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JP4668017B2 - Brushless DC motor control device - Google Patents

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JP4668017B2
JP4668017B2 JP2005261885A JP2005261885A JP4668017B2 JP 4668017 B2 JP4668017 B2 JP 4668017B2 JP 2005261885 A JP2005261885 A JP 2005261885A JP 2005261885 A JP2005261885 A JP 2005261885A JP 4668017 B2 JP4668017 B2 JP 4668017B2
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current
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雅史 村田
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Honda Motor Co Ltd
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Description

本発明は、ブラシレスDCモータの制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for a brushless DC motor.

従来、例えばブラシレスDCモータを制御するための電圧指令値にロータの回転には寄与しない程度の高調波電圧を印加し、この高調波電圧によって各相に流れる相電流から、ロータの位置を示すロータ角度つまり所定の基準回転位置からのロータの磁極の回転角度を検出すると共に、界磁方向に応じた磁極検出用電圧を電圧指令値に印加してロータの磁極の向きを判別する制御装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
この制御装置では、磁極検出用電圧によって界磁方向に磁界を発生させた場合に、発生した磁界の方向と界磁方向が同一方向である飽和状態と、発生した磁界の方向と界磁方向が反対方向である非飽和状態とにおいて各相に流れる相電流の状態が変化することに基づき、ロータの磁極の向きを判別するようになっている。
特開2005−151714号公報
Conventionally, for example, a harmonic voltage that does not contribute to the rotation of the rotor is applied to a voltage command value for controlling a brushless DC motor, and a rotor that indicates the position of the rotor from a phase current that flows in each phase by this harmonic voltage. A control device that detects the angle of the rotor magnetic pole from a predetermined reference rotational position and determines the direction of the rotor magnetic pole by applying a magnetic pole detection voltage corresponding to the field direction to the voltage command value is known. (For example, refer to Patent Document 1).
In this control device, when a magnetic field is generated in the field direction by the magnetic pole detection voltage, a saturation state in which the direction of the generated magnetic field and the field direction are the same direction, and the direction of the generated magnetic field and the field direction are The direction of the magnetic poles of the rotor is discriminated based on the change in the state of the phase current flowing in each phase in the non-saturated state which is the opposite direction.
JP 2005-151714 A

ところで、上記従来技術の一例に係る制御装置では、磁極検出用電圧を電圧指令値に印加してロータの磁極の向きを判別する磁極判別の処理の実行時には、ロータの磁石温度が不変であることが前提であって、ロータの磁石温度が変化する状態は考慮していない。しかしながら、ロータの磁石温度が増大することに伴い、永久磁石の磁束密度は低下傾向に変化することから、ロータの磁石温度の変化を無視した状態では磁極判別処理の判別精度が低下して、磁極の向きが誤判別されてしまったり、判別自体が不能となってしまう虞がある。
また、ブラシレスDCモータのステータに通電される電流が過剰に増大すると、この過大な電流によって発生する磁界により、ロータの永久磁石の磁力が低下する減磁が発生する場合ある。ロータの永久磁石は磁石温度が増大することに伴い、減磁され易くなることから、減磁作用が所定の許容範囲以内となる上限電流は、ロータの磁石温度が増大することに伴い、低下傾向に変化することになる。このため、ロータの磁石温度の変化を無視した状態で磁極判別処理を実行すると、磁石温度が相対的に高くなった場合に磁極判別処理の実行時にステータに通電される電流が許容範囲以内の上限電流を超えてしまい、永久磁石が過剰に減磁されてしまう虞がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、磁極判別処理の実行時にロータの永久磁石が過剰に減磁されてしまうことを防止しつつ、判別精度を向上させることが可能なブラシレスDCモータの制御装置を提供することを目的とする。
By the way, in the control device according to an example of the above prior art, the magnet temperature of the rotor is not changed when the magnetic pole discrimination processing for discriminating the direction of the magnetic pole of the rotor by applying the magnetic pole detection voltage to the voltage command value is performed. Is a precondition, and the state in which the magnet temperature of the rotor changes is not considered. However, as the magnet temperature of the rotor increases, the magnetic flux density of the permanent magnet changes so as to decrease. Therefore, when the change in the magnet temperature of the rotor is ignored, the determination accuracy of the magnetic pole determination process decreases, and the magnetic pole There is a risk that the orientation of the camera will be misjudged or the discrimination itself will be impossible.
In addition, when the current supplied to the stator of the brushless DC motor is excessively increased, demagnetization that reduces the magnetic force of the permanent magnet of the rotor may occur due to the magnetic field generated by the excessive current. Since the permanent magnet of the rotor is likely to be demagnetized as the magnet temperature increases, the upper limit current at which the demagnetization action is within a predetermined allowable range tends to decrease as the magnet temperature of the rotor increases. Will change. For this reason, if the magnetic pole discrimination process is executed in a state where the change in the magnet temperature of the rotor is ignored, the current that is supplied to the stator during execution of the magnetic pole discrimination process when the magnet temperature is relatively high is within an allowable range. The current may be exceeded and the permanent magnet may be excessively demagnetized.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a brushless DC motor capable of improving the discrimination accuracy while preventing the permanent magnet of the rotor from being excessively demagnetized during the magnetic pole discrimination process. An object is to provide a control device.

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項1に記載の本発明のブラシレスDCモータの制御装置は、永久磁石式のロータ(例えば、実施の形態でのロータ2)を備えたブラシレスDCモータのステータ巻線(例えば、実施の形態での電機子3,4,5)に高調波電圧(例えば、実施の形態での検査用電圧(Hd^,Hq^))を印加し、該高周波電圧により発生したモータ電流から前記ロータの位置を検出する位置検出手段(例えば、実施の形態での角度検出部25)を備えるブラシレスDCモータの制御装置であって、前記ロータの界磁方向に応じた磁極検出用電圧を前記ステータ巻線に印加して前記ロータの磁極の向きを判別する磁極判別手段(例えば、実施の形態での角度検出部25)と、前記磁極判別手段による磁極判別処理の実行時に、前記ロータの磁石温度(例えば、実施の形態での磁石温度TM)が増大することに伴い、界磁軸電流を増大させる磁極判別電流変更手段(例えば、実施の形態での磁極判別電流指令部29、ステップS06)と、前記磁石温度が所定閾温度(例えば、実施の形態での第1閾温度T1)を超えた場合に、前記磁極判別手段による磁極判別処理の実行を禁止し、強制転流により前記ブラシレスDCモータを起動させる起動手段(例えば、実施の形態でのステップS02)とを備え、前記磁極判別電流変更手段は、前記磁石温度が前記所定閾温度よりも低い第2閾温度(例えば、実施の形態での第2閾温度T2)以上の場合に、前記界磁軸電流を増大させており、前記所定閾温度は、前記磁極判別処理の実行時に前記ステータ巻線に通電される電流により前記ロータの磁石が減磁される場合に対応する磁石温度であることを特徴としている。 In order to solve the above problems and achieve the object, a brushless DC motor control device according to the present invention includes a permanent magnet type rotor (for example, the rotor 2 in the embodiment). A harmonic voltage (for example, inspection voltages (Hd ^, Hq ^) in the embodiment) is applied to the stator winding (for example, the armatures 3, 4, 5 in the embodiment) of the brushless DC motor, A brushless DC motor control device including position detection means (for example, an angle detection unit 25 in the embodiment) for detecting the position of the rotor from a motor current generated by the high-frequency voltage, the field direction of the rotor A magnetic pole detection means (for example, the angle detection unit 25 in the embodiment) for applying a magnetic pole detection voltage according to the above to the stator winding to determine the direction of the magnetic pole of the rotor, and the magnetic pole detection by the magnetic pole determination means. Magnetic pole discriminating current changing means (for example, the magnetic pole in the embodiment) that increases the field axis current as the magnet temperature of the rotor (for example, the magnet temperature TM in the embodiment) increases during the process. Discriminating current command unit 29, step S06) and prohibiting execution of the magnetic pole discriminating process by the magnetic pole discriminating means when the magnet temperature exceeds a predetermined threshold temperature (for example, the first threshold temperature T1 in the embodiment). And a starting means (for example, step S02 in the embodiment) for starting the brushless DC motor by forced commutation , wherein the magnetic pole discriminating current changing means has a first magnet temperature lower than the predetermined threshold temperature. When the temperature is equal to or higher than two threshold temperatures (for example, the second threshold temperature T2 in the embodiment), the field axis current is increased, and the predetermined threshold temperature is determined when the stator winding is It is characterized in that the magnets of the rotor by current supplied is a magnet temperature corresponding to the case where the demagnetization.

上記構成のブラシレスDCモータの制御装置によれば、磁極判別電流変更手段は、ロータの磁石温度が増大することに伴い、界磁軸電流が増大するように設定することから、ロータの磁石温度が増大することに伴い、永久磁石の磁束密度が低下傾向に変化した場合であっても、磁極判別処理の判別精度が低下してしまうことを防止することができる。   According to the brushless DC motor control device having the above configuration, the magnetic pole discrimination current changing means is set so that the field axis current increases as the rotor magnet temperature increases. Along with the increase, even if the magnetic flux density of the permanent magnet is changed to a decreasing tendency, it is possible to prevent the determination accuracy of the magnetic pole determination process from decreasing.

上記構成のブラシレスDCモータの制御装置によれば、起動手段は、磁石温度が所定閾温度を超えた場合には、強制転流つまりロータの磁極位置には関わらずにステータ巻線への通電を順次転流させることによりブラシレスDCモータを起動することから、ステータに対する磁極判別用の界磁電流の通電を不要とし、ステータに通電される電流が相対的に高温状態のブラシレスDCモータに対する所定の許容範囲以内の上限電流を超えてしまうことで永久磁石が過剰に減磁されてしまうことを防止しつつ、ブラシレスDCモータを的確に起動することができる。   According to the brushless DC motor control apparatus having the above-described configuration, when the magnet temperature exceeds a predetermined threshold temperature, the starting means energizes the stator winding regardless of forced commutation, that is, the magnetic pole position of the rotor. Since the brushless DC motor is started by sequentially commutating, it is unnecessary to apply a field current for magnetic pole discrimination to the stator, and the predetermined current is allowed for the brushless DC motor in which the current supplied to the stator is relatively high. The brushless DC motor can be accurately started while preventing the permanent magnet from being excessively demagnetized by exceeding the upper limit current within the range.

さらに、請求項に記載の本発明のブラシレスDCモータの制御装置では、前記ロータは車両の駆動軸および内燃機関のクランク軸に連結され、前記ブラシレスDCモータは車両を走行駆動可能かつ前記内燃機関を始動可能であり、前記磁極判別電流変更手段は、前記磁石温度が所定閾温度(例えば、実施の形態での第1閾温度T1)未満の場合に、前記ブラシレスDCモータを起動して該ブラシレスDCモータにより前記内燃機関を始動させる際の前記磁極判別手段による磁極判別処理の実行時に、前記ロータの磁石温度が増大することに伴い、界磁軸電流が増大するように設定するものであことを特徴としている。 Further, in the brushless DC motor control device according to the second aspect of the present invention, the rotor is connected to a drive shaft of a vehicle and a crankshaft of an internal combustion engine, and the brushless DC motor is capable of driving the vehicle to travel and the internal combustion engine. When the magnet temperature is lower than a predetermined threshold temperature (for example, the first threshold temperature T1 in the embodiment), the magnetic pole discriminating current changing means starts the brushless DC motor and starts the brushless DC motor. the DC motor during the execution of the pole discrimination processing by the magnetic pole discrimination means upon starting the internal combustion engine, with that magnet temperature of the rotor increases, Ru der shall be set as field axis current increases It is characterized by that.

上記構成のブラシレスDCモータの制御装置によれば、磁極判別電流変更手段は、ロータの磁石温度が増大することに伴い、界磁軸電流が増大するように設定することから、ロータの磁石温度が増大することに伴い、永久磁石の磁束密度が低下傾向に変化した場合であっても、磁極判別処理の判別精度が低下してしまうことを防止することができる。
さらに、起動手段は、磁石温度が所定閾温度を超えた場合には、強制転流つまりロータの磁極位置には関わらずにステータ巻線への通電を順次転流させることによりブラシレスDCモータを起動することから、ステータに対する磁極判別用の界磁電流の通電を不要とし、ステータに通電される電流が相対的に高温状態のブラシレスDCモータに対する所定の許容範囲以内の上限電流を超えてしまうことで永久磁石が過剰に減磁されてしまうことを防止しつつ、内燃機関を的確に始動させることができる。
According to the brushless DC motor control device having the above configuration, the magnetic pole discrimination current changing means is set so that the field axis current increases as the rotor magnet temperature increases. Along with the increase, even if the magnetic flux density of the permanent magnet is changed to a decreasing tendency, it is possible to prevent the determination accuracy of the magnetic pole determination process from decreasing.
Further, when the magnet temperature exceeds a predetermined threshold temperature, the starting means starts the brushless DC motor by forcibly commutating, that is, sequentially energizing the stator winding regardless of the magnetic pole position of the rotor. Therefore, it is unnecessary to apply a field current for magnetic pole discrimination to the stator, and the current supplied to the stator exceeds the upper limit current within a predetermined allowable range for the brushless DC motor in a relatively high temperature state. The internal combustion engine can be accurately started while preventing the permanent magnet from being demagnetized excessively.

さらに、請求項に記載の本発明のブラシレスDCモータの制御装置では前記磁石温度が所定閾温度(例えば、実施の形態での第1閾温度T1)を超えた場合に、車両に搭載された始動装置により前記内燃機関を始動させる始動手段(例えば、実施の形態でのステップS02)を備えることを特徴としている。 Furthermore, in the brushless DC motor control device according to the third aspect of the present invention , when the magnet temperature exceeds a predetermined threshold temperature (for example, the first threshold temperature T1 in the embodiment), it is mounted on the vehicle. And a starting means (for example, step S02 in the embodiment) for starting the internal combustion engine by the starting device.

上記構成のブラシレスDCモータの制御装置によれば、磁極判別電流変更手段は、ロータの磁石温度が増大することに伴い、界磁軸電流が増大するように設定することから、ロータの磁石温度が増大することに伴い、永久磁石の磁束密度が低下傾向に変化した場合であっても、磁極判別処理の判別精度が低下してしまうことを防止することができる。
さらに始動手段は、磁石温度が所定閾温度を超えた場合には、ブラシレスDCモータにより内燃機関を始動させずに、車両に搭載された他の始動装置により内燃機関を始動させることから、ブラシレスDCモータを起動する際のステータに対する磁極判別用の界磁電流の通電を不要とし、ステータに通電される電流が相対的に高温状態のブラシレスDCモータに対する所定の許容範囲以内の上限電流を超えてしまうことで永久磁石が過剰に減磁されてしまうことを防止しつつ、内燃機関を的確に始動させることができる。
According to the brushless DC motor control device having the above configuration, the magnetic pole discrimination current changing means is set so that the field axis current increases as the rotor magnet temperature increases. Along with the increase, even if the magnetic flux density of the permanent magnet is changed to a decreasing tendency, it is possible to prevent the determination accuracy of the magnetic pole determination process from decreasing.
Further, when the magnet temperature exceeds a predetermined threshold temperature, the starting means does not start the internal combustion engine by the brushless DC motor but starts the internal combustion engine by another starting device mounted on the vehicle. When starting the motor, it is not necessary to apply a field current for magnetic pole discrimination to the stator, and the current supplied to the stator exceeds the upper limit current within a predetermined allowable range for the brushless DC motor in a relatively high temperature state. Thus, the internal combustion engine can be started accurately while preventing the permanent magnet from being demagnetized excessively.

請求項1に記載の本発明のブラシレスDCモータの制御装置によれば、ロータの磁石温度が増大することに伴い、永久磁石の磁束密度が低下傾向に変化した場合であっても、磁極判別処理の判別精度が低下してしまうことを防止することができる。
さらにステータに対する磁極判別用の界磁電流の通電を不要とし、ステータに通電される電流が相対的に高温状態のブラシレスDCモータに対する所定の許容範囲以内の上限電流を超えてしまうことで永久磁石が過剰に減磁されてしまうことを防止しつつ、ブラシレスDCモータを的確に起動することができる。
さらに、請求項および請求項に記載の本発明のブラシレスDCモータの制御装置によれば、ブラシレスDCモータを起動する際のステータに対する磁極判別用の界磁電流の通電を不要とし、ステータに通電される電流が相対的に高温状態のブラシレスDCモータに対する所定の許容範囲以内の上限電流を超えてしまうことで永久磁石が過剰に減磁されてしまうことを防止しつつ、内燃機関を的確に始動させることができる。
According to the brushless DC motor control device of the first aspect of the present invention, even if the magnetic flux density of the permanent magnet changes to a decreasing tendency as the magnet temperature of the rotor increases, the magnetic pole discrimination processing It can be prevented that the discrimination accuracy is reduced.
Furthermore , it is not necessary to apply a field current for determining the magnetic pole to the stator, and the current supplied to the stator exceeds the upper limit current within a predetermined allowable range for the brushless DC motor in a relatively high temperature state, so that the permanent magnet Is prevented from being excessively demagnetized, and the brushless DC motor can be accurately started.
Further, according to the brushless DC motor control device of the present invention described in claim 2 and claim 3, it is not necessary to supply a field current for magnetic pole discrimination to the stator when starting the brushless DC motor, and While preventing the permanent magnet from being demagnetized excessively when the energized current exceeds the upper limit current within a predetermined allowable range for the brushless DC motor in a relatively high temperature state, the internal combustion engine is accurately Can be started.

以下、本発明のブラシレスDCモータの制御装置の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
(ロータ位置検出の原理)
先ず、以下に、ロータ位置検出の原理について説明する。なお、以下の説明では、数式等において文字(例えば、θ)の上にハット記号(^)を付与したものは、文字の右横にハット記号(^)を付与したもの(θ^)と同等である。
Embodiments of a brushless DC motor control apparatus according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
(Principle of rotor position detection)
First, the principle of rotor position detection will be described below. In the following description, a mathematical expression or the like in which a hat symbol (^) is added on a character (for example, θ) is equivalent to a character in which a hat symbol (^) is added on the right side of the character (θ ^). It is.

図1(a)に示すように、ブラシレスDCモータ1に突極型のロータ2を備えた場合、ロータ2とU相,V相,W相の各電機子3、4、5間のギャップの磁気抵抗は周期的に変化し、この変化はロータ2が1回転する間に2回、すなわちロータ2が半回転する間に1周期分変化する。そして、ギャップの磁気抵抗は、ロータ2が図中Aの位置となったときに最大となり、ロータ2が図中Bの位置となったときに最小となる。   As shown in FIG. 1A, when the brushless DC motor 1 includes a salient pole type rotor 2, the gap between the rotor 2 and the U-phase, V-phase, and W-phase armatures 3, 4, and 5 The magnetic resistance changes periodically, and this change changes twice during one rotation of the rotor 2, that is, one cycle while the rotor 2 makes a half rotation. The magnetic resistance of the gap is maximized when the rotor 2 is in the position A in the figure, and is minimized when the rotor 2 is in the position B in the figure.

そして、ギャップの磁気抵抗の1周期あたりの平均値が「0.5」であると仮定すると、U相,V相,W相の各相における磁気抵抗Ru、Rv、Rwは、以下の(1)式〜(3)式で示される。   Assuming that the average value of the magnetoresistance of the gap per cycle is “0.5”, the magnetoresistances Ru, Rv, and Rw in the U phase, V phase, and W phase are as follows (1 ) To (3).

Figure 0004668017
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Figure 0004668017
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ここで、U相からみたギャップの磁気抵抗Rguは、以下の(4)式により求めることができる。   Here, the magnetic resistance Rgu of the gap as viewed from the U phase can be obtained by the following equation (4).

Figure 0004668017
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このため、U相が単位巻線であると仮定すると、U相の自己インダクタンスLuは以下の(5)式により求めることができる。   Therefore, assuming that the U-phase is a unit winding, the U-phase self-inductance Lu can be obtained by the following equation (5).

Figure 0004668017
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また、U相,W相間の相互インダクタンスMuwと、U相,V相間の相互インダクタンスMuvは、磁気回路の構成より、それぞれ以下の(6)式、(7)式により求めることができる。   The mutual inductance Muw between the U phase and the W phase and the mutual inductance Muv between the U phase and the V phase can be obtained from the following equations (6) and (7), respectively, from the configuration of the magnetic circuit.

Figure 0004668017
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V相,W相についても、同様にして自己インダクタンスと相互インダクタンスを求めることができ、これらにより、突極性を有するブラシレスDCモータ1の電圧方程式は、各相の自己インダクタンスの直流分をlとし、このlの変動分をΔl、各相間の相互インダクタンスの直流分をmとすると、以下の(8)式で表すことができる。   Similarly, the self-inductance and the mutual inductance can be obtained for the V-phase and the W-phase. Accordingly, the voltage equation of the brushless DC motor 1 having saliency sets the direct current component of the self-inductance of each phase to l, If the fluctuation of l is Δl and the direct current of the mutual inductance between the phases is m, it can be expressed by the following equation (8).

Figure 0004668017
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ここで、Vu,Vv,VwはそれぞれU相,V相,W相の電機子に印加される電圧、Iu,Iv,IwはそれぞれU相,V相,W相の各電機子3、4、5に流れる電流、rはU相,V相,W相の各電機子3、4、5の電気抵抗、ωはロータ2の電気角速度、Keは誘起電圧定数である。   Here, Vu, Vv, and Vw are voltages applied to U-phase, V-phase, and W-phase armatures, respectively, and Iu, Iv, and Iw are U-phase, V-phase, and W-phase armatures 3, 4, 5, r is the electrical resistance of the U-phase, V-phase, and W-phase armatures 3, 4, and 5, ω is the electrical angular velocity of the rotor 2, and Ke is the induced voltage constant.

更に、電気角速度ωがほぼ「0」で、誘起電圧やロータ2の角速度変化による影響が小さく、抵抗rによる電圧降下が無視できる程度である場合には、上記(8)式は、以下の(9)式により近似することができる。   Furthermore, when the electrical angular velocity ω is substantially “0”, the influence of the induced voltage and the change in the angular velocity of the rotor 2 is small, and the voltage drop due to the resistance r is negligible, the above equation (8) can be expressed by the following ( It can be approximated by equation (9).

Figure 0004668017
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ここで、上記(9)式を相間電流、相関電圧による式に変形すると、以下の(10)式が得られる。   Here, when the above equation (9) is transformed into an equation based on the interphase current and the correlation voltage, the following equation (10) is obtained.

Figure 0004668017
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また、上記(10)式のインダクタンス行列は正則であるので、上記(10)式を以下の(11)式、(12)式の形に変形することができる。   Further, since the inductance matrix of the above equation (10) is regular, the above equation (10) can be transformed into the following equations (11) and (12).

Figure 0004668017
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Figure 0004668017
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また、ブラシレスDCモータ1をいわゆるdq座標系で扱う場合は、ロータ角度(つまり所定の基準回転位置からのロータ2の磁極の回転角度)の推定値(θ^)を用いて、以下の(13)式、(14)式で表される3相/dq変換を上記(11)式に施すと、ロータ角度の推定値(θ^)と実際値(θ)が等しい(θ^=θ)場合、以下の(15)式が得られる。なお、下記(15)式において、各インダクタンスLd,Lqは、以下の(16)式、(17)式で記述される。   Further, when the brushless DC motor 1 is handled in a so-called dq coordinate system, the following (13) is used by using an estimated value (θ ^) of the rotor angle (that is, the rotation angle of the magnetic pole of the rotor 2 from a predetermined reference rotation position). ), When the three-phase / dq conversion expressed by the equation (14) is applied to the above equation (11), the estimated value (θ ^) of the rotor angle and the actual value (θ) are equal (θ ^ = θ). The following equation (15) is obtained. In the following equation (15), the inductances Ld and Lq are described by the following equations (16) and (17).

Figure 0004668017
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ここで、上記(11)式におけるロータ角度(θ)が、ロータ角度の実際値から(θe)だけずれた推定値である場合には、この推定値を用いて3相/dq変換されたId^,Iq^,Vd^,Vq^と、ロータ角度の実際値を用いて変換されたId,Iq,Vd,Vqとの間に、以下の(18)式、(19)式の関係が成り立つ。   Here, when the rotor angle (θ) in the above equation (11) is an estimated value deviated by (θe) from the actual value of the rotor angle, Id that has been three-phase / dq converted using this estimated value The relationship of the following formulas (18) and (19) holds between ^, Iq ^, Vd ^, Vq ^ and Id, Iq, Vd, Vq converted using the actual values of the rotor angle. .

Figure 0004668017
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Figure 0004668017
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但し、θeはロータ角度の実際値と推定値の位相差とする。従って、以下の(20)式の関係式が導かれる。   However, θe is the phase difference between the actual value and the estimated value of the rotor angle. Therefore, the following relational expression (20) is derived.

Figure 0004668017
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そして、上記(8)式の場合と同様に、電気角速度ωがほぼ「0」で、誘起電圧およびロータ2の角度変化による影響が小さく、抵抗rによる電圧降下も無視できる程度である場合は、上記(20)式は、以下の(21)式で近似することができる。   As in the case of the above equation (8), when the electrical angular velocity ω is substantially “0”, the influence of the induced voltage and the change in the angle of the rotor 2 is small, and the voltage drop due to the resistance r is negligible. The above equation (20) can be approximated by the following equation (21).

Figure 0004668017
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また、上記(21)式における微分期間(dt)を制御サイクルの長さ(Δt)とし、適宜の制御サイクルにおいて、ブラシレスDCモータ1のロータ角度の推定値(θ^)に基づいて3相/dq変換処理を行ったときの、この制御サイクルにおけるd軸電圧とq軸電圧を{Vd(1),Vq(1)}とし、d軸実電流とq軸実電流の変化量を{ΔId(1),ΔIq(1)}とすると、上記(21)式は以下の(22)式の形で表される。   Further, the differential period (dt) in the above equation (21) is set to the length (Δt) of the control cycle, and in an appropriate control cycle, based on the estimated value (θ ^) of the rotor angle of the brushless DC motor 1, When the dq conversion process is performed, the d-axis voltage and the q-axis voltage in this control cycle are {Vd (1), Vq (1)}, and the amount of change between the d-axis actual current and the q-axis actual current is {ΔId ( 1), ΔIq (1)}, the above equation (21) is expressed in the form of the following equation (22).

Figure 0004668017
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同様に、次の制御サイクルにおけるd軸電圧とq軸電圧を{Vd(2),Vq(2)}とし、d軸実電流とq軸実電流の変化量を{ΔId(2),ΔIq(2)}とすると、上記(21)式は以下の(23)式の形で表される。   Similarly, the d-axis voltage and the q-axis voltage in the next control cycle are {Vd (2), Vq (2)}, and the amount of change between the d-axis actual current and the q-axis actual current is {ΔId (2), ΔIq ( 2)}, the above expression (21) is expressed in the form of the following expression (23).

Figure 0004668017
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そして、所定周期中にn個の制御サイクルが含まれるものとし、これに応じて基本電圧列データが以下の(24)式に示すようにn個のデータにより設定され、変調用係数をs(k)(k=1,2,…,所定周期の時系列番号)とすると、検査用電圧は以下の(25)式の形で表される。   Then, it is assumed that n control cycles are included in the predetermined period, and the basic voltage string data is set by n pieces of data as shown in the following equation (24), and the modulation coefficient is set to s ( k) (k = 1, 2,..., time series number of a predetermined period), the inspection voltage is expressed in the form of the following equation (25).

Figure 0004668017
Figure 0004668017

Figure 0004668017
Figure 0004668017

但し、Hdq^(x)は検査用電圧の重畳を開始してからx番目の制御サイクルにおける検査用電圧の出力レベル、iは検査用電圧の1周期における制御サイクルの時系列番号(i=1,2,…,n)、kは検査用電圧の周期の時系列番号(k=1,2,…)、Hd^(x)は検査用電圧の重畳を開始してからx番目の制御サイクルにおける検査用電圧の出力レベルのd軸成分、Hq^(x)は検査用電圧の重畳を開始してからx番目の制御サイクルにおける検査用電圧の出力レベルのq軸成分とした。   Where Hdq ^ (x) is the output level of the test voltage in the xth control cycle after the start of superimposition of the test voltage, and i is the time series number of the control cycle in one cycle of the test voltage (i = 1) , 2,..., N), k is the time series number of the cycle of the test voltage (k = 1, 2,...), And Hd ^ (x) is the xth control cycle after the superposition of the test voltage is started. The d-axis component of the output level of the inspection voltage at Hq ^ (x) is the q-axis component of the output level of the inspection voltage in the xth control cycle after the superposition of the inspection voltage is started.

一方、ブラシレスDCモータ1に対する通電制御では、d軸指令電流(Id_c)とd軸実電流(Id_s)との偏差を小さくするようにして、d軸フィードバック電圧(Vd_fb)を、例えば以下の(26)式により算出し、同様に、q軸指令電圧(Iq_c)とq軸実電流(Iq_s)との偏差を小さくするようにして、q軸フィードバック電圧(Vq_fb)を以下の(27)式により算出する。   On the other hand, in the energization control to the brushless DC motor 1, the deviation between the d-axis command current (Id_c) and the d-axis actual current (Id_s) is reduced so that the d-axis feedback voltage (Vd_fb) is, for example, (26 In the same manner, the deviation between the q-axis command voltage (Iq_c) and the q-axis actual current (Iq_s) is reduced, and the q-axis feedback voltage (Vq_fb) is calculated by the following expression (27). To do.

Figure 0004668017
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Figure 0004668017
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この場合、制御サイクル間における検査用電圧(Hdq)の差分電圧を以下の(28)式のように設定し、以下の(29)式、(30)式の演算により次の制御サイクルのd軸電圧とq軸電圧{Vd^(2),Vq^(2)}を設定することによって、前回の制御サイクルにおけるd軸電圧に対する今回の制御サイクルにおけるd軸フィードバック電圧の差分電圧(dVd_fb)及び前回の制御サイクルにおけるq軸電圧に対する今回の制御サイクルにおけるq軸電圧の差分電圧(dVq_fb)を成分とする電圧ベクトルの方向を、今回の制御サイクルにおける前回の制御サイクルからのd軸検査用電圧の差分電圧(k1)及びq軸検査用電圧の差分電圧(k2)を成分とする電圧ベクトルの方向に制限することができる。
但し、Vd_oldは前回の制御サイクルにおけるd軸電圧、Vq_oldは前回の制御サイクルにおけるq軸電圧とした。
In this case, the differential voltage of the test voltage (Hdq) between the control cycles is set as in the following equation (28), and the d-axis of the next control cycle is calculated by the following equations (29) and (30). By setting the voltage and the q-axis voltage {Vd ^ (2), Vq ^ (2)}, the difference voltage (dVd_fb) of the d-axis feedback voltage in the current control cycle relative to the d-axis voltage in the previous control cycle and the previous time The direction of the voltage vector whose component is the difference voltage (dVq_fb) of the q-axis voltage in the current control cycle relative to the q-axis voltage in the current control cycle is the difference in the d-axis inspection voltage from the previous control cycle in the current control cycle. It is possible to limit the direction of the voltage vector having the voltage (k1) and the difference voltage (k2) between the q-axis inspection voltage as components.
However, Vd_old is the d-axis voltage in the previous control cycle, and Vq_old is the q-axis voltage in the previous control cycle.

Figure 0004668017
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Figure 0004668017
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Figure 0004668017
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このため、上記(22)式と(23)式を辺々減算すると、以下の(31)式が得られる。   For this reason, when the above formulas (22) and (23) are subtracted side by side, the following formula (31) is obtained.

Figure 0004668017
Figure 0004668017

そして、上記(31)式を変形して以下の(32)式が得られ、所定周期中のn個の制御サイクルのそれぞれに対する(32)式をまとめると、以下の(33)式が得られる。   Then, the following expression (32) is obtained by modifying the above expression (31), and the following expression (33) is obtained by summing up the expression (32) for each of the n control cycles in the predetermined period. .

Figure 0004668017
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Figure 0004668017
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上記(33)式において、n>1であるとき、行列Cは、ゼロベクトルでない独立な電圧ベクトル{dV(i),dV(j)、1≦i≦n,1≦j≦n,i≠j}が2個以上あれば列フルランクであり、ブラシレスDCモータ1のロータ角度の実際値(θ)と推定値(θ^)との位相差(θe=θ−θ^)の2倍角の正弦値に応じた正弦参照値(Vs^)と、位相差(θe)の2倍角の余弦値に応じた余弦参照値(Vc^)の最小2乗推定値が以下の(34)式により算出できる。   In the above equation (33), when n> 1, the matrix C is an independent voltage vector {dV (i), dV (j), 1 ≦ i ≦ n, 1 ≦ j ≦ n, i ≠. If j} is 2 or more, it is a full rank rank, and is a double angle of the phase difference (θe = θ−θ ^) between the actual value (θ) of the rotor angle of the brushless DC motor 1 and the estimated value (θ ^). The least square estimated value of the sine reference value (Vs ^) corresponding to the sine value and the cosine reference value (Vc ^) corresponding to the cosine value of the double angle of the phase difference (θe) is calculated by the following equation (34). it can.

Figure 0004668017
Figure 0004668017

そして、正弦余弦値(Vs^)と余弦参照値(Vc^)とから、例えば以下の(35)式により位相差(θe)を算出して、ロータ角度の実際値(θ=θ^+θe)を算出することができる。   Then, from the sine cosine value (Vs ^) and the cosine reference value (Vc ^), for example, the phase difference (θe) is calculated by the following equation (35), and the actual value of the rotor angle (θ = θ ^ + θe) Can be calculated.

Figure 0004668017
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ここで、行列Cは基本電圧列パターンの関数であり、この成分が一定となるため、上記(34)式における行列D^の成分を予め算出しておくことができる。また、上記(34)式における係数s’(k)は、以下の(36)式のように表されるが、√{(dHd(i))2+(dHq(i))2}は、基本電圧列パターンのデータと変調用係数とにより算出することができる。   Here, the matrix C is a function of the basic voltage string pattern, and since this component is constant, the component of the matrix D ^ in the above equation (34) can be calculated in advance. In addition, the coefficient s ′ (k) in the above equation (34) is expressed as the following equation (36). √ {(dHd (i)) 2+ (dHq (i)) 2} It can be calculated from the voltage string pattern data and the modulation coefficient.

Figure 0004668017
Figure 0004668017

このため、所定周期内での各制御サイクルにおける、検出電流の変化量から算出される検出電流の2階差分(ddIdq^)と、d軸フィードバック電圧及びq軸フィードバック電圧に基づく変調用係数{s(k)}の補正値{s’(k)}と、予め算出された行列Dの成分とを用いた簡易な演算処理により、ブラシレスDCモータ1のロータ角度を算出することができる。   For this reason, the modulation coefficient {s based on the second-order difference (ddIdq ^) of the detected current calculated from the change amount of the detected current in each control cycle within the predetermined period, the d-axis feedback voltage, and the q-axis feedback voltage. The rotor angle of the brushless DC motor 1 can be calculated by a simple calculation process using the correction value {s ′ (k)} of (k)} and the components of the matrix D calculated in advance.

また、このようにd軸フィードバック電圧とq軸フィードバック電圧を制限することにより、検査用電圧を重畳する際に、d軸電流及びq軸電流のフィードバック制御に対する干渉が生じることを抑制することができる。このため、例えば干渉を抑制するために電流フィードバック系にローパスフィルタを適用する処理が不要となり、ローパスフィルタを適用した場合にロータ角度検出の応答性が悪化することを防止することができる。   In addition, by limiting the d-axis feedback voltage and the q-axis feedback voltage in this way, it is possible to suppress the occurrence of interference with the feedback control of the d-axis current and the q-axis current when the inspection voltage is superimposed. . For this reason, the process which applies a low-pass filter to a current feedback system, for example in order to suppress interference becomes unnecessary, and it can prevent that the responsiveness of rotor angle detection deteriorates when a low-pass filter is applied.

(装置構成)
次に、ブラシレスDCモータ1を制御するブラシレスDCモータの制御装置10について説明する。
この実施形態によるブラシレスDCモータの制御装置10(以下、単に、モータ制御装置10と呼ぶ)は、例えばハイブリッド車両に内燃機関と共に駆動源として搭載されるブラシレスDCモータ1(以下、単に、モータ1と呼ぶ)を駆動制御するものであって、このモータ1は、内燃機関と直列に直結され、界磁に利用する永久磁石を有するロータ2と、このロータ2を回転させる回転磁界を発生する3相(U相,V相,W相)の各電機子3,4,5とを備えて構成されている。
(Device configuration)
Next, the brushless DC motor control device 10 for controlling the brushless DC motor 1 will be described.
A brushless DC motor control device 10 (hereinafter simply referred to as a motor control device 10) according to this embodiment includes, for example, a brushless DC motor 1 (hereinafter simply referred to as a motor 1) mounted on a hybrid vehicle as a drive source together with an internal combustion engine. The motor 1 is directly connected in series with the internal combustion engine, and has a rotor 2 having a permanent magnet used for a field, and a three-phase that generates a rotating magnetic field that rotates the rotor 2. (U phase, V phase, W phase) armatures 3, 4 and 5 are provided.

図2に示したモータ制御装置10は、図1に示した突極型のモータ1の電機子3、4、5に流れる電流をフィードバック制御するフィードバック回路であって、モータ1をロータ2の界磁極の磁束方向であるq軸上にあるq軸電機子と、q軸と直交するd軸上にあるd軸電機子とを有するdq座標系による等価回路に変換して扱う。   The motor control device 10 shown in FIG. 2 is a feedback circuit that feedback-controls the current flowing through the armatures 3, 4, 5 of the salient pole type motor 1 shown in FIG. This is converted into an equivalent circuit using a dq coordinate system having a q-axis armature on the q-axis that is the magnetic flux direction of the magnetic pole and a d-axis armature on the d-axis orthogonal to the q-axis.

これにより、モータ制御装置10は、制御部11から与えられるd軸指令電流(Id_c)とq軸指令電流(Iq_c)とに応じて、d軸電機子に流れる電流(以下、d軸電流と呼ぶ)と、q軸電機子に流れる電流(以下、q軸電流と呼ぶ)とをフィードバック制御する。   As a result, the motor control device 10 determines the current flowing through the d-axis armature (hereinafter referred to as the d-axis current) according to the d-axis command current (Id_c) and the q-axis command current (Iq_c) given from the control unit 11. ) And a current flowing through the q-axis armature (hereinafter referred to as a q-axis current).

具体的には、モータ制御装置10は、d軸電機子への印加電圧(以下、d軸電圧(Vd)と呼ぶ)とq軸電機子への印加電圧(以下、q軸電圧(Vq)と呼ぶ)とを、モータ1のU相,V相,W相の3相の電機子3,4,5に印加する駆動電圧の指令電圧(Vu_c,Vv_c,Vw_c)に変換するdq−3相変換部20と、検査用電圧(Hd^,Hq^)を生成する検査用電圧重畳部21と、指令電圧(Vu_c,Vv_c,Vw_c)に応じた駆動電圧(Vu,Vv,Vw)がモータ1のU相,V相,W相の各相の電機子3,4,5にそれぞれ印加されるように複数のスイッチング素子をブリッジ接続したインバータ回路により構成されたパワードライブユニット(PDU)22とを備える。   Specifically, the motor control device 10 determines the voltage applied to the d-axis armature (hereinafter referred to as d-axis voltage (Vd)) and the voltage applied to the q-axis armature (hereinafter referred to as q-axis voltage (Vq)). Dq-3 phase conversion for converting the drive voltage command voltages (Vu_c, Vv_c, Vw_c) applied to the three-phase armatures 3, 4, 5 of the U phase, V phase, and W phase of the motor 1 Unit 20, inspection voltage superimposing unit 21 for generating inspection voltages (Hd ^, Hq ^), and drive voltages (Vu, Vv, Vw) corresponding to command voltages (Vu_c, Vv_c, Vw_c) And a power drive unit (PDU) 22 configured by an inverter circuit in which a plurality of switching elements are bridge-connected so as to be applied to the armatures 3, 4 and 5 of the U-phase, V-phase, and W-phase, respectively.

更に、モータ制御装置10は、モータ1のU相の電機子3に流れる電流を検出するU相電流センサ23と、モータ1のW相の電機子5に流れる電流を検出するW相電流センサ24と、U相電流センサ23の検出電流値(Iu_s)とW相電流センサ24の検出電流値(Iw_s)とに応じてd軸電流の検出値であるd軸実電流(Id_s)とq軸電流の検出値であるq軸実電流(Iq_s)とを算出する3相−dq変換部26と、モータ1のロータ角度(θ)を検出する角度検出部25と、d軸とq軸との間で干渉し合う速度起電力成分を相殺してd軸及びq軸を独立して制御するために、d軸及びq軸に対する各干渉成分を相殺するd軸補償項及びq軸補償項を算出する非干渉演算部27と、ロータ2に具備される永久磁石の温度(磁石温度)TMを検出するモータ温度検出部28と、磁極判別電流指令部29とを備える。
さらに、磁極判別電流指令部29は、例えば図3に示すように、駆動方式選定部41と、磁極判別電流指令値演算部42とを備えて構成されている。
Further, the motor control device 10 includes a U-phase current sensor 23 that detects a current flowing through the U-phase armature 3 of the motor 1 and a W-phase current sensor 24 that detects a current flowing through the W-phase armature 5 of the motor 1. The d-axis actual current (Id_s) and the q-axis current, which are detected values of the d-axis current, according to the detected current value (Iu_s) of the U-phase current sensor 23 and the detected current value (Iw_s) of the W-phase current sensor 24 Between the d-axis and the q-axis, the three-phase-dq converter 26 that calculates the q-axis actual current (Iq_s) that is the detected value of the motor, the angle detector 25 that detects the rotor angle (θ) of the motor 1, In order to cancel the velocity electromotive force components that interfere with each other and control the d-axis and the q-axis independently, a d-axis compensation term and a q-axis compensation term that cancel each interference component with respect to the d-axis and the q-axis are calculated. The non-interference calculation unit 27 and the temperature of the permanent magnet provided in the rotor 2 (magnet temperature ) Provided with a motor temperature detector 28 for detecting a TM, and a magnetic pole determination current command unit 29.
Further, the magnetic pole discriminating current command unit 29 includes, for example, a drive system selecting unit 41 and a magnetic pole discriminating current command value calculating unit 42 as shown in FIG.

モータ制御装置10は、d軸指令電流(Id_c)からd軸実電流(Id_s)を第1演算器31で減算し、この減算結果に第1のPI演算部32でPI(比例積分)処理を施し、第1加算器33でd軸補償項を加算して、d軸指令電流(Id_c)とd軸実電流(Id_s)の偏差に応じたd軸フィードバック電圧(Vd_fb)を生成する。また、モータ制御装置10は、同様にして、q軸指令電流(Iq_c)からq軸実電流(Iq_s)を第2演算器34で減算し、この減算結果に第2のPI演算部35でPI処理を施し、第2加算器36でq軸補償項を加算して、q軸指令電流(Iq_c)とq軸実電流(Iq_s)との偏差に応じたq軸フィードバック電圧(Vq_fb)を生成する。   The motor control device 10 subtracts the d-axis actual current (Id_s) from the d-axis command current (Id_c) by the first calculator 31, and performs a PI (proportional integration) process on the subtraction result by the first PI calculator 32. Then, the first adder 33 adds the d-axis compensation term to generate a d-axis feedback voltage (Vd_fb) corresponding to the deviation between the d-axis command current (Id_c) and the d-axis actual current (Id_s). Similarly, the motor control device 10 subtracts the q-axis actual current (Iq_s) from the q-axis command current (Iq_c) by the second computing unit 34, and the second PI computing unit 35 subtracts the subtraction result from the PI calculation unit 35. The second adder 36 adds the q-axis compensation term to generate a q-axis feedback voltage (Vq_fb) corresponding to the deviation between the q-axis command current (Iq_c) and the q-axis actual current (Iq_s). .

そして、モータ制御装置10は、d軸フィードバック電圧(Vd_fb)とq軸フィードバック電圧(Vq_fb)とに、第3加算器37及び第4加算器38において後述する検査用電圧(Hd^)及び検査用電圧(Hq^)を加算し、d軸電圧(Vd)及びq軸電圧(Vq)としてdq−3相変換部20に入力する。これにより、バッテリを直流電源とするパワードライブユニット22を介して、d軸指令電流(Id_c)とd軸実電流(Id_s)との偏差、及び、q軸指令電流(Iq_c)とq軸実電流(Iq_s)との偏差を小さくする3相電圧(Vu,Vv,Vw)がモータ1の電機子3,4,5に印加されて、モータ1の電機子3,4,5に流れる各電流がフィードバック制御される。   Then, the motor control device 10 uses the third adder 37 and the fourth adder 38 to check the test voltage (Hd ^) and the test for the d-axis feedback voltage (Vd_fb) and the q-axis feedback voltage (Vq_fb). The voltage (Hq ^) is added and input to the dq-3 phase converter 20 as a d-axis voltage (Vd) and a q-axis voltage (Vq). As a result, the deviation between the d-axis command current (Id_c) and the d-axis actual current (Id_s), and the q-axis command current (Iq_c) and the q-axis actual current ( Iq_s) is applied to the armatures 3, 4, 5 of the motor 1 to reduce the deviation from the current Iq_s), and each current flowing through the armatures 3, 4, 5 of the motor 1 is fed back. Be controlled.

ここで、dq−3相変換部20においてd軸電圧(Vd)とq軸電圧(Vq)を3相の電圧指令(Vu_c,Vv_c,Vw_c)に変換する際には、モータ1のロータ角度(θ)が必要となる。また、3相−dq変換部26においてU相電流センサ23の検出電流値(Iu_s)とW相電流センサ24の検出電流値(Iw_s)をd軸実電流(Id_s)とq軸実電流(Iq_s)に変換する際にも、モータ1のロータ角度(θ)が必要となる。   Here, when the dq-3 phase converter 20 converts the d-axis voltage (Vd) and the q-axis voltage (Vq) into three-phase voltage commands (Vu_c, Vv_c, Vw_c), the rotor angle of the motor 1 ( θ) is required. In the three-phase-dq converter 26, the detected current value (Iu_s) of the U-phase current sensor 23 and the detected current value (Iw_s) of the W-phase current sensor 24 are converted into the d-axis actual current (Id_s) and the q-axis actual current (Iq_s). ) Also requires the rotor angle (θ) of the motor 1.

そこで、モータ制御装置10は、レゾルバ等の位置検出センサを用いずに、第3加算器37において検査用電圧重畳部21によりd軸電圧(Vd_fb)に検査用電圧(Hd^)を重畳し、また、第4加算器38において検査用電圧重畳部21によりq軸電圧(Vq_fb)に検査用電圧(Hq^)を重畳したときに、モータ1のロータ角度の推定値(θ^)に基づいて3相−dq変換部26により算出されたd軸実電流(Id_s^)及びq軸実電流(Iq_s^)を用いて、モータ1のロータ角度(θ)を検出する。従って、上述のように、dq−3相変換部20へは、d軸電圧(Vd_fb)に検査用電圧(Hd^)が重畳されたd軸電圧(Vd)と、q軸電圧(Vq_fb)に検査用電圧(Hq^)が重畳されたq軸電圧(Vq)とが入力される。   Therefore, the motor control device 10 superimposes the inspection voltage (Hd ^) on the d-axis voltage (Vd_fb) by the inspection voltage superimposing unit 21 in the third adder 37 without using a position detection sensor such as a resolver, Further, when the inspection voltage (Hq ^) is superimposed on the q-axis voltage (Vq_fb) by the inspection voltage superimposing unit 21 in the fourth adder 38, based on the estimated value (θ ^) of the rotor angle of the motor 1. The rotor angle (θ) of the motor 1 is detected using the d-axis actual current (Id_s ^) and the q-axis actual current (Iq_s ^) calculated by the three-phase-dq converter 26. Therefore, as described above, the dq-3 phase conversion unit 20 is supplied to the d-axis voltage (Vd) obtained by superimposing the test voltage (Hd ^) on the d-axis voltage (Vd_fb) and the q-axis voltage (Vq_fb). The q-axis voltage (Vq) on which the inspection voltage (Hq ^) is superimposed is input.

(ロータ角度の検出処理)
次に、モータ制御装置10におけるロータ角度(θ)の検出処理の詳細について説明する。なお、モータ1のロータ角度の推定値(θ^)の初期値は「0」とする。
まず、検査用電圧重畳部21は、図4(a)に示したように、モータ制御装置10の制御サイクル(Δt)のn周期分を1周期とする検査用電圧Hdq^(Hd^,Hq^)を、以下の(37)式により生成する。
(Rotor angle detection process)
Next, details of the rotor angle (θ) detection process in the motor control device 10 will be described. The initial value of the estimated value (θ ^) of the rotor angle of the motor 1 is “0”.
First, as illustrated in FIG. 4A, the inspection voltage superimposing unit 21 performs the inspection voltage Hdq ^ (Hd ^, Hq) in which n periods of the control cycle (Δt) of the motor control device 10 are one period. ^) Is generated by the following equation (37).

Figure 0004668017
Figure 0004668017

但し、Hdq^(x)は検査用電圧の重畳を開始してからx番目の制御サイクルにおける検査用電圧の出力レベル、iは検査用電圧の1周期における制御サイクルの時系列番号(i=1,2,…,n)、kは検査用電圧の周期の時系列番号(k=1,2,…)、Hd^(x)は検査用電圧の重畳を開始してからx番目の制御サイクルにおける検査用電圧の出力レベルのd軸成分、Hq^(x)は検査用電圧の重畳を開始してからx番目の制御サイクルにおける検査用電圧の出力レベルのq軸成分、s(k)は時系列番号kの周期における変調信号(s)の値(変調用係数に相当)、dhdq^(x)は検査用電圧の重畳を開始してからx番目の制御サイクルにおける基本電圧列データ、dhd^(x)は検査用電圧の重畳を開始してからx番目の制御サイクルにおける基本電圧列データのd軸成分、dhq^(x)は検査用電圧の重畳を開始してからx番目の制御サイクルにおける基本電圧列データのq軸成分とする。   Where Hdq ^ (x) is the output level of the test voltage in the xth control cycle after the start of superimposition of the test voltage, and i is the time series number of the control cycle in one cycle of the test voltage (i = 1) , 2,..., N), k is the time series number of the cycle of the test voltage (k = 1, 2,...), And Hd ^ (x) is the xth control cycle after the superposition of the test voltage is started. The d-axis component of the output level of the inspection voltage at H, and Hq ^ (x) is the q-axis component of the output level of the inspection voltage in the xth control cycle after the start of superimposition of the inspection voltage, and s (k) is The value of the modulation signal (s) in the period of the time series number k (corresponding to the modulation coefficient), dhdq ^ (x) is the basic voltage string data in the xth control cycle after starting to superimpose the inspection voltage, dhd ^ (X) is the number x after superimposing the inspection voltage d-axis component of the fundamental voltage column data in the control cycle, and DHQ ^ (x) is q-axis component of the fundamental voltage column data in the x-th control cycle from the start of superimposition of the test voltage.

なお、基本電圧列データ[dhdq^={dhdq^(1),dhdq^(2),…,dhdq^(n)}]のデータは、予めメモリ(図示しない)に記憶されている。また、変調信号(s)のデータ{s(1),s(2),…}は、予めメモリに記憶してもよく、信号処理でよく使用されるM系列等の手法を用いて生成してもよい。更に、基本電圧列データ[dhdq^={dhdq^(1),dhdq^(2),…,dhdq^(n)}]は、以下の(38)式に示したように、1周期における平均が0となるように設定されている。   The basic voltage string data [dhdq ^ = {dhdq ^ (1), dhdq ^ (2),..., Dhdq ^ (n)}] is stored in advance in a memory (not shown). Further, the data {s (1), s (2),...} Of the modulation signal (s) may be stored in a memory in advance, and generated using a technique such as an M-sequence that is often used in signal processing. May be. Further, the basic voltage string data [dhdq ^ = {dhdq ^ (1), dhdq ^ (2), ..., dhdq ^ (n)}] is an average in one period as shown in the following equation (38). Is set to 0.

Figure 0004668017
Figure 0004668017

この場合、上記(37)式に示したように、変調信号(s)は検査用電圧(Hdq^)の1周期毎に変更されるため、検査用電圧(Hdq^)の1周期(T)における電圧レベルの平均は「0」となる。そして、これにより、d軸電圧(Vd)及びq軸電圧(Vq)のレベルが次第に高くなって、モータ1の電機子電流のフィードバック制御系に影響を及ぼすことが抑制される。   In this case, since the modulation signal (s) is changed for each cycle of the test voltage (Hdq ^) as shown in the above equation (37), one cycle (T) of the test voltage (Hdq ^). The average voltage level at “0” is “0”. As a result, the levels of the d-axis voltage (Vd) and the q-axis voltage (Vq) gradually increase, and the influence on the feedback control system of the armature current of the motor 1 is suppressed.

そして、角度検出部25は、検査用電圧重畳部21により検査用電圧(Hd^,Hq^)が重畳されたときに、各制御サイクル{t(1)〜t(n)}において、モータ1のロータ角度の推定値(θ^)に基づいて3相−dq変換部26により算出されるd軸実電流及びq軸実電流を用いてモータ1のロータ角度を検出する。   Then, the angle detection unit 25 detects the motor 1 in each control cycle {t (1) to t (n)} when the inspection voltage (Hd ^, Hq ^) is superimposed by the inspection voltage superimposing unit 21. The rotor angle of the motor 1 is detected using the d-axis actual current and the q-axis actual current calculated by the three-phase-dq converter 26 based on the estimated value (θ ^) of the rotor angle.

ここで、検査用電圧(Hd^,Hq^)のk番目の制御サイクルT(k)の制御サイクルt(i)におけるd軸実電流の2階差分とq軸実電流の2階差分を、以下の(39)式に示したようにそれぞれ「ddId^(i+k・n)」,「ddIq^(i+k・n)」とする。   Here, the second-order difference of the d-axis actual current and the second-order difference of the q-axis actual current in the control cycle t (i) of the k-th control cycle T (k) of the test voltages (Hd ^, Hq ^) As shown in the following equation (39), it is assumed that “ddId ^ (i + k · n)” and “ddIq ^ (i + k · n)”, respectively.

Figure 0004668017
Figure 0004668017

また、検査用電圧(Hd^,Hq^)のk番目の周期T(k)の制御サイクルt(i)における変化量{dHd^(i+k・n),dHq(i+k・n)}は、上記(37)式により、以下の(40)式、(41)式で表される。   Further, the amount of change {dHd ^ (i + k · n), dHq (i + k · n)} in the control cycle t (i) of the k-th period T (k) of the test voltage (Hd ^, Hq ^) It is expressed by the following formulas (40) and (41) according to formula (37).

Figure 0004668017
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Figure 0004668017
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そして、第3加算器37と第4加算器38は、第1演算器31及び第1のPI演算部35により上記(26)式によって算出されるd軸フィードバック電圧(Vd_fb)の前回の制御サイクルにおけるd軸電圧(Vd)に対する差分電圧(dVd_fb)と、第2演算器34及び第2のPI演算部35により上記(27)式によって算出されるq軸フィードバック電圧(Vq_fb)の前回の制御サイクルにおけるq軸電圧(Vq)に対する差分電圧(Vq_fb)とを成分とする電圧ベクトルの方向を、検査用電圧の差分電圧{dHd^(i+k・n),dHq^(i+k・n)}を成分とする電圧ベクトルの方向に制限するため、以下の(42)式、(43)式の演算により算出したd軸電圧(Vd)とq軸電圧(Vq)をdq−3相変換部20に出力する。   The third adder 37 and the fourth adder 38 are the previous control cycle of the d-axis feedback voltage (Vd_fb) calculated by the above equation (26) by the first calculator 31 and the first PI calculator 35. The previous control cycle of the differential voltage (dVd_fb) with respect to the d-axis voltage (Vd) and the q-axis feedback voltage (Vq_fb) calculated by the above equation (27) by the second calculator 34 and the second PI calculator 35 The direction of the voltage vector whose component is the difference voltage (Vq_fb) with respect to the q-axis voltage (Vq) in the component is the difference voltage {dHd ^ (i + k · n), dHq ^ (i + k · n)} of the test voltage The d-axis voltage (Vd) and the q-axis voltage (Vq) calculated by the calculation of the following equations (42) and (43) And outputs it to the section 20.

但し、k1はdHd^(i+k・n)、k2はdHd^(i+k・n)1、Vd_oldは前回の制御サイクルにおけるd軸電圧、Vq_oldは前回の制御サイクルにおけるq軸電圧とする。   However, k1 is dHd ^ (i + k · n), k2 is dHd ^ (i + k · n) 1, Vd_old is the d-axis voltage in the previous control cycle, and Vq_old is the q-axis voltage in the previous control cycle.

Figure 0004668017
Figure 0004668017

Figure 0004668017
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このため、前述の(32)式における行列c^(1)に対応する行列c^(i+k・n)は、以下の(44)式により表される。   For this reason, the matrix c ^ (i + k · n) corresponding to the matrix c ^ (1) in the above equation (32) is expressed by the following equation (44).

Figure 0004668017
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そして、図4(a)のTs{k−1番目の周期T(k−1)の制御サイクルt(i)〜k番目の周期T(k)の制御サイクルt(i)}において、前述の(32)式をまとめると、以下の(45)式の形で表すことができ、更に(45)式を変形して以下の(46)式、(47)式を得ることができる。   Then, in Ts {control cycle t (i) of the (k-1) th period T (k-1) to control cycle t (i) of the kth period T (k)} in FIG. Summarizing the equation (32), it can be expressed in the form of the following equation (45), and the equation (45) can be further modified to obtain the following equations (46) and (47).

Figure 0004668017
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Figure 0004668017
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Figure 0004668017
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ここで、図4(b)は、制御サイクルt(i−2)〜t(i+2)における検査用電圧(Hdq)と検出電流(Idq)の推移を示した時系列グラフである。制御サイクル期間t(i)における検出電流の変化量{dIdq^(i)}と制御サイクル期間t(i+1)における検出電流の変化量{dIdq^(i+1)}から、上記(39)式における検出電流の2階差分{ddIdq^(i)}を算出することができる。   Here, FIG. 4B is a time series graph showing transition of the inspection voltage (Hdq) and the detected current (Idq) in the control cycles t (i−2) to t (i + 2). From the change amount {dIdq ^ (i)} of the detected current in the control cycle period t (i) and the change amount {dIdq ^ (i + 1)} of the detected current in the control cycle period t (i + 1), the detection in the above equation (39). The second-order difference {ddIdq ^ (i)} of the current can be calculated.

一方、基本電圧列データ(dhdq^)に応じて算出される上記(44)式の行列c^(i)の成分は一定となる。従って、上記(46)式における行列C^の成分も一定となり、行列Cに基づいて算出される上記(47)式の行列D^の成分も一定となる。そのため、上記(47)式の行列D^の成分は、基本電圧列データ(dhdq^)により予め算出することができる。そこで、モータ制御装置10のメモリには、このようにして算出された行列D^の成分のデータが予め記憶されており、角度検出部25は、メモリに記憶された行列D^の成分のデータを用いて上記(47)式の演算を実行する。   On the other hand, the components of the matrix c ^ (i) in the above equation (44) calculated according to the basic voltage string data (dhdq ^) are constant. Therefore, the components of the matrix C ^ in the equation (46) are also constant, and the components of the matrix D ^ in the equation (47) calculated based on the matrix C are also constant. Therefore, the components of the matrix D ^ in the equation (47) can be calculated in advance from the basic voltage string data (dhdq ^). Therefore, the data of the matrix D ^ calculated in this way is stored in advance in the memory of the motor control apparatus 10, and the angle detection unit 25 stores the data of the matrix D ^ stored in the memory. The above equation (47) is calculated using.

この場合、角度検出部25は、行列D^の成分と各制御期間における検出電流の2階差分(ddIdq^)及び変調信号(s)を上記(31)式により補正したs’との簡易な演算によりロータ角度の実際値(θ)と推定値(θ^)との位相差(θe=θ−θ^)の2倍角に応じた正弦参照値(Vs^=L1sin2θe)と余弦参照値(Vc^=L1cos2θe)を算出することができる。そのため、正弦参照値(Vs^)と余弦参照値(Vc^)の算出時間を短縮することができる。   In this case, the angle detection unit 25 simply calculates the component of the matrix D ^, the second-order difference (ddIdq ^) of the detected current in each control period, and s' obtained by correcting the modulation signal (s) according to the above equation (31). A sine reference value (Vs ^ = L1sin2θe) and a cosine reference value (Vc) corresponding to a double angle of the phase difference (θe = θ−θ ^) between the actual value (θ) of the rotor angle and the estimated value (θ ^) by calculation. ^ = L1 cos 2θe) can be calculated. Therefore, the calculation time of the sine reference value (Vs ^) and the cosine reference value (Vc ^) can be shortened.

また、このように、d軸フィードバック電圧(Vd_fb)とq軸フィードバック電圧(Vq_fb)を成分とする電圧の方向を、検査用電圧の変化量{dHd^(i+k・n),dHq^(i+k・n)}を成分とする電圧ベクトル方向に制限した場合、検査用電圧の重畳による電流フィードバック系への干渉を少なくするために、電流フィードバックにローパスフィルタを施す必要がなくなる。そのため、電流フィードバック系の応答性を良好に維持することができる。   Further, in this way, the direction of the voltage having the d-axis feedback voltage (Vd_fb) and the q-axis feedback voltage (Vq_fb) as components is represented by the amount of change in test voltage {dHd ^ (i + k · n), dHq ^ (i + k · n)} as a component, the current feedback need not be subjected to a low-pass filter in order to reduce interference with the current feedback system due to the superimposition of the inspection voltage. Therefore, the response of the current feedback system can be maintained well.

そして、角度検出部25は、以下の(48)式によりモータ1のロータ角度の実際値(θ)と推定値(θ^)との位相差(θe)を算出して、ロータ角度(θ=θ^+θe)を検出する。   Then, the angle detector 25 calculates the phase difference (θe) between the actual value (θ) of the rotor angle of the motor 1 and the estimated value (θ ^) by the following equation (48), and the rotor angle (θ = θ ^ + θe) is detected.

Figure 0004668017
Figure 0004668017

また、以下の(49)式又は(50)式によるオブザーバの追従演算によって、ロータ角度の推定値(θ^)を、推定誤差(θe)が0に収束するように修正して、ロータ角度を検出することもできる。   In addition, the estimated value (θ ^) of the rotor angle is corrected so that the estimated error (θe) converges to 0 by the follow-up calculation of the observer by the following equation (49) or (50), and the rotor angle is It can also be detected.

Figure 0004668017
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Figure 0004668017
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また、上記(49)式、(50)式のoffsetの値を変更することによって、検出されるロータ角度の位相を強制的にずらして、検出誤差を減少させることができる。   Further, by changing the offset value in the above equations (49) and (50), the phase of the detected rotor angle can be forcibly shifted to reduce the detection error.

なお、上記(50)式における√(Vs^2+Vc^2)の演算に要する時間が増大ずる場合には、以下の(51)式により近似してもよい。   In addition, when the time required for the calculation of √ (Vs ^ 2 + Vc ^ 2) in the above equation (50) increases, it may be approximated by the following equation (51).

Figure 0004668017
Figure 0004668017

また、本実施の形態では、検査用電圧重畳部21は、上記(37)式により、前回の制御サイクルにおける検査用電圧{Hdq(i−1+k・n)}に、基本電圧列データ{dhdq^(i−1)}と変調信号{s(k)}との乗算値を加算して、今回の制御サイクルにおける検査用電圧{Hdq^(i+k・n)}を算出したが、予め変調信号{s(k}の値が設定されている場合には、基本電圧列データも既知であるので、検査用電圧(Hdq^)を予め算出することができる。   In the present embodiment, the inspection voltage superimposing unit 21 uses the basic voltage string data {dhdq ^ to the inspection voltage {Hdq (i−1 + k · n)} in the previous control cycle according to the above equation (37). (I-1)} and the modulation signal {s (k)} are added to calculate the test voltage {Hdq ^ (i + k · n)} in the current control cycle. When the value of s (k} is set, since the basic voltage string data is also known, the inspection voltage (Hdq ^) can be calculated in advance.

この場合は、以下の(52)式、(53)式により、d軸電圧(Vd)とq軸電圧(Vq)を算出することができる。   In this case, the d-axis voltage (Vd) and the q-axis voltage (Vq) can be calculated by the following equations (52) and (53).

Figure 0004668017
Figure 0004668017

Figure 0004668017
Figure 0004668017

そして、以下の(54)式、(55)式により、前回の制御サイクルに対する今回の制御サイクルのd軸電圧の差分電圧(Vd(i+k・n)−Vd_old)とq軸電圧の差分電圧(Vq(i+k・n)−Vq_old)を成分とする電圧ベクトルの方向を、前回の制御サイクルに対する今回の検査用電圧の差分電圧(k1,k2)の方向に制限することができる。   Then, according to the following formulas (54) and (55), the differential voltage (Vd (i + k · n) −Vd_old) of the d-axis voltage and the q-axis voltage of the current control cycle with respect to the previous control cycle (Vq) The direction of the voltage vector having (i + k · n) −Vq_old) as a component can be limited to the direction of the differential voltage (k1, k2) of the current test voltage with respect to the previous control cycle.

Figure 0004668017
Figure 0004668017

Figure 0004668017
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但し、Vd_oldは前回の制御サイクルにおけるd軸電圧、Vq_oldは前回の制御サイクルにおけるq軸電圧とする。そのため、この場合は、第3加算器37と第4加算器38は、d軸電圧(Vd)とq軸電圧(Vq)を、以下の(56)式により算出して、電流フィードバックの結果を検査用電圧の差分電圧(k1,k2)の方向に制限することができる。   However, Vd_old is a d-axis voltage in the previous control cycle, and Vq_old is a q-axis voltage in the previous control cycle. Therefore, in this case, the third adder 37 and the fourth adder 38 calculate the d-axis voltage (Vd) and the q-axis voltage (Vq) by the following equation (56), and obtain the current feedback result. It can restrict | limit to the direction of the differential voltage (k1, k2) of the voltage for a test | inspection.

Figure 0004668017
Figure 0004668017

(磁極判別処理)
さらに、ロータ2の回転に伴うインダクタンス変動は、ロータ角度(θ)の1/2周期なので、上述の処理により算出されるロータ角度(θ)の演算値は、電気角0〜180[度]、または電気角180〜360[度]の両領域で同値となる。従って、モータ1の始動時に初期のロータ角度(θ)を電気角0〜360[度]の範囲で検出するには、ロータ2の磁極の向きを判別する磁極判別処理を実行し、ロータ角度(θ)の演算値が、電気角0〜180[度]、または電気角180〜360[度]のどちらの領域での値かを判定する必要がある。
(Magnetic pole discrimination processing)
Furthermore, since the inductance fluctuation accompanying the rotation of the rotor 2 is a half cycle of the rotor angle (θ), the calculated value of the rotor angle (θ) calculated by the above-described process is an electrical angle of 0 to 180 [degrees], Or it becomes the same value in both regions of electrical angles 180 to 360 [degrees]. Therefore, in order to detect the initial rotor angle (θ) in the electric angle range of 0 to 360 [degrees] when the motor 1 is started, the magnetic pole discrimination process for discriminating the direction of the magnetic pole of the rotor 2 is executed, and the rotor angle ( It is necessary to determine whether the calculated value of θ) is a value in an electrical angle range of 0 to 180 [degrees] or an electrical angle of 180 to 360 [degrees].

例えば、ある位置にロータ2を固定して、この時にq軸電機子に電流を流してq軸方向(ロータ2の磁石の磁束方向)に磁界を生じさせると、以下に示す2通りの事象の発生が考えられる。
(1)「電流により生じた磁界の向き=磁石により生じる磁界の向き」の場合、磁界が飽和状態となるため、U相,V相,W相の各相の自己インダクタンス直流分lの変動分Δlが大きくなる。
(2)「電流により生じた磁界の向き≠磁石により生じる磁界の向き」の場合、磁界が非飽和状態となるため、U相,V相,W相の各相の自己インダクタンス直流分lの変動分Δlが小さくなる。
For example, if the rotor 2 is fixed at a certain position and a current is passed through the q-axis armature at this time to generate a magnetic field in the q-axis direction (the magnetic flux direction of the magnet of the rotor 2), the following two events will occur. Occurrence is considered.
(1) In the case of “the direction of the magnetic field generated by the current = the direction of the magnetic field generated by the magnet”, since the magnetic field is saturated, the variation of the self-inductance DC component l of each phase of the U phase, V phase, and W phase Δl increases.
(2) In the case of “the direction of the magnetic field generated by the current ≠ the direction of the magnetic field generated by the magnet”, since the magnetic field is in an unsaturated state, fluctuations in the self-inductance DC component l of each phase of the U phase, V phase, and W phase The minute Δl becomes smaller.

この現象は、ある位置にロータ2を固定して、この時にq軸電機子に正方向と負方向の電流を流してq軸方向(ロータ2の磁石の磁束方向)に磁界を生じさせる場合にも同様であって、
(1)「正方向電流により生じた磁界の向き=磁石により生じる磁界の向き」の場合、磁界が飽和状態となるため、U相,V相,W相の各相の自己インダクタンス直流分lの変動分Δlが大きくなる。
(2)「負方向電流により生じた磁界の向き≠磁石により生じる磁界の向き」の場合、磁界が非飽和状態となるため、U相,V相,W相の各相の自己インダクタンス直流分lの変動分Δlが小さくなる。
This phenomenon occurs when the rotor 2 is fixed at a certain position, and currents in the positive and negative directions are supplied to the q-axis armature to generate a magnetic field in the q-axis direction (the magnetic flux direction of the magnet of the rotor 2). Is the same,
(1) In the case of “the direction of the magnetic field generated by the positive current = the direction of the magnetic field generated by the magnet”, since the magnetic field is saturated, the self-inductance DC component l of each phase of the U phase, V phase, and W phase The variation Δl increases.
(2) In the case of “the direction of the magnetic field generated by the negative direction current ≠ the direction of the magnetic field generated by the magnet”, since the magnetic field is in an unsaturated state, the self-inductance DC component l of each phase of the U phase, V phase, and W phase The fluctuation amount Δl of becomes smaller.

従って、U相,V相,W相の各相の自己インダクタンス直流分lの変動分Δlの値により変化する前述の(34)式で算出される余弦参照値(Vc^)を、正方向電流に基づくΔlと負方向電流に基づくΔlのそれぞれから算出して大きさを比較することで、ロータ2が電気角0〜180[度]、または電気角180〜360[度]のどちらの領域に存在するかを判断することができる。   Therefore, the cosine reference value (Vc ^) calculated by the above-described equation (34) that changes depending on the value of the variation Δl of the self-inductance DC component l of each phase of the U phase, the V phase, and the W phase is the positive direction current. Is calculated from each of Δl based on the current and Δl based on the negative direction current, and the magnitudes are compared, so that the rotor 2 can be in either the electrical angle 0 to 180 [degrees] or the electrical angle 180 to 360 [degrees] region. It can be determined whether it exists.

具体的には、例えば正方向電流に基づくΔl値により算出される余弦参照値(Vc^)をVc1、負方向電流に基づくΔl値により算出される余弦参照値(Vc^)をVc2とすると、磁極判別計算結果「A=Vc1−Vc2」と定義した場合、磁極判別計算結果Aの正負により、ロータ2が電気角0〜180[度]、または電気角180〜360[度]のどちらの領域に存在するかを判断することができる。例えば図5に示すように、実際のロータ角度(θ)=75[度]であっても、実際のロータ角度(θ)=255[度]であっても、両方ともロータ角度(θ)の演算値は75[度]と算出されるので、磁極判別計算結果Aの正負により、例えば磁極判別計算結果Aが負の場合はロータ角度(θ)=75[度]、例えば磁極判別計算結果Aが正の場合はロータ角度(θ)=255[度]と判定する。   Specifically, for example, if the cosine reference value (Vc ^) calculated from the Δl value based on the positive current is Vc1, and the cosine reference value (Vc ^) calculated based on the Δl value based on the negative current is Vc2, When the magnetic pole discrimination calculation result “A = Vc1−Vc2” is defined, depending on whether the magnetic pole discrimination calculation result A is positive or negative, the rotor 2 has either an electrical angle of 0 to 180 degrees or an electrical angle of 180 to 360 degrees. Can be determined. For example, as shown in FIG. 5, whether the actual rotor angle (θ) = 75 [degrees] or the actual rotor angle (θ) = 255 [degrees], both of the rotor angles (θ) Since the calculated value is calculated to be 75 [degrees], depending on whether the magnetic pole discrimination calculation result A is positive or negative, for example, when the magnetic pole discrimination calculation result A is negative, the rotor angle (θ) = 75 [degrees], for example, the magnetic pole discrimination calculation result A Is positive, it is determined that the rotor angle (θ) = 255 [degrees].

磁極判別電流指令部29は、上述した磁極判別処理においてq軸方向(ロータ2の磁石の磁束方向)に磁界を生じさせるためにq軸電機子に通電される電流に対する磁極判別電流指令をモータ温度検出部28により検出される磁石温度TMに応じて設定すると共に、イグニッションスイッチがオン状態に設定された車両の始動時あるいは車両のアイドル停止状態からの復帰時等での内燃機関の始動時において、磁極判別処理の実行の要否および内燃機関の駆動方法を磁石温度TMに応じて設定する。   The magnetic pole discriminating current command unit 29 outputs a magnetic pole discriminating current command for the current supplied to the q-axis armature to generate a magnetic field in the q-axis direction (the magnetic flux direction of the magnet of the rotor 2) in the magnetic pole discrimination process described above. At the time of starting the internal combustion engine at the time of starting the vehicle with the ignition switch set to the on state or returning from the idling stop state, etc. The necessity of execution of the magnetic pole discrimination process and the driving method of the internal combustion engine are set according to the magnet temperature TM.

例えば、磁極判別電流指令部29の駆動方式選定部41は、磁石温度TMが所定の第1閾温度T1以上となる高温状態の場合には、イグニッションスイッチがオン状態に設定された車両の始動時あるいは車両のアイドル停止状態からの復帰時等での内燃機関の始動時において、磁極判別処理の実行を禁止すると共に、強制転流つまりロータ2の磁極位置には関わらずに各電機子3、4、5への通電を順次転流させることによりモータ1を起動して、あるいは、車両に搭載された他の始動装置9により、内燃機関を始動させることを指示するスタータ駆動指令を制御部11に出力する。   For example, when the magnet temperature TM is in a high temperature state where the magnet temperature TM is equal to or higher than the predetermined first threshold temperature T1, the drive method selection unit 41 of the magnetic pole discrimination current command unit 29 is configured to start the vehicle with the ignition switch set to the on state. Alternatively, at the time of starting the internal combustion engine, such as when the vehicle is returned from the idle stop state, execution of the magnetic pole discrimination processing is prohibited, and each armature 3, 4, regardless of the forced commutation, that is, the magnetic pole position of the rotor 2. The starter drive command for instructing to start the internal combustion engine is started to the control unit 11 by starting the motor 1 by sequentially commutating the energization to 5 or by another starting device 9 mounted on the vehicle. Output.

一方、磁石温度TMが所定の第1閾温度T1未満となる場合には、駆動方式選定部41は、磁極判別処理の実行を指示すると共に、検知されたロータ2の磁極の向きおよびロータ角度(θ)に応じてモータ1を駆動するための駆動指令を磁極判別電流指令値演算部42に出力する。
磁極判別電流指令値演算部42は、磁極判別処理においてq軸電機子に通電される電流に対する磁極判別電流指令を磁石温度TMに応じて設定しており、例えば磁石温度TMが所定の第1閾温度T1よりも低い所定の第2閾温度T2以上となる場合には、この磁石温度TMの増大に伴い、界磁軸電流が増大するように設定するために、q軸指令電流(Iq_c)に加算される所定の補正電流指令値I1を設定し、この補正電流指令値I1を磁極判別電流指令として第2演算器34に出力する。これにより、第2演算器34では、q軸指令電流Iq_cに補正電流指令値I1が加算された値(Iq_c+I1)が、新たにq軸指令電流Iq_cとして設定される。
一方、磁石温度TMが所定の第1閾温度T1よりも低い所定の第2閾温度T2未満となる場合には、磁極判別電流指令値演算部42は、補正電流指令値I1をゼロとし、第2演算器34において、制御部11から入力されるq軸指令電流Iq_cが補正されないように設定する。
On the other hand, when the magnet temperature TM is lower than the predetermined first threshold temperature T1, the drive method selection unit 41 instructs execution of the magnetic pole discrimination process, and also detects the direction of the magnetic pole of the rotor 2 and the rotor angle ( In response to θ), a drive command for driving the motor 1 is output to the magnetic pole discrimination current command value calculation unit 42.
The magnetic pole discriminating current command value calculation unit 42 sets a magnetic pole discriminating current command for the current supplied to the q-axis armature in the magnetic pole discriminating process according to the magnet temperature TM. For example, the magnet temperature TM is a predetermined first threshold value. When the temperature is equal to or higher than a predetermined second threshold temperature T2 lower than the temperature T1, the q-axis command current (Iq_c) is set to increase the field axis current as the magnet temperature TM increases. A predetermined correction current command value I1 to be added is set, and this correction current command value I1 is output to the second calculator 34 as a magnetic pole discrimination current command. Thereby, in the second calculator 34, a value (Iq_c + I1) obtained by adding the correction current command value I1 to the q-axis command current Iq_c is newly set as the q-axis command current Iq_c.
On the other hand, when the magnet temperature TM is lower than the predetermined second threshold temperature T2 lower than the predetermined first threshold temperature T1, the magnetic pole discrimination current command value calculation unit 42 sets the correction current command value I1 to zero, 2 The calculator 34 is set so that the q-axis command current Iq_c input from the control unit 11 is not corrected.

なお、イグニッションスイッチがオン状態に設定された車両の始動時あるいは車両のアイドル停止状態からの復帰時等でのモータ1の始動時に実行される一連の処理では、先ず、初期のロータ角度(θ)が角度検出部25により検出され、ロータ2の初期位置候補として設定される。
次に、設定された初期位置候補に応じた界磁軸方向の一方および他方に向かう各方向に沿って順次磁界を発生させるための界磁軸電圧(つまり検査用電圧(Hq^))が検査用電圧重畳部21によりq軸電機子に印加(つまりq軸フィードバック電圧(Vq_fb)に加算)される。
In a series of processes executed at the time of starting the motor 1 such as at the time of starting the vehicle with the ignition switch set to the on state or returning from the idling stop state of the vehicle, first, the initial rotor angle (θ) Is detected by the angle detector 25 and set as an initial position candidate of the rotor 2.
Next, a field axis voltage (that is, an inspection voltage (Hq ^)) for sequentially generating a magnetic field along each direction toward one and the other in the field axis direction corresponding to the set initial position candidate is inspected. Applied to the q-axis armature by the voltage superimposing unit 21 (that is, added to the q-axis feedback voltage (Vq_fb)).

そして、角度検出部25によりロータ角度(θ)が検出されると共に、上記数式(34)に基づいて算出される正方向電流に基づくΔl値により算出される余弦参照値(Vc^)=Vc1、および、負方向電流に基づくΔl値により算出される余弦参照値(Vc^)=Vc2に基づき、磁極判別計算結果「A=Vc1−Vc2」が算出され、この磁極判別計算結果Aの正負により、ロータ2の磁極の向きが、電気角0〜180[度]または電気角180〜360[度]の何れの領域での値に対応するかが検知される。
そして、検知された磁極の向きおよびこの時点で角度検出部25により検出されるロータ角度(θ)に応じてモータ1を駆動するための駆動指令が、d軸指令電流(Id_c)およびq軸指令電流(Iq_c)として制御部11から出力される。
Then, the rotor angle (θ) is detected by the angle detection unit 25, and the cosine reference value (Vc ^) = Vc1, which is calculated from the Δl value based on the positive current calculated based on the formula (34). And, based on the cosine reference value (Vc ^) = Vc2 calculated by the Δl value based on the negative direction current, the magnetic pole discrimination calculation result “A = Vc1−Vc2” is calculated. It is detected whether the direction of the magnetic pole of the rotor 2 corresponds to a value in an electrical angle of 0 to 180 [degrees] or an electrical angle of 180 to 360 [degrees].
A drive command for driving the motor 1 according to the detected direction of the magnetic pole and the rotor angle (θ) detected by the angle detection unit 25 at this time is a d-axis command current (Id_c) and a q-axis command. It is output from the control unit 11 as a current (Iq_c).

上述した実施形態によるモータ制御装置10は上記構成を備えており、次に、このモータ制御装置10の動作、特に、イグニッションスイッチがオン状態に設定された車両の始動時あるいは車両のアイドル停止状態からの復帰時等において実行される内燃機関始動処理について添付図面を参照しながら説明する。   The motor control device 10 according to the above-described embodiment has the above-described configuration. Next, the operation of the motor control device 10, particularly from the start of the vehicle in which the ignition switch is set to the on state or from the idle stop state of the vehicle. An internal combustion engine start process executed at the time of returning will be described with reference to the accompanying drawings.

先ず、図6に示すステップS01においては、磁石温度TMが所定の第1閾温度T1未満であるか否かを判定する。
この判定結果が「YES」の場合には、後述するステップS03に進む。
一方、この判定結果が「NO」の場合には、ステップS02に進む。
そして、ステップS02においては、ロータの永久磁石が高温状態であって磁極判別処理を実行した場合に永久磁石が減磁されてしまう虞があると判断して、磁極判別処理の実行を禁止し、強制転流つまりロータ2の磁極位置には関わらずに各電機子3、4、5への通電を順次転流させることによりモータ1を起動して、あるいは、車両に搭載された他の始動装置9により、内燃機関を始動させ、一連の処理を終了する。
First, in step S01 shown in FIG. 6, it is determined whether or not the magnet temperature TM is lower than a predetermined first threshold temperature T1.
If this determination is “YES”, the flow proceeds to step S 03 described later.
On the other hand, if this determination is “NO”, the flow proceeds to step S 02.
In step S02, it is determined that there is a risk that the permanent magnet may be demagnetized when the permanent magnet of the rotor is in a high temperature state and the magnetic pole determination process is executed, and the execution of the magnetic pole determination process is prohibited. Regardless of the forced commutation, that is, the magnetic pole position of the rotor 2, the motor 1 is started by sequentially commutating the energization to the armatures 3, 4, 5, or other starter mounted on the vehicle. In step 9, the internal combustion engine is started, and a series of processing ends.

また、ステップS03においては、磁極判別処理として、初期位置候補(つまり、角度検出部25により検出された初期のロータ角度(θ))に応じた界磁軸方向の一方および他方に向かう各方向に沿って順次磁界を発生させるための界磁軸電圧(つまり検査用電圧(Hq^))をq軸電機子に印加(つまりq軸フィードバック電圧(Vq_fb)に加算)する。
そして、ステップS04においては、磁石温度TMが所定の第1閾温度T1よりも小さい所定の第2閾温度T2未満であるか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、後述するステップS06に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS05に進む。
In step S03, as the magnetic pole discrimination processing, the initial position candidate (that is, the initial rotor angle (θ) detected by the angle detection unit 25) is set in each direction toward one and the other in the field axis direction. A field axis voltage (that is, a test voltage (Hq ^)) for generating a magnetic field sequentially is applied to the q-axis armature (that is, added to the q-axis feedback voltage (Vq_fb)).
In step S04, it is determined whether or not the magnet temperature TM is lower than a predetermined second threshold temperature T2 that is lower than a predetermined first threshold temperature T1.
If this determination is “NO”, the flow proceeds to step S 06 described later.
On the other hand, if this determination is “YES”, the flow proceeds to step S 05.

そして、ステップS05においては、制御部11から出力されるq軸指令電流(Iq_c)を変更せずに、ステップS07に進む。
また、ステップS06においては、制御部11から出力されるq軸指令電流Iq_cに所定の補正電流指令値I1を加算して得た値(Iq_c+I1)を、新たにq軸指令電流Iq_cとして設定し、ステップS07に進む。
In step S05, the process proceeds to step S07 without changing the q-axis command current (Iq_c) output from the control unit 11.
In step S06, a value (Iq_c + I1) obtained by adding a predetermined correction current command value I1 to the q-axis command current Iq_c output from the control unit 11 is newly set as a q-axis command current Iq_c. Proceed to step S07.

そして、ステップS07においては、角度検出部25によりロータ角度(θ)が検出されると共に、上記数式(34)に基づいて算出される正方向電流に基づくΔl値により算出される余弦参照値(Vc^)=Vc1、および、負方向電流に基づくΔl値により算出される余弦参照値(Vc^)=Vc2に基づき、磁極判別計算結果「A=Vc1−Vc2」が算出され、この磁極判別計算結果Aの正負により、ロータ2の磁極の向きが、電気角0〜180[度]または電気角180〜360[度]の何れの領域での値に対応するかが検知される。
そして、ステップS08においては、ロータ角度(θ)および磁極の向きに応じてモータ1を駆動するための駆動指令を出力し、モータ1を始動させると共に、このモータ1の駆動力によって内燃機関を始動させ、一連の処理を終了する。
In step S07, the rotor angle (θ) is detected by the angle detection unit 25, and the cosine reference value (Vc) calculated based on the Δl value based on the positive current calculated based on the formula (34). ^) = Vc1 and the magnetic pole discrimination calculation result “A = Vc1−Vc2” is calculated based on the cosine reference value (Vc ^) = Vc2 calculated by the Δl value based on the negative current, and this magnetic pole discrimination calculation result Based on the sign of A, it is detected whether the direction of the magnetic pole of the rotor 2 corresponds to a value in an electrical angle range of 0 to 180 [degrees] or an electrical angle of 180 to 360 [degrees].
In step S08, a drive command for driving the motor 1 is output according to the rotor angle (θ) and the magnetic pole direction, the motor 1 is started, and the internal combustion engine is started by the driving force of the motor 1. To end the series of processing.

上述したように、本実施形態によるブラシレスDCモータの制御装置10によれば、磁極判別電流指令部29は、ロータ2の磁石温度TMが増大することに伴い、界磁軸電流が増大するように設定することから、ロータ2の磁石温度TMが増大することに伴い、永久磁石の磁束密度が低下傾向に変化した場合であっても、磁極判別処理の判別精度が低下してしまうことを防止することができる。
さらに、イグニッションスイッチがオン状態に設定された車両の始動時あるいは車両のアイドル停止状態からの復帰時等での内燃機関の始動時において、磁極判別電流指令部29は、磁石温度TMが所定の第1閾温度T1以上となる場合には、磁極判別処理の実行を禁止し、強制転流つまりロータ2の磁極位置には関わらずに各電機子3、4、5への通電を順次転流させることによりモータ1を起動して、あるいは、車両に搭載された他の始動装置9により、内燃機関を始動させることから、各電機子3、4、5に対する磁極判別用の界磁電流の通電を不要とし、各電機子3、4、5に通電される電流が相対的に高温状態のモータ1に対する所定の許容範囲以内の上限電流を超えてしまうことでロータ2の永久磁石が過剰に減磁されてしまうことを防止しつつ、内燃機関を的確に始動させることができる。
As described above, according to the control apparatus 10 for the brushless DC motor according to the present embodiment, the magnetic pole discrimination current command unit 29 increases the field axis current as the magnet temperature TM of the rotor 2 increases. Therefore, even when the magnetic flux density of the permanent magnet changes to a decreasing tendency as the magnet temperature TM of the rotor 2 increases, the determination accuracy of the magnetic pole determination process is prevented from decreasing. be able to.
Further, when starting the internal combustion engine at the time of starting the vehicle with the ignition switch set to the on state or returning from the idling stop state of the vehicle, the magnetic pole discriminating current command unit 29 has the magnet temperature TM set to a predetermined value. When the temperature exceeds one threshold temperature T1, execution of the magnetic pole discrimination processing is prohibited, and energization to each armature 3, 4, 5 is sequentially commutated regardless of forced commutation, that is, the magnetic pole position of the rotor 2. Thus, the motor 1 is started, or the internal combustion engine is started by another starting device 9 mounted on the vehicle, so that the field current for magnetic pole discrimination is applied to the armatures 3, 4, 5. The permanent magnet of the rotor 2 is excessively demagnetized because the current supplied to the armatures 3, 4, and 5 exceeds the upper limit current within a predetermined allowable range for the motor 1 in a relatively high temperature state. Will be While preventing the door, it is possible to start the internal combustion engine accurately.

なお、上述した実施の形態においては、モータ温度検出部28により検出される磁石温度TMが磁極判別電流指令部29に入力されるとしたが、これに限定されず、例えば磁極判別電流指令部29において磁石温度TMを推定してもよい。
この上述した実施の形態の第1変形例において、磁極判別電流指令部29は、例えば図7に示すように、車両状態センサ51により検出される車両状態、例えばエンジン水温、エンジン油温、各電機子3、4、5のコイル温度、モータ回転数NM、誘起電圧等の各検出値およびタイマ53から出力される時間情報に基づき、適宜の推定処理により磁石温度TMを推定する温度推定部52と、駆動方式選定部41と、磁極判別電流指令値演算部42とを備えて構成される。
In the above-described embodiment, the magnet temperature TM detected by the motor temperature detection unit 28 is input to the magnetic pole discrimination current command unit 29. However, the present invention is not limited to this. For example, the magnetic pole discrimination current command unit 29 The magnet temperature TM may be estimated.
In the first modification of the above-described embodiment, the magnetic pole discriminating current command unit 29 is, for example, as shown in FIG. 7, the vehicle state detected by the vehicle state sensor 51, for example, the engine water temperature, the engine oil temperature, each electric machine A temperature estimation unit 52 for estimating the magnet temperature TM by an appropriate estimation process based on each detected value such as the coil temperature of the children 3, 4, 5, the motor rotation speed NM, the induced voltage, and the time information output from the timer 53; The drive system selection unit 41 and the magnetic pole discrimination current command value calculation unit 42 are configured.

なお、上述した実施の形態においては、磁極判別電流指令値演算部42は、磁石温度TMが所定の第1閾温度T1よりも低い所定の第2閾温度T2以上となる場合には、磁石温度TMが増大することに伴い、界磁軸電流が増大するように、q軸指令電流(Iq_c)に加算される所定の補正電流指令値I1を設定するとしたが、これに限定されず、磁石温度TMが増大することに伴い、界磁軸電流が増加傾向に変化するように設定してもよい。
この上述した実施の形態の第2変形例においては、例えば図8に示すように、上述した実施の形態でのステップS04の判定結果が「NO」の場合には、ステップS11に進み、このステップS11においては、予め設定された所定のマップに対するマップ検索あるいは所定の演算式による演算により、磁石温度TMに応じて変化する補正電流指令値I1を算出して、ステップS06に進む。この予め設定された所定のマップあるいは所定の演算式においては、磁石温度TMが増大することに伴い、補正電流指令値I1が増大傾向に変化するように設定されている。
In the above-described embodiment, the magnetic pole discrimination current command value calculation unit 42 determines that the magnet temperature TM is equal to or higher than the predetermined second threshold temperature T2 that is lower than the predetermined first threshold temperature T1. The predetermined correction current command value I1 added to the q-axis command current (Iq_c) is set so that the field axis current increases as TM increases. However, the present invention is not limited to this, and the magnet temperature It may be set so that the field axis current changes in an increasing trend as TM increases.
In the second modification of the above-described embodiment, for example, as shown in FIG. 8, when the determination result of step S04 in the above-described embodiment is “NO”, the process proceeds to step S11. In S11, a correction current command value I1 that changes according to the magnet temperature TM is calculated by map search for a predetermined map set in advance or by calculation using a predetermined arithmetic expression, and the process proceeds to step S06. In the predetermined map or the predetermined arithmetic expression set in advance, the correction current command value I1 is set to change in an increasing tendency as the magnet temperature TM increases.

本発明の実施形態に係るブラシレスDCモータの構成図及び等価回路を示す図である。It is a figure which shows the block diagram and equivalent circuit of the brushless DC motor which concern on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るブラシレスDCモータの制御装置の構成図である。It is a block diagram of the control apparatus of the brushless DC motor which concerns on embodiment of this invention. 図2に示す磁極判別電流指令部の構成図である。It is a block diagram of the magnetic pole discrimination | determination electric current instruction | command part shown in FIG. 本発明の実施形態に係るブラシレスDCモータの制御装置における検査用電圧の周期と検査用電圧及びdq軸電流の推移を示した図である。It is the figure which showed transition of the period of the voltage for an inspection, the voltage for an inspection, and dq axis current in the control device of the brushless DC motor concerning the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るブラシレスDCモータの制御装置において算出される磁極判別計算結果Aの正負とロータ角度(θ)の演算値との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the positive / negative of the magnetic pole discrimination | determination calculation result A calculated in the control apparatus of the brushless DC motor which concerns on embodiment of this invention, and the calculated value of rotor angle ((theta)). 本発明の実施形態に係るブラシレスDCモータの制御装置の動作、特に、内燃機関始動処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the control apparatus of the brushless DC motor which concerns on embodiment of this invention, especially an internal combustion engine starting process. 本発明の実施形態の第1変形例に係る磁極判別電流指令部の構成図である。It is a block diagram of the magnetic pole discrimination | determination electric current instruction | command part which concerns on the 1st modification of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の第2変形例に係るブラシレスDCモータの制御装置の動作、特に、内燃機関始動処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the control apparatus of the brushless DC motor which concerns on the 2nd modification of embodiment of this invention, especially an internal combustion engine starting process.

符号の説明Explanation of symbols

1 ブラシレスDCモータ
2 ロータ
3,4,5 電機子(ステータ巻線)
10 ブラシレスDCモータの制御装置
25 角度検出部(位置検出手段、磁極判別手段)
29 磁極判別電流指令部(磁極判別電流変更手段)
ステップS02 起動手段、始動手段
ステップS06 磁極判別電流変更手段

1 Brushless DC motor 2 Rotor 3, 4, 5 Armature (stator winding)
10 Brushless DC motor control device 25 Angle detection unit (position detection means, magnetic pole discrimination means)
29 Magnetic pole discrimination current command section (Magnetic pole discrimination current changing means)
Step S02 Starting means, starting means Step S06 Magnetic pole discrimination current changing means

Claims (3)

永久磁石式のロータを備えたブラシレスDCモータのステータ巻線に高調波電圧を印加し、該高周波電圧により発生したモータ電流から前記ロータの位置を検出する位置検出手段を備えるブラシレスDCモータの制御装置であって、
前記ロータの界磁方向に応じた磁極検出用電圧を前記ステータ巻線に印加して前記ロータの磁極の向きを判別する磁極判別手段と、
前記磁極判別手段による磁極判別処理の実行時に、前記ロータの磁石温度が増大することに伴い、界磁軸電流を増大させる磁極判別電流変更手段と
前記磁石温度が所定閾温度を超えた場合に、前記磁極判別手段による磁極判別処理の実行を禁止し、強制転流により前記ブラシレスDCモータを起動させる起動手段とを備え
前記磁極判別電流変更手段は、前記磁石温度が前記所定閾温度よりも低い第2閾温度以上の場合に、前記界磁軸電流を増大させており、
前記所定閾温度は、前記磁極判別処理の実行時に前記ステータ巻線に通電される電流により前記ロータの磁石が減磁される場合に対応する磁石温度であることを特徴とするブラシレスDCモータの制御装置。
Brushless DC motor control device comprising position detecting means for applying a harmonic voltage to a stator winding of a brushless DC motor having a permanent magnet rotor and detecting the position of the rotor from a motor current generated by the high frequency voltage Because
Magnetic pole determining means for applying a magnetic pole detection voltage corresponding to the magnetic field direction of the rotor to the stator winding to determine the direction of the magnetic pole of the rotor;
Magnetic pole discrimination current changing means for increasing the field axis current as the magnet temperature of the rotor increases during execution of the magnetic pole discrimination processing by the magnetic pole discrimination means ;
Starting means for prohibiting execution of magnetic pole discrimination processing by the magnetic pole discrimination means when the magnet temperature exceeds a predetermined threshold temperature, and starting the brushless DC motor by forced commutation ;
The magnetic pole discriminating current changing means increases the field axis current when the magnet temperature is equal to or higher than a second threshold temperature lower than the predetermined threshold temperature,
The control of the brushless DC motor, wherein the predetermined threshold temperature is a magnet temperature corresponding to a case where the magnet of the rotor is demagnetized by a current supplied to the stator winding when the magnetic pole discrimination process is executed. apparatus.
前記ロータは車両の駆動軸および内燃機関のクランク軸に連結され、前記ブラシレスDCモータは車両を走行駆動可能かつ前記内燃機関を始動可能であり、
前記磁極判別電流変更手段は、前記磁石温度が所定閾温度未満の場合に、前記ブラシレスDCモータを起動して該ブラシレスDCモータにより前記内燃機関を始動させる際の前記磁極判別手段による磁極判別処理の実行時に、前記ロータの磁石温度が増大することに伴い、界磁軸電流が増大するように設定することを特徴とする請求項1に記載のブラシレスDCモータの制御装置。
The rotor is connected to a drive shaft of a vehicle and a crankshaft of an internal combustion engine; the brushless DC motor is capable of driving the vehicle and starting the internal combustion engine;
The magnetic pole discriminating current changing means performs a magnetic pole discriminating process by the magnetic pole discriminating means when starting the brushless DC motor and starting the internal combustion engine by the brushless DC motor when the magnet temperature is lower than a predetermined threshold temperature. 2. The brushless DC motor control device according to claim 1 , wherein at the time of execution, the field axis current is set to increase as the magnet temperature of the rotor increases . 3.
前記磁石温度が所定閾温度を超えた場合に、車両に搭載された始動装置により前記内燃機関を始動させる始動手段を備えることを特徴とする請求項に記載のブラシレスDCモータの制御装置。 The brushless DC motor control device according to claim 2 , further comprising start means for starting the internal combustion engine by a start device mounted on a vehicle when the magnet temperature exceeds a predetermined threshold temperature .
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