET 44D through the resistor R4, and the control voltage Vcc is connected to the negative input terminal 54N and the resistor R1. It has an operational amplifier 54A to which a reference voltage output from a voltage dividing circuit composed of a resistor R2 is input. The + input terminal 54P of the operational amplifier 54A is connected to the source of the FET 44B and the drain of the FET 44E through the resistor R5, and is short-circuited to the output terminal 54O of the operational amplifier 54A through the resistor R3.
図1に示した構成は、モータ52のV相のコイルに発生した誘起電圧を検出する。図1には図示していないが、本実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置10では、U相のコイルに発生した誘起電圧及びW相に発生した誘起電圧の各々も検出するように差動増幅回路に係る回路を構成してもよい。 The configuration shown in FIG. 1 detects an induced voltage generated in the V-phase coil of the motor 52. Although not shown in FIG. 1, the brushless motor control apparatus 10 according to the present embodiment differentially amplifies so as to detect each of the induced voltage generated in the U-phase coil and the induced voltage generated in the W-phase. A circuit related to the circuit may be configured.
AD変換部58は、差動増幅回路54から出力された信号を規定サンプリングタイミング毎にデジタル信号に変換することにより、図8(C)に示したような矩形波状の信号を生成する回路である。AD変換部58によって生成された信号は、センサ位相補正部60に入力される。 The AD conversion unit 58 is a circuit that generates a rectangular wave signal as shown in FIG. 8C by converting the signal output from the differential amplifier circuit 54 into a digital signal at each specified sampling timing. . The signal generated by the AD conversion unit 58 is input to the sensor phase correction unit 60.
センサ位相補正部60では、AD変換部58から入力された誘起電圧に基づく信号と、位置検出部56から入力されたセンサエッジ角度情報の信号とを比較して、上述の式(1)に基づいて、補正角を算出して、角度演算部62に出力する。 The sensor phase correction unit 60 compares the signal based on the induced voltage input from the AD conversion unit 58 with the signal of the sensor edge angle information input from the position detection unit 56, and based on the above equation (1). The correction angle is calculated and output to the angle calculation unit 62.
角度演算部62は、センサ位相補正部60から入力された補正角に基づいて、位置検出部56から入力された位置センサ12が検出したロータの位置を示すセンサエッジ角度情報を補正し、補正したセンサエッジ角度情報を出力指令部64に出力する。 The angle calculation unit 62 corrects and corrects the sensor edge angle information indicating the position of the rotor detected by the position sensor 12 input from the position detection unit 56 based on the correction angle input from the sensor phase correction unit 60. The sensor edge angle information is output to the output command unit 64.
出力指令部64は、外部から入力された電圧指令と角度演算部62から入力された補正後のセンサエッジ角度情報とに基づいて、インバータ回路40に生成させる電圧の位相、電圧の大きさ(パルス幅変調(PWM)による電圧のデューティ比)を決定して駆動部70に出力する。 Based on the voltage command input from the outside and the corrected sensor edge angle information input from the angle calculation unit 62, the output command unit 64 generates a voltage phase and voltage magnitude (pulses) to be generated by the inverter circuit 40. A voltage duty ratio by width modulation (PWM) is determined and output to the drive unit 70.
駆動部70は、出力指令部64から入力された位相及びデューティ比に従ったPWM信号をインバータ回路40に出力し、インバータ回路40は、PWM信号に従って、6つのFET44A〜44Fをスイッチングさせて、モータ52のコイルに印加する電圧を生成する。 The drive unit 70 outputs a PWM signal in accordance with the phase and duty ratio input from the output command unit 64 to the inverter circuit 40, and the inverter circuit 40 switches the six FETs 44A to 44F in accordance with the PWM signal, so that the motor A voltage to be applied to the 52 coils is generated.
図2は、モータ52を高速回転させる場合の本実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置10のセンサエッジ角度情報補正の一例を示したブロック図である。図2に示した場合は、差動増幅回路54、AD変換部、センサ位相補正部60及び角度演算部62に代えて、補正角算出部80を有している。図2に示した構成は、例えば、製品出荷前の試験において用いられる。当該試験では、差動増幅回路54に代えて、モータ52のコイルに生じた誘起電圧が補正角算出部80の誤差検出器80Aに入力される。誤差検出器80Aには、位置検出部56が、位置センサ12からの信号Hu、Hv、Hwに基づいて算出したセンサエッジ角度情報も入力される。 FIG. 2 is a block diagram showing an example of sensor edge angle information correction of the brushless motor control device 10 according to the present embodiment when the motor 52 is rotated at a high speed. In the case illustrated in FIG. 2, a correction angle calculation unit 80 is provided instead of the differential amplifier circuit 54, the AD conversion unit, the sensor phase correction unit 60, and the angle calculation unit 62. The configuration shown in FIG. 2 is used, for example, in a test before product shipment. In this test, the induced voltage generated in the coil of the motor 52 is input to the error detector 80 </ b> A of the correction angle calculation unit 80 instead of the differential amplifier circuit 54. Sensor edge angle information calculated by the position detector 56 based on the signals Hu, Hv, and Hw from the position sensor 12 is also input to the error detector 80A.
誤差検出器80Aでは、モータ52のロータを惰性回転させた場合に検出された誘起電圧を規定のサンプリング周期毎にサンプリングしてAD変換し、AD変換したデータの位相をフーリエ変換によって解析し、正弦波状に変化する誘起電圧の正確な位相を抽出し、抽出した位相に基づいて、補正角を算出する。フーリエ変換は、一例として高速フーリエ変換(FFT)を用いるが、離散フーリエ変換(DFT)でもよい。 In the error detector 80A, the induced voltage detected when the rotor of the motor 52 is rotated by inertia is sampled and AD converted at every specified sampling period, the phase of the AD converted data is analyzed by Fourier transform, and the sine is obtained. An accurate phase of the induced voltage that changes in a wave shape is extracted, and a correction angle is calculated based on the extracted phase. As an example of the Fourier transform, fast Fourier transform (FFT) is used, but discrete Fourier transform (DFT) may be used.
そして、補正角算出部80は、算出した補正角で位置検出部56が出力したセンサエッジ角度情報を補正して出力指令部64に出力する。出力指令部64は、外部から入力された電圧指令と補正角算出部80から入力された補正後のセンサエッジ角度情報とに基づいて、インバータ回路40に生成させる電圧の位相及び電圧のデューティ比を決定して駆動部70に出力する。 Then, the correction angle calculation unit 80 corrects the sensor edge angle information output from the position detection unit 56 with the calculated correction angle and outputs the corrected sensor edge angle information to the output command unit 64. The output command unit 64 sets the voltage phase and voltage duty ratio to be generated by the inverter circuit 40 based on the voltage command input from the outside and the corrected sensor edge angle information input from the correction angle calculation unit 80. Determine and output to the drive unit 70.
図2に示した構成は、上述のように、製品出荷前の試験で用いられる場合があるが、図1の差動増幅回路54、AD変換部58、センサ位相補正部60角度演算部62及び位置検出部56に代えて、図2に示した補正角算出部80及び位置検出部56を合わせたセンサエッジ角度情報補正部82を基板に実装してもよい。センサエッジ角度情報補正部82を基板に実装した場合には、モータ52の動作毎に後述するセンサエッジ角度情報補正処理を行うことにより、ロータの位置検出を厳密に行う。 The configuration shown in FIG. 2 may be used in a test before product shipment as described above. However, the differential amplifier circuit 54, the AD conversion unit 58, the sensor phase correction unit 60, the angle calculation unit 62, and the configuration shown in FIG. Instead of the position detection unit 56, a sensor edge angle information correction unit 82 including the correction angle calculation unit 80 and the position detection unit 56 shown in FIG. When the sensor edge angle information correction unit 82 is mounted on the substrate, the position detection of the rotor is strictly performed by performing sensor edge angle information correction processing described later for each operation of the motor 52.
センサエッジ角度情報補正処理は、モータ52を始動する際、又はモータ52を停止する際のいずれでも可能であるが、後述するように、モータ52のロータを惰性回転させることを要するので、モータ52を停止する際に行うことが合理的である。停止直前に算出した補正角はメモリにホールドし、次にモータ52を始動する際に、メモリにホールドした補正角を用いて位置検出部56が出力したセンサエッジ角度情報を補正する。 The sensor edge angle information correction process can be performed either when the motor 52 is started or when the motor 52 is stopped. However, as described later, since the rotor of the motor 52 needs to be rotated by inertia, the motor 52 is corrected. It is reasonable to do so when stopping. The correction angle calculated immediately before the stop is held in the memory, and when the motor 52 is started next, the sensor edge angle information output from the position detecting unit 56 is corrected using the correction angle held in the memory.
以下、本実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置10の作用及び効果について説明する。図3は、本実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置10のセンサエッジ角度情報補正処理の一例を示したフローチャートである。図3に示した処理は、例えば、モータ52が停止する際、モータ52のコイルへの通電が停止され、ロータが惰性回転している場合に開始される。 Hereinafter, the operation and effect of the brushless motor control device 10 according to the present embodiment will be described. FIG. 3 is a flowchart showing an example of sensor edge angle information correction processing of the brushless motor control apparatus 10 according to the present embodiment. The process shown in FIG. 3 is started when, for example, when the motor 52 is stopped, energization of the coil of the motor 52 is stopped and the rotor is inertially rotated.
ステップ300では、ロータが惰性回転中か否かを判定する。本実施に形態では、位置センサ12がロータの回転を示し、かつ駆動部70からインバータ回路40にPWM信号が出力されていない場合に、ロータが惰性回転しているとして肯定判定をする。 In step 300, it is determined whether the rotor is in inertial rotation. In the present embodiment, when the position sensor 12 indicates the rotation of the rotor and the PWM signal is not output from the drive unit 70 to the inverter circuit 40, an affirmative determination is made that the rotor is rotating inertially.
ステップ302で肯定判定の場合には、手順をステップ302に移行させる。ステップ302で否定判定の場合には、手順をステップ310に戻し、ロータが惰性回転しているか否かを再判定する。 If the determination in step 302 is affirmative, the procedure proceeds to step 302. If the determination in step 302 is negative, the procedure returns to step 310, and it is determined again whether the rotor is rotating inertially.
ステップ302では、規定サンプリング周期毎にサンプリングしてAD変換し、ステップ304では、ロータの惰性回転周期が規定サンプリング周期×2Nで示される規定周期と一致するか否かを判定する。なお、Nは自然数であり、一例としてN=4である。また、ロータの惰性回転周期は、位置センサ12で検出したロータの磁界の変化に基づいて算出する。FFTでは、データサンプリングに際して規定サンプリング周期の所定倍数でサンプリングを行うことを要するので、上述のように規定周期を設定する。しかしながら、DFTであれば、FFTのような規定サンプリング周期の所定倍数でサンプリングを行うことを要しない。従って、DFTを用いる場合は、ステップ304での判定を要しない。DFTを用いる場合は、モータ52のロータが機械角で360度回転する範囲を含む十分なデータがサンプリングされればよい。 In step 302, sampling is performed for each predetermined sampling period and AD conversion is performed, and in step 304, it is determined whether or not the inertial rotation period of the rotor coincides with a predetermined period indicated by a predetermined sampling period × 2 N. Note that N is a natural number, and as an example, N = 4. Further, the inertial rotation period of the rotor is calculated based on the change in the magnetic field of the rotor detected by the position sensor 12. In FFT, it is necessary to perform sampling at a predetermined multiple of a specified sampling period when data sampling is performed, and thus the specified period is set as described above. However, in the case of DFT, it is not necessary to perform sampling at a predetermined multiple of a prescribed sampling period such as FFT. Therefore, when using DFT, the determination in step 304 is not required. When DFT is used, sufficient data including a range in which the rotor of the motor 52 rotates 360 degrees in mechanical angle may be sampled.
ステップ304で肯定判定の場合には、ステップ306で誘起電圧のサンプリングを停止する。ステップ304で否定判定の場合には、手順をステップ302に戻し、誘起電圧のサンプリングを継続する。 If the determination in step 304 is affirmative, sampling of the induced voltage is stopped in step 306. If the determination in step 304 is negative, the procedure returns to step 302 and sampling of the induced voltage is continued.
ステップ308では、サンプリングした誘起電圧のデータにFFT処理を行い、ステップ310では、FFT処理の結果に基づいてセンサエッジ角度情報の補正角を算出し、算出した補正角で位置センサ12が検出したロータの磁極の位置を進角又は遅角させる補正を行い、処理を終了する。 In step 308, FFT processing is performed on the sampled induced voltage data. In step 310, the correction angle of the sensor edge angle information is calculated based on the result of the FFT processing, and the rotor detected by the position sensor 12 at the calculated correction angle. The correction is made to advance or retard the position of the magnetic pole, and the process ends.
図4は、FFTによって得られる誘起電圧の周波数領域の一例を示した概略図である。図4の原点Oは、ホールIC等の位置センサ12によって検出された信号の矩形波のエッジが立ち上がるタイミングである。図4に示したように、FFT処理を行うと、cosθ、cos(2θ−P3)、cos(3θ−PX)等の様々な位相を有する波形が検出される。これは、本実施の形態に係るモータ52が4極モータであることによる。1のロータに複数のS極、N極が存在しているので、複数の位相が重畳された誘起電圧の波形がサンプリングされるためである。なお、モータの制御において、誘起電圧の波形は正弦波として扱われる場合が少なくないが、本実施の形態では、FFTの実数項を構成する余弦の項に基づき、波形が余弦波で表現されている。 FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of the frequency domain of the induced voltage obtained by FFT. The origin O in FIG. 4 is the timing at which the edge of the rectangular wave of the signal detected by the position sensor 12 such as a Hall IC rises. As shown in FIG. 4, when FFT processing is performed, waveforms having various phases such as cos θ, cos (2θ-P3), cos (3θ-PX) are detected. This is because the motor 52 according to the present embodiment is a four-pole motor. This is because, since a plurality of S poles and N poles exist in one rotor, a waveform of an induced voltage in which a plurality of phases are superimposed is sampled. In motor control, the waveform of the induced voltage is often handled as a sine wave, but in this embodiment, the waveform is expressed as a cosine wave based on the cosine term constituting the real term of the FFT. Yes.
本実施に形態では、FFT処理によって異なる位相の波形が重畳された誘起電圧の位相スペクトラムを解析し、4極ロータ、すなわち極対数が2の場合の誘起電圧の位相を抽出し、抽出した極対数2の誘起電圧の位相に基づいて、センサエッジ角度情報の補正角を算出する。 In this embodiment, the phase spectrum of the induced voltage on which waveforms having different phases are superimposed by FFT processing is analyzed, the phase of the induced voltage when the number of pole pairs is 2, ie, the number of pole pairs is extracted. Based on the phase of the induced voltage of 2, the correction angle of the sensor edge angle information is calculated.
上述のように、図4の原点Oは、位置センサ12によって検出された信号の矩形波のエッジが立ち上がるタイミングなので、cos(θ−PX)のPXは、位置センサ12が検出した信号に基づく矩形波との位相差を示している。 As described above, the origin O in FIG. 4 is the timing at which the edge of the rectangular wave of the signal detected by the position sensor 12 rises, so PX of cos (θ−PX) is a rectangle based on the signal detected by the position sensor 12. The phase difference from the wave is shown.
図5は、FFTによる位相スペクトラムの解析の一例を示した概略図である。図5では、4極ロータ、すなわち極対数が2の場合の位相差であるP3は、一例として「−5度」であることを示している。 FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of phase spectrum analysis by FFT. In FIG. 5, P3 that is a phase difference when the number of pole pairs is 2, that is, the number of pole pairs is 2 is “−5 degrees” as an example.
本実施の形態では、上述のようにFFTの実数項を構成する余弦の項に基づいて誘起電圧の波形を余弦波で表現した。しかしながら、ブラシレスモータ制御装置10が、誘起電圧を正弦波としてロータの位置検出の制御を行うのであれば、下記の式(2)を用いてFFTで抽出した余弦波を正弦波に変換する。式(2)の正弦の項におけるP3+90は、後述するように、誘起電圧の波形と位置センサ12によって検出された信号との位相差に相当する。
cos(P3)=sin(P3+90) …(2)
In this embodiment, as described above, the waveform of the induced voltage is expressed by a cosine wave based on the cosine term constituting the real number term of FFT. However, if the brushless motor control device 10 controls the rotor position detection using the induced voltage as a sine wave, the cosine wave extracted by FFT is converted into a sine wave using the following equation (2). P3 + 90 in the sine term of Equation (2) corresponds to the phase difference between the waveform of the induced voltage and the signal detected by the position sensor 12, as will be described later.
cos (P3) = sin (P3 + 90) (2)
図6は、P3+90で示された位相差の意味を示した説明図である。図6において、矩形波92は位置センサ12によって検出された信号の一例であり、曲線94は、FFTによって抽出された誘起電圧の波形を正弦波に変換した後の波形の一例である。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing the meaning of the phase difference indicated by P3 + 90. In FIG. 6, a rectangular wave 92 is an example of a signal detected by the position sensor 12, and a curve 94 is an example of a waveform after the waveform of the induced voltage extracted by FFT is converted into a sine wave.
誘起電圧の波形である曲線94が0の際に、矩形波92は立ち上がりのエッジを示すべきであるから、図6に示した場合、矩形波92は、誘起電圧の波形を示す曲線94に対して、P3+90の遅れを有している。従って、前述の補正角を算出する式(1)は、図6の場合では、下記の式(3)のようになる。
補正角=(P3+90)−720×t/T …(3)
When the curve 94 that is the waveform of the induced voltage is 0, the rectangular wave 92 should show a rising edge. Therefore, in the case shown in FIG. Thus, there is a delay of P3 + 90. Therefore, the formula (1) for calculating the correction angle is as shown in the following formula (3) in the case of FIG.
Correction angle = (P3 + 90) −720 × t / T (3)
次に上記の式(3)中の時間差tの値の算出について説明する。図7は、位置センサ12によって検出された信号と誘起電圧の波形との時間差tの算出に係る説明図の一例である。 Next, calculation of the value of the time difference t in the above equation (3) will be described. FIG. 7 is an example of an explanatory diagram relating to the calculation of the time difference t between the signal detected by the position sensor 12 and the waveform of the induced voltage.
前述のように、本実施の形態では、規定サンプリング周期t2毎にサンプリングしてAD変換し、ロータの惰性回転周期が規定サンプリング周期×2Nで示される規定周期と一致した場合に、誘起電圧のサンプリングを停止する。また、本実施の形態では、一例としてN=4なので、サンプリングの数は16である。 As described above, in the present embodiment, sampling is performed at a specified sampling period t2 and AD conversion is performed, and when the inertia rotation period of the rotor coincides with the specified period indicated by the specified sampling period × 2 N , Stop sampling. In the present embodiment, as an example, since N = 4, the number of samplings is 16.
図7の矩形波92は、位置センサ12によって検出された信号の一例であり、図7の曲線96は、図6の曲線94と矩形波92との位相差(P3+90)を補正し、矩形波92が立ち上がりのエッジを示す際に、誘起電圧が0になるようにした誘起電圧の波形である。また、時間Tは、ロータの惰性回転周期であり、モータ52が4極モータの場合、ロータが実際に360度(機械角360度)回転する時間であり、電気角では720度回転する時間となる。 A rectangular wave 92 in FIG. 7 is an example of a signal detected by the position sensor 12, and a curve 96 in FIG. 7 corrects a phase difference (P3 + 90) between the curve 94 in FIG. This is an induced voltage waveform in which the induced voltage becomes 0 when 92 indicates a rising edge. The time T is the inertia rotation period of the rotor. When the motor 52 is a four-pole motor, the time is the time for the rotor to actually rotate 360 degrees (mechanical angle 360 degrees), and the time for the electrical angle to rotate 720 degrees. Become.
図7において、サンプルS1からサンプリングを開始し、サンプルS16でサンプリングを終了する。規定周期間でサンプリングしたサンプルS1〜S16は、上述のようにFFT処理される。そして、サンプルS16をサンプリングした時間102と、時間102の直前または直後、換言すれば時間102の間近で矩形波92が立ち上がった時間100との時間差t1を検出する。 In FIG. 7, sampling starts from sample S 1 and sampling ends at sample S 16 . Samples S 1 to S 16 sampled during a predetermined period are subjected to FFT processing as described above. Then, a time 102 sampling the sample S 16, detects a time difference t1 between the immediately before or after, the time 100 the square wave 92 has risen close to its other words time 102 time 102.
時間差t1は補正角の算出に係る時間差であるが、図7に示したように、時間Tは、サンプルS1からサンプルS16をサンプリングするまでの時間T0は、時間Tに対して規定サンプリング周期t2分短い。 The time difference t1 is a time difference related to the calculation of the correction angle, but as shown in FIG. 7, the time T 0 from the sample S 1 to the sampling of the sample S 16 is the specified sampling with respect to the time T. The period t2 is shorter.
前述のように、本実施の形態では、ロータの惰性回転周期が規定サンプリング周期t2×2Nで示される規定周期と一致した場合に、補正角算出に係る誘起電圧のサンプリングを完了する。N=4の場合、規定周期は、t2×16である。また、ロータの惰性回転周期は図7の時間Tであるから、T=t2×16であることを要する。 As described above, in this embodiment, when the inertial rotation period of the rotor coincides with the specified period indicated by the specified sampling period t2 × 2 N , sampling of the induced voltage related to the correction angle calculation is completed. In the case of N = 4, the specified period is t2 × 16. Further, since the inertial rotation period of the rotor is time T in FIG. 7, it is necessary that T = t2 × 16.
しかしながら、時間T0は、図7に示したように、T0=t2×15となっているので、サンプリングを開始した時間からサンプリングを終了した時間に規定サンプリング周期t2を加算した時間が規定周期である。従って、矩形波92と曲線96との時間差tは、時間差t1に規定サンプリング周期t2を加算した値となる。 However, since the time T 0 is T 0 = t2 × 15 as shown in FIG. 7, the time obtained by adding the specified sampling period t2 to the time when the sampling is ended from the time when the sampling is started is the specified period. It is. Therefore, the time difference t between the rectangular wave 92 and the curve 96 is a value obtained by adding the specified sampling period t2 to the time difference t1.
以上より、本実施の形態における補正角の算出式は、下記の式(4)になる。
補正角=(P3+90)−720×(t1+t2)/T …(4)
From the above, the correction angle calculation formula in the present embodiment is the following formula (4).
Correction angle = (P3 + 90) −720 × (t1 + t2) / T (4)
本実施の形態では、上記式(4)で算出した補正角を用いて、位置センサ12が検出したロータの磁極の位置を進角又は遅角させる補正を行う。または、上記式(4)で算出した補正角により、位置センサ12が出力した信号から生成した矩形波を誘起電圧の波形に同期させ、誘起電圧の波形に同期させた矩形波に基づいてロータの位置を算出してもよい。 In the present embodiment, correction is performed to advance or retard the position of the magnetic pole of the rotor detected by the position sensor 12 using the correction angle calculated by the above equation (4). Alternatively, the rectangular wave generated from the signal output from the position sensor 12 is synchronized with the waveform of the induced voltage by the correction angle calculated by the above formula (4), and the rotor is based on the rectangular wave synchronized with the waveform of the induced voltage. The position may be calculated.
以上説明したように、本実施の形態では、FFTにより、誘起電圧の波形を解析し、解析した波形に基づいて位置センサ12で検出されたロータの位置を補正する補正角を算出している。FFTにより、誘起電圧の波形が正確に抽出できるので、モータ52が高回転の特性を有する場合でも位置センサ12で検出されたロータの位置を高精度で補正できる。 As described above, in this embodiment, the waveform of the induced voltage is analyzed by FFT, and the correction angle for correcting the position of the rotor detected by the position sensor 12 is calculated based on the analyzed waveform. Since the waveform of the induced voltage can be accurately extracted by FFT, the position of the rotor detected by the position sensor 12 can be corrected with high accuracy even when the motor 52 has a high rotation characteristic.
また、本実施の形態は、製品出荷時に図2に示したセンサエッジ角度情報補正部82を製品に接続して、図3の処理を行うのであれば、図1に示した差動増幅回路54等の回路が不要になり、製品の構成を簡素化できる。 Further, in the present embodiment, when the sensor edge angle information correction unit 82 shown in FIG. 2 is connected to the product at the time of product shipment and the processing of FIG. 3 is performed, the differential amplifier circuit 54 shown in FIG. Such a circuit becomes unnecessary, and the configuration of the product can be simplified.
また、本実施の形態によれば、位置センサ12の実装ずれによるロータの位置検出の誤差を高精度で補正できるほか、位置センサ12を実装した回路基板の筐体への組み付けずれによるロータの位置検出の誤差を高精度で補正できる。 Further, according to the present embodiment, the error in detecting the position of the rotor due to mounting displacement of the position sensor 12 can be corrected with high accuracy, and the position of the rotor due to mounting misalignment of the circuit board on which the position sensor 12 is mounted on the housing. Detection errors can be corrected with high accuracy.
さらに、本実施の形態によれば、ロータとセンサマグネットとの組み付けずれによるロータの位置検出の誤差を高精度で補正できるほか、ロータ又はセンサマグネットの着磁のばらつきによるロータの位置検出の誤差を高精度で補正できる。 Furthermore, according to the present embodiment, it is possible to correct the rotor position detection error due to the assembly deviation between the rotor and the sensor magnet with high accuracy, and to reduce the rotor position detection error due to variations in magnetization of the rotor or the sensor magnet. Can be corrected with high accuracy.
[第2の実施の形態]
図9は、本発明の第2の実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置10Aの概略を示す図である。本実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置10Aは、位置センサ12が出力した正弦波状の信号が、位置検出部56のみならず、AD変換部58Aにも入力されると共に、位置検出部56で検出された立ち上がりのエッジ及び立ち下がりのエッジの情報であるセンサエッジ角度情報が角度演算部62のみに入力され、センサ位相補正部60Aには入力されない点で第1の実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置10と相違する。また、本実施の形態に係る位置センサ12Aは、コンパレータ等の回路を有し、センサマグネットの磁界の変化を矩形波状の信号で出力するホールICのみならず、センサマグネットの磁界の変化を正弦波状の信号で出力するホールセンサを含む点で第1の実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置10と相違する。しかしながら、その他の構成は第1の実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置10と同一なので、その他の構成については、第1の実施の形態と同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 9 is a diagram showing an outline of a brushless motor control apparatus 10A according to the second embodiment of the present invention. In the brushless motor control device 10A according to the present embodiment, the sinusoidal signal output from the position sensor 12 is input not only to the position detection unit 56 but also to the AD conversion unit 58A and detected by the position detection unit 56. Sensor edge angle information, which is information about the rising edge and falling edge, is input only to the angle calculation unit 62 and not to the sensor phase correction unit 60A, so that the brushless motor control according to the first embodiment is performed. Different from the device 10. Further, the position sensor 12A according to the present embodiment has a circuit such as a comparator, and not only a Hall IC that outputs a change in the magnetic field of the sensor magnet as a rectangular wave signal but also a change in the magnetic field of the sensor magnet in a sine wave form. This is different from the brushless motor control apparatus 10 according to the first embodiment in that it includes a hall sensor that outputs in response to this signal. However, since the other configuration is the same as that of the brushless motor control apparatus 10 according to the first embodiment, the other components are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment and detailed description thereof is omitted.
AD変換部58Aは、コンパレータ等の回路を有し、差動増幅回路54から出力された信号を規定サンプリングタイミング毎にデジタル信号に変換することにより、図8(C)に示したような矩形波状の信号である誘起電圧波形120を生成すると共に、位置センサ12Aが正弦波状の信号を出力するホールセンサの場合、当該正弦波状の信号を図8(A)に示したような矩形波状の信号であるセンサ波形122に変換する。なお、位置センサ12Aが矩形波状の信号を出力するホールICの場合は、位置センサ12Aが出力した信号を変換せずにセンサ波形122として扱う。 The AD conversion unit 58A has a circuit such as a comparator, and converts the signal output from the differential amplifier circuit 54 into a digital signal at each specified sampling timing, thereby forming a rectangular wave shape as shown in FIG. In the case where the position sensor 12A is a Hall sensor that outputs a sine wave signal, the sine wave signal is a rectangular wave signal as shown in FIG. The sensor waveform 122 is converted. When the position sensor 12A is a Hall IC that outputs a rectangular wave signal, the signal output by the position sensor 12A is handled as the sensor waveform 122 without being converted.
AD変換部58Aによって生成された誘起電圧波形120及びセンサ波形122は、センサ位相補正部60Aに入力される。センサ位相補正部60Aでは、AD変換部58Aから入力された誘起電圧波形120とセンサ波形122とに基づいて補正角124を算出して、角度演算部62に出力する。 The induced voltage waveform 120 and the sensor waveform 122 generated by the AD conversion unit 58A are input to the sensor phase correction unit 60A. The sensor phase correction unit 60A calculates a correction angle 124 based on the induced voltage waveform 120 and the sensor waveform 122 input from the AD conversion unit 58A, and outputs the correction angle 124 to the angle calculation unit 62.
本実施の形態では、センサ位相補正部60Aで、誘起電圧波形120及びセンサ波形122に対してフーリエ変換を行う。実行するフーリエ変換は、一般にはFFT(FFT処理)だがDFT(DFT処理)でもよい。本実施の形態は、第1の実施の形態と同様に、位相スペクトラムを解析するが、誘起電圧波形120のみならずセンサ波形122に対しても位相スペクトラムを解析する。 In the present embodiment, the sensor phase correction unit 60A performs Fourier transform on the induced voltage waveform 120 and the sensor waveform 122. The Fourier transform to be executed is generally FFT (FFT processing) but may be DFT (DFT processing). In the present embodiment, the phase spectrum is analyzed as in the first embodiment, but the phase spectrum is analyzed not only for the induced voltage waveform 120 but also for the sensor waveform 122.
本実施の形態では、モータ52のロータを惰性回転させた状態で、位置センサ12Aが検出したセンサマグネットの磁界の変化を示す正弦波状の信号を、位置センサ12A又はAD変換部58A等が有するコンパレータ等により矩形波状の信号に変換し、当該矩形波状の信号からエッジを検出する。AD変換部58Aは、検出した1のエッジを基点にして、モータ52のロータを惰性回転させた状態で、差動増幅回路54が出力した誘起電圧の信号及び位置センサ12Aが検出したセンサマグネットの磁界の変化を示す信号を規定のサンプリング周期毎にサンプリングする。 In the present embodiment, the position sensor 12A or the AD converter 58A or the like has a sine wave signal indicating a change in the magnetic field of the sensor magnet detected by the position sensor 12A while the rotor of the motor 52 is inertially rotated. For example, the signal is converted into a rectangular wave signal, and an edge is detected from the rectangular wave signal. The AD conversion unit 58A uses the detected one edge as a base point, and rotates the rotor of the motor 52 by inertia, and the induced voltage signal output by the differential amplifier circuit 54 and the sensor magnet detected by the position sensor 12A. A signal indicating a change in the magnetic field is sampled at a predetermined sampling period.
サンプリングは、機械角周期(機械角360度)の周期で行われる。本実施の形態のように、4極ロータ、すなわち極対数が2の場合、機械角360度は電気角720度に相当する。AD変換部58Aは、機械角360度(電気角720度)の周期に相当するエッジを検出した時点で、規定のサンプリング周期でのサンプリングを終了し、当該サンプリングによって得た誘起電圧の信号及びセンサマグネットの磁界の変化を示す信号をフーリエ変換で処理する。 Sampling is performed at a cycle of a mechanical angle cycle (mechanical angle 360 degrees). As in the present embodiment, when the 4-pole rotor, that is, the number of pole pairs is 2, the mechanical angle of 360 degrees corresponds to the electrical angle of 720 degrees. When the AD conversion unit 58A detects an edge corresponding to a cycle of a mechanical angle of 360 degrees (electrical angle of 720 degrees), the AD conversion unit 58A ends sampling at a specified sampling cycle, and an induced voltage signal and sensor obtained by the sampling A signal indicating a change in the magnetic field of the magnet is processed by Fourier transform.
図10は、コンパレート等により矩形波状の信号に変換されたセンサマグネットの磁界の変化を示すホール信号COMP130と、コンパレータ等によって変換される前の正弦波状のホール信号132と、誘起電圧134と、を併記した説明図である。 FIG. 10 shows a Hall signal COMP130 indicating a change in the magnetic field of the sensor magnet converted into a rectangular wave signal by comparison or the like, a sinusoidal Hall signal 132 before being converted by a comparator or the like, an induced voltage 134, It is explanatory drawing which wrote together.
図10に示したように、上述の1のエッジであるエッジ136が検出されると、ホール信号132及び誘起電圧134のサンプリングを開始し、機械角360度(電気角720度)の周期に相当するエッジ138を検出した時点で、規定のサンプリング周期でのサンプリングを終了する。 As shown in FIG. 10, when the edge 136, which is the above-described one edge, is detected, sampling of the Hall signal 132 and the induced voltage 134 is started, which corresponds to a cycle of a mechanical angle of 360 degrees (an electrical angle of 720 degrees). When the edge 138 to be detected is detected, the sampling at the specified sampling period is finished.
図10に示したように、誘起電圧134とホール信号132との間には位相差がある。本実施の形態では、誘起電圧134とホール信号132との位相差に基づいて、センサ位相補正部60Aが、補正角124を算出する。 As shown in FIG. 10, there is a phase difference between the induced voltage 134 and the Hall signal 132. In the present embodiment, the sensor phase correction unit 60A calculates the correction angle 124 based on the phase difference between the induced voltage 134 and the Hall signal 132.
誘起電圧134とホール信号132との位相差を算出するには、モータ52のロータを惰性回転させた場合に検出された誘起電圧134を、AD変換部58Aで規定のサンプリング周期毎にサンプリングしてAD変換し、AD変換したデータの位相をフーリエ変換(FFT又はDFT)によって解析する。また、モータ52のロータを惰性回転させた場合に検出されたホール信号132を、AD変換部58Aで規定のサンプリング周期毎にサンプリングしてAD変換し、AD変換したデータの位相をフーリエ変換(FFT又はDFT)によって解析する。 In order to calculate the phase difference between the induced voltage 134 and the Hall signal 132, the AD converter 58A samples the induced voltage 134 detected when the rotor of the motor 52 is inertially rotated at a specified sampling period. After AD conversion, the phase of the AD converted data is analyzed by Fourier transform (FFT or DFT). In addition, the Hall signal 132 detected when the rotor of the motor 52 is inertially rotated is sampled and AD-converted at a predetermined sampling period by the AD converter 58A, and the phase of the AD-converted data is subjected to Fourier transform (FFT). Or DFT).
本実施の形態に係るモータ52が4極モータなので、フーリエ変換処理を行うと、誘起電圧134とホール信号132は、図4に示したような様々な位相を有する波形が検出される。本実施の形態では、誘起電圧134及びホール信号132の各々のデータを、フーリエ変換による位相スペクトラムの解析を行う。 Since the motor 52 according to the present embodiment is a four-pole motor, when Fourier transform processing is performed, the induced voltage 134 and the Hall signal 132 are detected as waveforms having various phases as shown in FIG. In this embodiment, each of the induced voltage 134 and the Hall signal 132 is subjected to phase spectrum analysis by Fourier transform.
図11は、ホール信号132の位相スペクトラムの解析の一例を示した概略図である。図11では、極対数が2の場合の位相差であるP3は、一例として「−5度」であることを示している。 FIG. 11 is a schematic diagram illustrating an example of the analysis of the phase spectrum of the Hall signal 132. In FIG. 11, P3 that is the phase difference when the number of pole pairs is 2 is “−5 degrees” as an example.
図12は、誘起電圧134の位相スペクトラムの解析の一例を示した概略図である。図12では、極対数が2の場合の位相差であるP3'は、一例として「−35度」であることを示している。 FIG. 12 is a schematic diagram illustrating an example of analysis of the phase spectrum of the induced voltage 134. In FIG. 12, P3 ′, which is the phase difference when the number of pole pairs is 2, indicates “−35 degrees” as an example.
以上の位相スペクトラムの解析結果より、誘起電圧134とホール信号132との位相差は、下記の式(5)で示される。
誘起電圧134とホール信号132との位相差=(P3)−(P3') …(5)
From the analysis result of the above phase spectrum, the phase difference between the induced voltage 134 and the Hall signal 132 is expressed by the following equation (5).
Phase difference between induced voltage 134 and Hall signal 132 = (P3) − (P3 ′) (5)
そして、上記の式(5)で示される位相差が、センサ位相補正部124が出力する補正角124である。 The phase difference represented by the above equation (5) is the correction angle 124 output from the sensor phase correction unit 124.
本実施の形態では、上記式(5)で算出した補正角を用いて、位置センサ12Aが検出したロータの磁極の位置を進角又は遅角させる補正を行う。または、上記式(5)で算出した補正角により、位置センサ12Aが出力した信号から生成した矩形波を誘起電圧の波形に同期させ、誘起電圧の波形に同期させた矩形波に基づいてロータの位置を算出してもよい。 In the present embodiment, correction is performed to advance or retard the position of the magnetic pole of the rotor detected by the position sensor 12A using the correction angle calculated by the above equation (5). Alternatively, the rectangular wave generated from the signal output from the position sensor 12A is synchronized with the waveform of the induced voltage by the correction angle calculated by the above equation (5), and the rotor is based on the rectangular wave synchronized with the waveform of the induced voltage. The position may be calculated.
以上説明したように、本実施の形態では、フーリエ変換により、誘起電圧134及びホール信号の各々の波形を解析し、解析した波形に基づいて位置センサ12Aで検出されたロータの位置を補正する補正角を算出している。フーリエ変換により、誘起電圧134及びホール信号132の波形が正確に抽出できるので、モータ52が高回転の特性を有する場合でも位置センサ12Aで検出されたロータの位置を高精度で補正できる。 As described above, in the present embodiment, the waveform of each of the induced voltage 134 and the Hall signal is analyzed by Fourier transform, and the correction for correcting the position of the rotor detected by the position sensor 12A based on the analyzed waveform. The corner is calculated. Since the waveforms of the induced voltage 134 and the hall signal 132 can be accurately extracted by Fourier transform, the position of the rotor detected by the position sensor 12A can be corrected with high accuracy even when the motor 52 has a high rotation characteristic.
また、本実施の形態によれば、位置センサ12の実装ずれによるロータの位置検出の誤差を高精度で補正できるほか、位置センサ12を実装した回路基板の筐体への組み付けずれによるロータの位置検出の誤差を高精度で補正できる。 Further, according to the present embodiment, the error in detecting the position of the rotor due to mounting displacement of the position sensor 12 can be corrected with high accuracy, and the position of the rotor due to mounting misalignment of the circuit board on which the position sensor 12 is mounted on the housing. Detection errors can be corrected with high accuracy.
[第3の実施の形態]
図13は、本発明の第3の実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置10Bの概略を示す図である。本実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置10Bは、差動増幅回路154の構成が第1の実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置10の差動増幅回路54と相違する。しかしながら、その他の構成は第1の実施の形態に係るブラシレスモータ制御装置10と同一なので、その他の構成については、第1の実施の形態と同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
[Third embodiment]
FIG. 13 is a diagram showing an outline of a brushless motor control apparatus 10B according to the third embodiment of the present invention. The brushless motor control device 10B according to the present embodiment is different from the differential amplifier circuit 54 of the brushless motor control device 10 according to the first embodiment in the configuration of the differential amplifier circuit 154. However, since the other configuration is the same as that of the brushless motor control apparatus 10 according to the first embodiment, the other components are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment and detailed description thereof is omitted.
差動増幅回路154は、+入力端子54Pが、抵抗R4を介してFET44Aのソース、FET44Dのドレイン及びモータ52のコイル14Uに接続されると共に、抵抗R3を介して出力端子54Oに短絡されるオペアンプ54Bを有している。オペアンプ54Bの−入力端子54Nは、抵抗R5を介してFET44Bのソース、FET44Eのドレイン及びモータ52のコイル14Vに接続されている。また、FET44Cのソース、FET44Fのドレイン及びモータ52のコイル14Wは、抵抗R1と抵抗R2とで構成され、制御電圧Vccを抵抗R1と抵抗R2の各々の抵抗値に応じたバイアス電圧に分圧して出力する分圧回路の出力端子54Dが、抵抗R7を介して接続されている。さらに、分圧回路の出力端子54Dは、オペアンプ54Bの−入力端子54Nに接続されると共に、抵抗R3の+入力端子54P側の一端と抵抗R4の+入力端子54P側の一端との間に接続されている。従って、コイル14U、14V、14Wの各々には、分割回路の出力端子54Dから出力されたバイアス電圧が印加される。 The differential amplifier circuit 154 includes an operational amplifier whose positive input terminal 54P is connected to the source of the FET 44A, the drain of the FET 44D, and the coil 14U of the motor 52 through the resistor R4, and short-circuited to the output terminal 54O through the resistor R3. 54B. The negative input terminal 54N of the operational amplifier 54B is connected to the source of the FET 44B, the drain of the FET 44E, and the coil 14V of the motor 52 through the resistor R5. The source of the FET 44C, the drain of the FET 44F, and the coil 14W of the motor 52 are composed of a resistor R1 and a resistor R2, and the control voltage Vcc is divided into bias voltages corresponding to the resistance values of the resistors R1 and R2. An output terminal 54D of the voltage dividing circuit for output is connected via a resistor R7. Further, the output terminal 54D of the voltage dividing circuit is connected to the negative input terminal 54N of the operational amplifier 54B, and is connected between one end of the resistor R3 on the positive input terminal 54P side and one end of the resistor R4 on the positive input terminal 54P side. Has been. Therefore, the bias voltage output from the output terminal 54D of the dividing circuit is applied to each of the coils 14U, 14V, and 14W.
ブラシレスモータのロータの回転位置の検出には、コイル14U、14V、14Wに発生した誘起電圧が用いられる。差動増幅回路154は、コイル14U、14V、14Wのいずれかに発生した誘起電圧とバイアス電圧との差分に相当する電圧を増幅して、出力端子54OからAD変換部58に出力する。 Inductive voltages generated in the coils 14U, 14V, and 14W are used to detect the rotational position of the rotor of the brushless motor. The differential amplifier circuit 154 amplifies a voltage corresponding to the difference between the induced voltage generated in any of the coils 14U, 14V, and 14W and the bias voltage, and outputs the amplified voltage from the output terminal 54O to the AD converter 58.
以後、第1の実施の形態と同様に、規定のサンプリング周期毎にサンプリングしてAD変換し、AD変換したデータの位相をフーリエ変換(FFT又はDFT)によって解析し、モータ52の極対数に応じた誘起電圧の正確な位相を抽出し、抽出した位相に基づいて、補正角を算出する。 Thereafter, as in the first embodiment, sampling and AD conversion are performed at a specified sampling period, the phase of the AD converted data is analyzed by Fourier transform (FFT or DFT), and the number of pole pairs of the motor 52 is determined. The correct phase of the induced voltage is extracted, and the correction angle is calculated based on the extracted phase.
以上説明したように、本実施の形態では、コイル14U、14V、14Wに発生した誘起電圧を各々用いて、位置センサ12で検出されたロータの位置を補正する補正角を各々の算出できる。位置センサ12がホール素子を用いている場合、U相、V相、W相の各々に対して別個のホール素子を一般に要するが、U相、V相、W相の各々で、ホール素子の実装位置にずれが生じる場合がある。本実施の形態では、コイル14U、14V、14Wに発生した誘起電圧を各々用いて、位置センサ12で検出されたロータの位置を補正する補正角を各々算出することにより、U相、V相、W相のいずれかのホール素子の実装位置のずれに起因するロータの位置検出の誤差を高精度で補正できる。 As described above, in the present embodiment, the correction angles for correcting the position of the rotor detected by the position sensor 12 can be calculated using the induced voltages generated in the coils 14U, 14V, and 14W, respectively. When the position sensor 12 uses a Hall element, a separate Hall element is generally required for each of the U phase, the V phase, and the W phase, but the Hall element is mounted in each of the U phase, the V phase, and the W phase. There may be a shift in position. In the present embodiment, each of the induced voltages generated in the coils 14U, 14V, and 14W is used to calculate a correction angle for correcting the position of the rotor detected by the position sensor 12, thereby obtaining a U-phase, a V-phase, An error in detecting the position of the rotor caused by a shift in the mounting position of any W-phase Hall element can be corrected with high accuracy.
10,10A,10B…ブラシレスモータ制御装置、12,12A…位置センサ、14…ステータ、14U,14V,14W…コイル、30…マイコン、40…インバータ回路、44A,44B,44C,44D,44E,44F…FET、52…モータ、54…差動増幅回路、54A,54B…オペアンプ、54D…出力端子、54N…−入力端子、54O…出力端子、54P…+入力端子、56…位置検出部、58,58A…AD変換部、60,60A…センサ位相補正部、62…角度演算部、64…出力指令部、70…駆動部、80…補正角算出部、80A…誤差検出器、82…センサエッジ角度情報補正部、90…バッテリ、92…矩形波、94,96…曲線、100,102…時間、110,112,114,116…信号、118…オフセット誤差、120…誘起電圧波形、122…センサ波形、124…補正角、124…センサ位相補正部、130…ホール信号COMP、132…ホール信号、134…誘起電圧、136,138…エッジ、154…差動増幅回路、Hu,Hv,Hw…信号、O…原点、R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7…抵抗、S1,S16…サンプル、T,T0…時間、Vcc…制御電圧、d…ゼロクロス検出誤差、t,t1…時間差、t2…規定サンプリング周期 10, 10A, 10B ... brushless motor control device, 12, 12A ... position sensor, 14 ... stator, 14U, 14V, 14W ... coil, 30 ... microcomputer, 40 ... inverter circuit, 44A, 44B, 44C, 44D, 44E, 44F ... FET, 52 ... motor, 54 ... differential amplifier circuit, 54A, 54B ... op amp, 54D ... output terminal, 54N ...- input terminal, 54O ... output terminal, 54P ... + input terminal, 56 ... position detector, 58, 58A ... AD conversion unit, 60, 60A ... sensor phase correction unit, 62 ... angle calculation unit, 64 ... output command unit, 70 ... drive unit, 80 ... correction angle calculation unit, 80A ... error detector, 82 ... sensor edge angle Information correction unit, 90 ... battery, 92 ... rectangular wave, 94, 96 ... curve, 100, 102 ... time, 110, 112, 114, 116 ... signal, 11 ... Offset error, 120 ... Induced voltage waveform, 122 ... Sensor waveform, 124 ... Correction angle, 124 ... Sensor phase correction unit, 130 ... Hall signal COMP, 132 ... Hall signal, 134 ... Induced voltage, 136,138 ... Edge, 154 ... differential amplifier circuit, Hu, Hv, Hw ... signal, O ... origin, R1, R2, R3, R4 , R5, R6, R7 ... resistors, S 1, S 16 ... sample, T, T 0 ... time, Vcc ... control voltage, d ... zero cross detection error, t, t1 ... time difference, t2 ... prescribed sampling period
Claims (8)
前記ロータの回転に応じて、駆動電圧を印加していない前記ステータコイルに誘起される誘起電圧を検出する電圧検出部と、
前記誘起電圧をフーリエ変換して得られる周波数領域のデータと、前記回転センサで検出された回転位置を表すデータとの位相差を検出する位相差検出部と、
電圧指令、前記位相差検出部で検出された位相差、及び前記回転センサで検出されたロータの回転位置に基づいて、ステータコイルへの通電タイミングを設定し、前記ロータの回転を制御する制御回路と、
を含むブラシレスモータ制御装置。 A rotation sensor for detecting a rotational position of the rotor of a brushless motor having a rotor and a stator coil;
A voltage detection unit for detecting an induced voltage induced in the stator coil to which a driving voltage is not applied in accordance with the rotation of the rotor;
A phase difference detector for detecting a phase difference between data in a frequency domain obtained by Fourier transforming the induced voltage and data representing a rotational position detected by the rotation sensor;
A control circuit that controls the rotation of the rotor by setting the energization timing to the stator coil based on the voltage command, the phase difference detected by the phase difference detector, and the rotational position of the rotor detected by the rotation sensor. When,
Including brushless motor control device.
前記制御回路は、前記位相差及び前記時間差に基づいて前記回転センサで検出されたロータの回転位置の補正角を算出する請求項4に記載のブラシレスモータ制御装置。 The phase difference detection unit, based on a signal output from the rotation sensor, when the inertial rotation period in which the rotor rotates 360 degrees at a mechanical angle coincides with a specified period that is a predetermined multiple of the predetermined sampling period, Frequency domain data obtained by stopping the sampling of the induced voltage by the voltage detection unit and Fourier transforming the induced voltage sampled within a specified period until the sampling is stopped, and data representing the rotational position detected by the rotation sensor; And detecting the time difference between the time when at least one induced voltage was sampled and the time when the edge of the rectangular wave of the signal output from the rotation sensor rises near the time. And
The brushless motor control device according to claim 4, wherein the control circuit calculates a correction angle of a rotational position of the rotor detected by the rotation sensor based on the phase difference and the time difference.
前記制御回路は、前記位相差に基づいて前記回転センサで検出されたロータの回転位置の補正角を算出する請求項4に記載のブラシレスモータ制御装置。 The phase difference detection unit starts sampling of an induced voltage by the voltage detection unit and starts sampling of a signal output from the rotation sensor when an edge of 1 is detected from a rectangular wave of a signal output from the rotation sensor. When an edge is detected from the rectangular wave at a timing corresponding to a coasting rotation period in which the rotor rotates 360 degrees in mechanical angle from the start of the sampling, sampling of the induced voltage by the voltage detection unit is stopped. Stops sampling the signal output from the rotation sensor and calculates the phase difference between the waveform obtained by Fourier transforming the sampled induced voltage and the waveform obtained by Fourier transforming the signal output by the rotation sensor And
The brushless motor control device according to claim 4, wherein the control circuit calculates a correction angle of a rotational position of the rotor detected by the rotation sensor based on the phase difference.
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20180411 |
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| A521 | Written amendment |
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