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JP5418769B2 - Method for estimating electric angle of brushless motor and brushless motor - Google Patents

Method for estimating electric angle of brushless motor and brushless motor Download PDF

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JP5418769B2
JP5418769B2 JP2009173985A JP2009173985A JP5418769B2 JP 5418769 B2 JP5418769 B2 JP 5418769B2 JP 2009173985 A JP2009173985 A JP 2009173985A JP 2009173985 A JP2009173985 A JP 2009173985A JP 5418769 B2 JP5418769 B2 JP 5418769B2
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Description

本発明は、PWMを演算する際に用いる電気角を精度よく推定する方法および該電気角の推定を精度よく行うことができるブラシレスモータに関する。   The present invention relates to a method for accurately estimating an electrical angle used when calculating PWM and a brushless motor capable of accurately estimating the electrical angle.

近年、電気機器や電気自動車などの分野において、消費電力の低減、装置の小型化のために、動力源であるモータの小型化、効率向上は重要な課題の一つである。小型のモータには種々のものがあるが、特にブラシレスモータは、ノイズが少ないうえに寿命が長いという特性からOA機器に多く用いられている。   In recent years, in the fields of electric equipment and electric vehicles, miniaturization and improvement in efficiency of a motor that is a power source are one of the important issues in order to reduce power consumption and downsize devices. There are various types of small motors. In particular, brushless motors are often used in office automation equipment because of their low noise and long life.

ブラシレスモータは、その回転子に永久磁石が用いられ、固定子には多相の駆動電圧の印加により励磁されるコイルが配置されている。したがって、駆動電圧を多相で印加する際には、固定子に対する回転子の相対的な位置を把握することが必要になる。この回転子の位置を検知するセンサとしてホール素子を用いるものが一般的である。ホール素子は磁気センサとして磁界の強弱や磁極の判別作用があり、ホール素子を回転方向に沿って配置しておくことで、駆動電圧の多相切り換えを行うために必要な回転子の回転位置を検知することができる。   In the brushless motor, a permanent magnet is used for its rotor, and a coil that is excited by applying a multiphase drive voltage is disposed on the stator. Therefore, when applying the driving voltage in multiple phases, it is necessary to grasp the relative position of the rotor with respect to the stator. A sensor using a Hall element is generally used as a sensor for detecting the position of the rotor. The Hall element is a magnetic sensor that has the effect of discriminating the strength of the magnetic field and the magnetic pole. By arranging the Hall element along the direction of rotation, the rotational position of the rotor necessary for multi-phase switching of the drive voltage can be determined. Can be detected.

また、ブラシレスモータは、回転子の回転を制御するために、磁界を発生するコイルに流れる電流をPWMによって制御している。そして、その電流値を求めるときに回転子の回転角度すなわち電気角をパラメータの一つとして用いている。
特に画像形成装置の感光体などを駆動するモータでは、精度の高い回転制御(例えば0.数%程度の回転精度)が必要とされており、回転を制御するPWM演算においても正確な電気角の推定が望ましい。
Further, the brushless motor controls the current flowing in the coil that generates the magnetic field by PWM in order to control the rotation of the rotor. When the current value is obtained, the rotation angle of the rotor, that is, the electrical angle is used as one of the parameters.
In particular, a motor for driving a photoconductor of an image forming apparatus requires high-precision rotation control (for example, rotation accuracy of about several percent), and an accurate electrical angle is also calculated in PWM calculation for controlling rotation. Estimation is desirable.

電気角を求める方法としては、高分解能エンコーダを設置し該高分解能エンコーダの検知結果に基づいて、回転子の回転角度すなわち電気角を推定する方法が一般的である。
この他に、回転子が回転する際にコイルに発生する誘起電圧の変化を利用した統計的手法により、電気角を算出する方法(カルマンフィルタ推定法など)が知られている。
As a method for obtaining the electrical angle, a method of installing a high resolution encoder and estimating a rotation angle of the rotor, that is, an electrical angle based on a detection result of the high resolution encoder is generally used.
In addition to this, a method (such as a Kalman filter estimation method) for calculating an electrical angle by a statistical method using a change in induced voltage generated in a coil when the rotor rotates is known.

また、この他に、回転子の電気角及び位置センサの周期に対応する位相差並びに電圧位相指令を演算パラメータとしてROMに格納しておき、位置センサの変化周期に基づいてカウント周期が決定された時間カウンタのカウント値を読出して、該カウント値に対応する前記演算パラメータをROMから読み出し電圧位相を演算により求めることが可能な装置が提案されている(特許文献1参照)。該電圧位相の決定により前記コイルに流れる電流が決定される。   In addition, the phase difference corresponding to the electrical angle of the rotor and the cycle of the position sensor and the voltage phase command are stored in the ROM as calculation parameters, and the count cycle is determined based on the change cycle of the position sensor. There has been proposed an apparatus capable of reading the count value of the time counter, reading the calculation parameter corresponding to the count value from the ROM, and calculating the voltage phase by calculation (see Patent Document 1). The current flowing through the coil is determined by determining the voltage phase.

特開平9−74790号公報JP-A-9-74790

しかし、電気角の推定のために、高分解能エンコーダを用いる方法では、高価な高分解能エンコーダを必要とするため、モータコストが上昇してしまうという問題があり、また、エンコーダを取り付けるためのスペースが必要になり、小型化の障害になるという問題もある。
また、コイルの誘起電圧を利用した統計的手法の演算によって電気角を求める方法では、複雑な演算処理機能が要求されるため高価な演算装置を設けることが必要になり、コストが上昇してしまう問題がある。また、この演算装置を設置するためのスペースが必要であり、小型化の障害になる。さらに、小型モータに見られる磁極の多極構造では、磁極が一セクタを通過する時間が極めて短いため、演算結果の精度にも問題がある。例えば、3相DCブラシレスモータで、16極、回転速度3000rpmの場合、電気角1周期は、1/3000rpm/60sec/(16極/2)/6セクタ =1.157e−7sec となる。ベクトル制御を行う場合、この時間に対してさらに分割された角度補正が必要となり、上記演算によって精度の高い結果を得ることは難しい。
However, the method using a high-resolution encoder for estimating the electrical angle requires an expensive high-resolution encoder, resulting in a problem that the motor cost increases, and there is a space for mounting the encoder. There is also a problem that it becomes necessary and becomes an obstacle to miniaturization.
In addition, in the method of obtaining the electrical angle by the calculation of the statistical method using the induced voltage of the coil, a complicated calculation processing function is required, so it is necessary to provide an expensive calculation device, and the cost increases. There's a problem. Moreover, a space for installing this arithmetic unit is necessary, which is an obstacle to miniaturization. Furthermore, the multipole structure of magnetic poles found in small motors has a problem in accuracy of calculation results because the time for the magnetic poles to pass through one sector is extremely short. For example, in the case of a three-phase DC brushless motor having 16 poles and a rotational speed of 3000 rpm, one cycle of the electrical angle is 1/3000 rpm / 60 sec / (16 pole / 2) / 6 sector = 1.157e-7 sec. When performing vector control, it is necessary to perform angle correction further divided with respect to this time, and it is difficult to obtain a highly accurate result by the above calculation.

さらに、特許文献1に示される電圧位相の演算方法では、電圧位相は時間の変化に応じて線形に変化することを前提としており、相当に高価なモータでなければこの条件を満たすことは困難である。実際には、モータの負荷が変動すると、特に小型のモータでは回転にはムラが生じることがあるため、上記線形の関係を満足することは難しく、実用化に適していない。   Furthermore, the voltage phase calculation method disclosed in Patent Document 1 assumes that the voltage phase changes linearly with time, and it is difficult to satisfy this condition unless the motor is a fairly expensive motor. is there. Actually, when the motor load fluctuates, rotation may be uneven particularly in a small motor, so that it is difficult to satisfy the above linear relationship and it is not suitable for practical use.

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、ブラシレスモータの電気角を、高分解能エンコーダを要することなく、モータの構成に不可欠な機能を利用して低コストで精度よく推定することができる電気角の推定方法および該推定により高精度に回転制御を行うことができるブラシレスモータを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and accurately estimates the electrical angle of a brushless motor at a low cost by using functions essential to the configuration of the motor without requiring a high-resolution encoder. It is an object of the present invention to provide a method of estimating an electrical angle that can be performed and a brushless motor capable of performing rotation control with high accuracy by the estimation.

すなわち、本発明のブラシレスモータの電気角推定方法では、回転子を目標回転速度で回転させるPWM駆動電圧の演算に用いる電気角を、前記PWM駆動電圧における周期を利用して推定するブラシレスモータの電気角推定方法であって、
前記PWM駆動電圧における一周期の間に前記回転子が前記目標回転速度において回転する回転角度を基準電気角分解能とし、
前記回転子が回転している際のPWM駆動電圧のデューティーを用いて、該デューティーにおいて前記一または二以上のセクタを前記回転子が回転して通過する推定の通過時間を算出し、該推定通過時間内で前記PWM駆動電圧における周期が繰り返し可能な数を求め、該繰り返し数と前記一または二以上のセクタに亘る回転角度とを用いて、前記基準電気角分解能を補正した補正電気角分解能を算出し、該補正電気角分解能を用いて、前記電気角の推定を行うことを特徴とする。
また、他の本発明のブラシレスモータの電気角推定方法では、回転子を目標回転速度で回転させるPWM駆動電圧の演算に用いる電気角を、前記PWM駆動電圧における周期を利用して推定するブラシレスモータの電気角推定方法であって、
前記PWM駆動電圧における一周期の間に前記回転子が前記目標回転速度において回転する回転角度を基準電気角分解能とし、
前記回転子が回転している際のPWM駆動電圧のデューティーを用いて、前記目標回転速度を得るために必要とされる理論上の基準平均デューティーと、前記回転子が回転している際の平均デューティーとの偏差に基づいて、前記基準電気角分解能を補正した補正電気角分解能を算出し、該補正電気角分解能を用いて、前記電気角の推定を行うことを特徴とする。
That is, the brushless motor of the present invention in an electric angle estimation method, an electrical angle used for the operation of the PWM drive voltage for rotating the rotor at a target rotational speed, the PWM drive voltage of lube Rashiresumota be estimated by using the period of the An electrical angle estimation method ,
The rotation angle at which the rotor rotates at the target rotation speed during one period in the PWM drive voltage is set as a reference electrical angle resolution,
Using the duty of the PWM drive voltage when the rotor is rotating, the estimated passing time for the rotor to rotate through the one or more sectors at the duty is calculated, and the estimated passage A correction electric angle resolution obtained by correcting the reference electric angle resolution using the number of repetitions and the rotation angle over one or more sectors is obtained by determining the number of repeatable cycles in the PWM drive voltage within a time. The electrical angle is calculated using the corrected electrical angle resolution .
In another method of estimating the electrical angle of a brushless motor according to the present invention, the brushless motor that estimates the electrical angle used for the calculation of the PWM drive voltage for rotating the rotor at the target rotational speed using the period of the PWM drive voltage. An electrical angle estimation method of
The rotation angle at which the rotor rotates at the target rotation speed during one period in the PWM drive voltage is set as a reference electrical angle resolution,
Using the duty of the PWM drive voltage when the rotor is rotating, the theoretical reference average duty required to obtain the target rotation speed and the average when the rotor is rotating A corrected electrical angle resolution obtained by correcting the reference electrical angle resolution is calculated based on a deviation from a duty, and the electrical angle is estimated using the corrected electrical angle resolution.

本発明のブラシレスモータは、永久磁石により形成される複数の磁極を有する回転子と、駆動電圧の印加により励磁される複数のコイルを備える固定子と、前記回転子の、前記固定子に対する相対的な位置を検知する回転子位置検知センサと、前記コイルに、PWMキャリアを用いた多相のPWM駆動信号を印加する駆動回路と、前記回転子の回転速度を検出する回転速度検出器と、前記コイルに通電される電流値を検出する電流検出器と、
前記回転子の回転を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、前記回転子位置検知センサの検知結果を受けて複数のセクタからなる励磁シーケンスを決定するとともに、前記PWM駆動電圧における一周期の間に前記回転子が前記目標回転速度において回転する回転角度を基準電気角分解能とし、前記回転子が回転している際のPWM駆動電圧のデューティーを用いて、該デューティーにおいて前記一または二以上のセクタを前記回転子が回転して通過する推定の通過時間を算出し、該推定通過時間内で前記PWM駆動電圧における周期が繰り返し可能な数を求め、該繰り返し数と前記一または二以上のセクタに亘る回転角度とを用いて、前記基準電気角分解能を補正した補正電気角分解能を算出し、該補正電気角分解能を用いて前記回転子の電気角を推定し、少なくとも前記回転速度検出器および前記電流検出器の検出結果を受けて前記回転子の目標回転速度に応じて前記PWM駆動電圧を生成するための指令信号を前記電気角を用いて演算し、該指令信号を前記駆動回路に送信することを特徴とする。
他の本発明のブラシレスモータは、永久磁石により形成される複数の磁極を有する回転子と、駆動電圧の印加により励磁される複数のコイルを備える固定子と、前記回転子の、前記固定子に対する相対的な位置を検知する回転子位置検知センサと、前記コイルに、PWMキャリアを用いた多相のPWM駆動信号を印加する駆動回路と、前記回転子の回転速度を検出する回転速度検出器と、前記コイルに通電される電流値を検出する電流検出器と、
前記回転子の回転を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、前記回転子位置検知センサの検知結果を受けて複数のセクタからなる励磁シーケンスを決定するとともに、前記PWM駆動電圧における一周期の間に前記回転子が前記目標回転速度において回転する回転角度を基準電気角分解能とし、前記目標回転速度を得るために必要とされる理論上の基準平均デューティーと、前記回転子が回転している際の平均デューティーとの偏差に基づいて、前記基準電気角分解能を補正して補正電気角分解能を算出し、該補正電気角分解能を用いて前記回転子の電気角を推定し、
少なくとも前記回転速度検出器および前記電流検出器の検出結果を受けて前記回転子の目標回転速度に応じて前記PWM駆動電圧を生成するための指令信号を前記電気角を用いて演算し、該指令信号を前記駆動回路に送信することを特徴とする。
The brushless motor of the present invention includes a rotor having a plurality of magnetic poles formed of permanent magnets, a stator having a plurality of coils excited by application of a driving voltage, and a relative relationship between the rotor and the stator. A rotor position detection sensor for detecting a correct position, a drive circuit for applying a multi-phase PWM drive signal using a PWM carrier to the coil, a rotation speed detector for detecting the rotation speed of the rotor, A current detector for detecting a current value energized in the coil;
A controller for controlling the rotation of the rotor,
The controller determines an excitation sequence including a plurality of sectors in response to a detection result of the rotor position detection sensor, and the rotor rotates at the target rotation speed during one period of the PWM drive voltage. Using the rotation angle as the reference electrical angle resolution and the duty of the PWM drive voltage when the rotor is rotating, the rotor is estimated to pass through the one or more sectors at that duty. A passing time is calculated, a number in which the period of the PWM drive voltage can be repeated within the estimated passing time is determined, and the reference electrical angle is calculated using the number of repetitions and a rotation angle over one or more sectors. resolution calculates a correction electrical angle resolution has been corrected, estimating the electrical angle of the rotor by using the correction electrical angle resolution, at least the rotational speed detection A command signal for generating the PWM drive voltage according to a target rotation speed of the rotor in response to a detection result of the detector and the current detector, using the electrical angle, and calculating the command signal in the drive circuit It is characterized by transmitting to.
Another brushless motor of the present invention includes a rotor having a plurality of magnetic poles formed of permanent magnets, a stator including a plurality of coils excited by application of a driving voltage, and the rotor with respect to the stator. A rotor position detection sensor for detecting a relative position, a drive circuit for applying a multi-phase PWM drive signal using a PWM carrier to the coil, and a rotation speed detector for detecting the rotation speed of the rotor; A current detector for detecting a current value passed through the coil;
A controller for controlling the rotation of the rotor,
The controller determines an excitation sequence including a plurality of sectors in response to a detection result of the rotor position detection sensor, and the rotor rotates at the target rotation speed during one period of the PWM drive voltage. Based on the deviation between the theoretical reference average duty required to obtain the target rotation speed and the average duty when the rotor is rotating, with the rotation angle as the reference electrical angle resolution, the reference Correcting the electrical angle resolution to calculate a corrected electrical angle resolution, estimating the electrical angle of the rotor using the corrected electrical angle resolution,
A command signal for generating the PWM drive voltage according to a target rotation speed of the rotor in response to detection results of at least the rotation speed detector and the current detector is calculated using the electrical angle, and the command A signal is transmitted to the driving circuit.

本発明によれば、固定子に対する回転子の位置が回転子位置検知センサによって検知され、該検知結果に基づいて制御部により複数のセクタからなる励磁シーケンスが決定される。さらに制御部によって、PWM駆動電圧における周期を利用して回転子の電気角を推定することで、モータに高精度エンコーダなどの格別な構成要素を設けることなくPWM駆動電圧を生成するための演算を行うことができる。これにより、実電気角度と、推定される電気角との差を最小にすることができ、精度の高い回転制御が可能になる。   According to the present invention, the position of the rotor with respect to the stator is detected by the rotor position detection sensor, and the excitation sequence including a plurality of sectors is determined by the control unit based on the detection result. Further, the control unit estimates the electrical angle of the rotor by using the period in the PWM drive voltage, thereby performing an operation for generating the PWM drive voltage without providing a special component such as a high-precision encoder in the motor. It can be carried out. As a result, the difference between the actual electrical angle and the estimated electrical angle can be minimized, and highly accurate rotation control is possible.

PWM駆動電圧は、モータの制御部で演算された指令信号に基づいて、駆動回路において所定周波数のPWMキャリアを用いて生成される。すなわち、PWMキャリアの周期がPWM駆動電圧における周期としてそのまま引き継がれるため、制御部では、PWM駆動電圧の周期を格別なパラメータとして用意することなく既に制御に使用されている周期パラメータを利用することができる。したがって、複雑な演算処理機能、すなわち高価な演算処理装置を設けることを要さずに電気角の推定が可能になる。
なお、特定の周期を利用して電気角を推定する方法として、タイマの周期を利用することも考えられる。しかし、この場合、タイマを特別に用意することが必要であり、コスト増を招き、また、タイマ設置のために高機能な演算手段が必要になってしまうという問題がある。これに対し本発明は、PWM制御に用いるPWM駆動電圧の周期を利用することで、格別に構成要素を必要とすることなく電気角を推定できるという点で、上記タイマに対し、格別な利点を有している。
The PWM drive voltage is generated using a PWM carrier having a predetermined frequency in the drive circuit based on a command signal calculated by the control unit of the motor. That is, since the cycle of the PWM carrier is directly taken over as the cycle in the PWM drive voltage, the control unit can use the cycle parameter already used for control without preparing the cycle of the PWM drive voltage as a special parameter. it can. Therefore, the electrical angle can be estimated without requiring a complicated arithmetic processing function, that is, an expensive arithmetic processing device.
As a method for estimating the electrical angle using a specific period, it is conceivable to use a timer period. However, in this case, it is necessary to specially prepare a timer, resulting in an increase in cost, and there is a problem that a high-functional computing means is required for installing the timer. On the other hand, the present invention has a special advantage over the timer in that the electrical angle can be estimated without requiring a special component by using the period of the PWM drive voltage used for PWM control. Have.

PWM駆動電圧は、固定子に設けられたコイルにおいて所望の電流が得られるように、制御部においてデューティーが決定される。例えば、コイルに正弦波電流が流れるように、回転子の回転位置(電気角)に従って、デューティーを設定する。したがって、電気角を精度よく推定することで、回転子の回転を精度よく制御することが可能になる。   The duty of the PWM drive voltage is determined by the control unit so that a desired current is obtained in the coil provided in the stator. For example, the duty is set according to the rotational position (electrical angle) of the rotor so that a sine wave current flows through the coil. Therefore, it is possible to accurately control the rotation of the rotor by accurately estimating the electrical angle.

PWM駆動電圧はパルスの幅を変調した信号であり、パルスは、一定の周期毎に、パルス幅に応じた位置内に繰り返し、立ち上がりおよび立ち下がりのエッジが出現する。したがって、前記エッジ、特に一定の周期間隔で出現する基準となるエッジを電気角を推定するタイミングに用いることで、PWM駆動電圧の周期の利用を容易にする。   The PWM drive voltage is a signal obtained by modulating the width of a pulse. The pulse repeats within a position corresponding to the pulse width at regular intervals, and rising and falling edges appear. Therefore, the use of the period of the PWM drive voltage is facilitated by using the edge, particularly the reference edge appearing at a constant period interval, for the timing of estimating the electrical angle.

また、電気角は、電気角分解能をパラメータとして含むことで、より正確な推定が可能になる。したがって、電気角分解能をモータの回転速度や負荷の状態などに拘わらず適切に把握することでモータの回転制御をより精度よく行うことができる。本発明では、前記PWM駆動電圧における周期を利用して電気角分解能を求めて電気角を推定することができる。この電気角分解能をパラメータとして電気角を推定する際には、既知の方法を採用することができる。電気角分解能を決定する際に、PWM駆動電圧のエッジをタイミングに用いることができる。これにより結果的にPWM駆動電圧のエッジをタイミングに用いて電気角が推定される。   Further, the electrical angle can be estimated more accurately by including the electrical angle resolution as a parameter. Therefore, the rotation control of the motor can be more accurately performed by appropriately grasping the electrical angle resolution regardless of the rotation speed of the motor or the state of the load. In the present invention, the electrical angle can be estimated by obtaining the electrical angle resolution using the period in the PWM drive voltage. A known method can be employed for estimating the electrical angle using the electrical angle resolution as a parameter. In determining the electrical angle resolution, the edge of the PWM drive voltage can be used for timing. As a result, the electrical angle is estimated using the edge of the PWM drive voltage as the timing.

電気角分解能としては、PWM駆動電圧における一周期の間に前記回転子が目標回転速度において回転する回転角度を用いることができる。上記周期は、PWM駆動電圧のエッジにより容易に把握が可能であり、該エッジの検知等により電気角分解能を容易に知ることができる。電気角分解能としては、モータが負荷の変動がなく理想的に回転することを想定して定めることができ、これを基準電気角分解能として位置付けすることができる。   As the electrical angle resolution, a rotation angle at which the rotor rotates at a target rotation speed during one cycle of the PWM drive voltage can be used. The period can be easily grasped by the edge of the PWM drive voltage, and the electrical angle resolution can be easily known by detecting the edge or the like. The electrical angular resolution can be determined on the assumption that the motor rotates ideally with no load fluctuation, and can be positioned as the reference electrical angular resolution.

前記基準電気角分解能は、前記回転子の目標回転速度における回転数をN、前記PWM駆動電圧における周期をTとして、下記式を用いて、算出することができる。
基準電気角分解能=2π/((1/N)/T)
The reference electrical angle resolution can be calculated using the following equation, where N is the number of rotations of the rotor at the target rotation speed and T is the period of the PWM drive voltage.
Reference electrical angle resolution = 2π / ((1 / N) / T)

また、前記基準電気角分解能は、励磁シーケンスの一または二以上のセクタ単位で算出することができる。この場合、前記励磁シーケンスの一または二以上のセクタが切り替わる間の、前記PWM駆動電圧のパルスの立ち上がりまたは立ち下がりのエッジ数を求め、該エッジ数と前記切り替わりの間に回転子が目標回転速度で回転する回転角度とを用いて、基準電気角分解能を算出する。
このため、PWM駆動電圧における周期は、良好な再現性が得られるように、回転子が目標回転速度において一つまたは二以上のセクタを通過する時間の1/m倍(mは1以上の整数)の関係となるように設定するのが望ましい。PWM駆動電圧における周期は、PWMキャリアの周波数を調整することにより設定が可能であり、上記関係を満たすようにPWMキャリアの周波数を調整するのが望ましい。
The reference electrical angle resolution can be calculated in one or more sector units of the excitation sequence. In this case, the number of rising or falling edges of the pulse of the PWM drive voltage is determined while one or more sectors of the excitation sequence are switched, and the rotor rotates to the target rotational speed between the number of edges and the switching. The reference electrical angle resolution is calculated using the rotation angle that is rotated by.
For this reason, the period of the PWM drive voltage is 1 / m times the time that the rotor passes one or more sectors at the target rotational speed so that good reproducibility is obtained (m is an integer greater than or equal to 1). It is desirable to set so that The period in the PWM drive voltage can be set by adjusting the frequency of the PWM carrier, and it is desirable to adjust the frequency of the PWM carrier so as to satisfy the above relationship.

なお、制御部はフィードバック制御により、少なくとも、回転速度とコイルに通電される電流値とを検知結果として受け、P制御、PI制御、PD制御、PID制御などにより目標回転速度を維持するようにPWM演算を行う。これにより周期的な回転変動などの解消や負荷に応じた通電制御が行われる。しかし、画像形成装置の感光体ドラムを駆動する場合のように、短時間で負荷変動が生じるような場合には、通常のフィードバック制御では短時間での追随が難しく回転むらが生じてしまう。また、通常のフィードバック制御では高精度な回転制御を行うことが難しい。   The control unit receives at least the rotation speed and the current value energized to the coil as a detection result by feedback control, and performs PWM so as to maintain the target rotation speed by P control, PI control, PD control, PID control, or the like. Perform the operation. Thereby, elimination of periodic rotation fluctuations and energization control according to the load are performed. However, when the load fluctuates in a short time, such as when the photosensitive drum of the image forming apparatus is driven, it is difficult to follow in a short time with normal feedback control, resulting in uneven rotation. In addition, it is difficult to perform highly accurate rotation control with normal feedback control.

そこで、本発明の他の形態では、回転子が回転している際のPWM駆動電圧の変化に基づいて上記基準電気角分解能を補正した補正電気角分解能により電気角の推定を行うものとしている。PWM駆動電圧は、上記した回転速度、コイルへの通電電流などに従って迅速に調整されるため、PWM駆動電圧の変化によりモータの駆動状態を容易かつ直ちに把握することができる。このPWM駆動電圧の変化に基づいて電気角分解能を補正することでモータの駆動状態に応じた高精度な回転制御が可能になる。   Therefore, in another embodiment of the present invention, the electrical angle is estimated based on the corrected electrical angle resolution obtained by correcting the reference electrical angle resolution based on the change in the PWM drive voltage when the rotor is rotating. Since the PWM drive voltage is quickly adjusted according to the rotational speed, the current supplied to the coil, etc., the motor drive state can be easily and immediately grasped by the change in the PWM drive voltage. By correcting the electrical angle resolution based on the change in the PWM drive voltage, it is possible to perform highly accurate rotation control according to the drive state of the motor.

PWM駆動電圧の変化は、目標回転速度を得るために決定された理論上のPWM駆動電圧を基準にして判断することができ、特に、PWM駆動電圧のデューティーの変化をPWM駆動電圧の変化として捉えることができる。
補正電気角分解能は、デューティーの変化に応じて基準電気角分解能を補正することにより算出することができる。デューティーの変化は、一または二以上のセクタに亘る平均デューティーの変化により容易に把握することができる。
例えば、回転子が回転した際のPWM駆動電圧のデューティーをA、目標回転速度を得るために必要とされる理論上の前記PWM駆動電圧の基準デューティーをB、基準電気角分解能をθrsとして、下記式により補正電気角分解能を算出することができる。
補正電気角分解能=A/B×θrs
The change in the PWM drive voltage can be determined based on the theoretical PWM drive voltage determined to obtain the target rotation speed, and in particular, the change in the duty of the PWM drive voltage is regarded as the change in the PWM drive voltage. be able to.
The corrected electrical angle resolution can be calculated by correcting the reference electrical angle resolution in accordance with the change in duty. A change in duty can be easily grasped by a change in average duty over one or more sectors.
For example, assuming that the duty of the PWM drive voltage when the rotor rotates is A, the theoretical reference duty of the PWM drive voltage required to obtain the target rotational speed is B, and the reference electrical angle resolution is θrs, The corrected electrical angle resolution can be calculated from the equation.
Corrected electrical angle resolution = A / B × θrs

PWM駆動電圧は、所定のデューティーが得られるように制御部において作成された指令信号に基づいて駆動回路において生成される。したがって、変化の観察対象となるPWM駆動電圧のデューティーの情報は、制御部において容易に取得することができる。該デューティーの変化は、PWM駆動電圧の周期を利用して基準電気角分解能を導出可能な一または二以上のセクタのn周期前(nは1以上の整数)の同じセクタにおける平均デューティーを求めることにより得ることができる。この過去のデューティーは、制御部に備えるRAMなどの記憶部に格納しておき、これを必要に応じて読み出すようにすることで演算に用いることができる。基準となるデューティーは、基準電気角分解能を導出可能な一または二以上のセクタの理論上の平均デューティーを算出することにより得られる。   The PWM drive voltage is generated in the drive circuit based on a command signal created in the control unit so as to obtain a predetermined duty. Therefore, the information on the duty of the PWM drive voltage to be observed for change can be easily acquired by the control unit. The change of the duty is to obtain an average duty in the same sector before n periods of one or two or more sectors (n is an integer of 1 or more) capable of deriving the reference electrical angle resolution using the period of the PWM drive voltage. Can be obtained. This past duty can be used for calculation by storing it in a storage unit such as a RAM provided in the control unit and reading it out as necessary. The reference duty is obtained by calculating a theoretical average duty of one or more sectors from which a reference electrical angle resolution can be derived.

また、補正電気角分解能の導出は以下の方法により行うこともできる。すなわち、変化したデューティーに基づいて、所定の一または二以上のセクタを回転子が通過する時間を推定し、この時間内でPWM駆動電圧の周期が繰り返し可能な数をカウントし、前記セクタの範囲角度を前記カウント数で除することで補正電気角分解能の算出を行うことができる。上記推定通過時間は、デューティーの変化に応じて変化するため、上記補正電気分解能は、モータの運転状態に応じて適切に補正されたものとなる。   The derivation of the corrected electrical angle resolution can also be performed by the following method. That is, based on the changed duty, the time for the rotor to pass through a predetermined sector or two or more sectors is estimated, the number of repeatable periods of the PWM drive voltage within this time is counted, and the range of the sector The corrected electrical angle resolution can be calculated by dividing the angle by the count number. Since the estimated passage time changes according to a change in duty, the corrected electrical resolution is appropriately corrected according to the operating state of the motor.

本発明は、種々の用途におけるブラシレスモータに適用が可能であり、特定の用途に限定をされるものではないが、特に高精度の回転制御が要求される画像形成装置(特に感光体ドラム)の駆動において顕著に有用である。   The present invention can be applied to a brushless motor in various applications and is not limited to a specific application. However, the image forming apparatus (especially a photosensitive drum) that requires highly accurate rotation control is particularly applicable. Remarkably useful in driving.

以上説明したように、本発明によれば、PWM駆動電圧における周期を用いることで、新たな機構を設けることなく、容易かつ正確に永久磁石型の多相ブラシレスモータの電気角を推定することができる。また、設定回転数や負荷が異なっても、安価に高い精度で電気角を推定することができ、低コストで低消費電力の小形な高精度のブラシレスモータとすることができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to easily and accurately estimate the electrical angle of a permanent magnet type multiphase brushless motor without using a new mechanism by using the period in the PWM drive voltage. it can. Moreover, even if the set rotational speed and load are different, the electrical angle can be estimated with high accuracy at low cost, and a small high-precision brushless motor with low cost and low power consumption can be obtained.

本発明の一実施形態の制御ブロック図である。It is a control block diagram of one embodiment of the present invention. 同じく、ブラシレスモータの回路図である。Similarly, it is a circuit diagram of a brushless motor. 同じく、ブラシレスモータの概略構造を示す図である。Similarly, it is a figure which shows schematic structure of a brushless motor. 同じく、または120度通電の場合の、回転子位置検知センサであるホール素子の検知結果および各相の電流の流れ方向、セクタ切り替わりを示す座標系を示す図である。Similarly, it is a figure which shows the coordinate system which shows the detection result of the Hall element which is a rotor position detection sensor in the case of 120 degree | times electricity supply, the flow direction of the electric current of each phase, and sector switching. 同じく、回転子位置検知センサであるホール素子の検知結果と、一定周期のPWM駆動電圧パルスの繰り返しを示す図である。Similarly, it is a figure which shows the detection result of the Hall element which is a rotor position detection sensor, and the repetition of the PWM drive voltage pulse of a fixed period. 同じく、PWM駆動電圧における周期の繰り返し数のカウント手順を示す図である。Similarly, it is a figure which shows the count procedure of the repetition number of the period in a PWM drive voltage. 同じく、推定された電気角を利用したPWM演算の手順を示すフローチャートである。Similarly, it is a flowchart showing a procedure of PWM calculation using the estimated electrical angle. 同じく、電気角の推定手順を示すフローチャートである。Similarly, it is a flowchart which shows the estimation procedure of an electrical angle. 同じく、PI制御におけるClark変換を示すベクトル図である。Similarly, it is a vector diagram showing Clark conversion in PI control. 同じく、PI制御におけるPark変換を示すベクトル図である。Similarly, it is a vector diagram showing Park conversion in PI control.

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。
図1にブラシレスモータの制御ブロック、図2に同ブラシレスモータの回路図、図3に同ブラシレスモータの概略構造を示す。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a control block of the brushless motor, FIG. 2 shows a circuit diagram of the brushless motor, and FIG. 3 shows a schematic structure of the brushless motor.

ブラシレスモータ1は、永久磁石によって複数の磁極2a、2bが形成された回転子3を有し、該回転子3の磁極に対峙可能に複数の鉄心が配置され、該鉄心にコイル4が巻線された固定子5が配置されている。この例では、便宜上、磁極を4個、固定子鉄心を6個で図示しているが、本発明としてはこれらの数は特に限定をされるものではない。   The brushless motor 1 has a rotor 3 in which a plurality of magnetic poles 2a and 2b are formed by permanent magnets, and a plurality of iron cores are disposed so as to face the magnetic poles of the rotor 3, and a coil 4 is wound around the iron core. A fixed stator 5 is arranged. In this example, for the sake of convenience, four magnetic poles and six stator iron cores are illustrated, but these numbers are not particularly limited in the present invention.

さらに、ブラシレスモータ1には、回転子3の回転方向に沿って120度間隔で3つのホール素子Hu、Hv、Hwが配置されており、該ホール素子Hu、Hv、Hwによって本発明の回転子位置検知センサが構成されている。本発明としては、回転子位置センサの種別がホール素子に限定されるものではないが、センサの設置スペースを考慮して、ホール素子のような磁気センサが好適である。   Further, in the brushless motor 1, three hall elements Hu, Hv, Hw are arranged at intervals of 120 degrees along the rotation direction of the rotor 3, and the rotor according to the present invention is provided by the hall elements Hu, Hv, Hw. A position detection sensor is configured. In the present invention, the type of the rotor position sensor is not limited to the Hall element, but a magnetic sensor such as a Hall element is suitable in consideration of the installation space of the sensor.

また、図では、回転子3の外周側に固定子5が配置されているものとして示しているが、これらの配置関係は特に限定されるものではなく、固定子が内周側にあって、その外周側に回転子が位置するものであってもよく、また、固定子と回転子とが軸方向に間隔を置いて平面状に対峙するように配置されるものであってもよい。   Further, in the figure, the stator 5 is shown as being arranged on the outer peripheral side of the rotor 3, but the arrangement relationship is not particularly limited, and the stator is on the inner peripheral side, The rotor may be located on the outer peripheral side, or the stator and the rotor may be arranged so as to face each other in a plane with an interval in the axial direction.

該ブラシレスモータ1では、上記各コイル4がデルタ結線またはスター結線により3相に接続され(図ではスター結線)、図1に示すように駆動回路10が接続されている。駆動回路10は、U相、V相、W相の3相でスイッチングしてコイル4に駆動電流を与えるようにブリッジ回路12を有している。該ブリッジ回路12は、上記鉄心の数に合わせた数のトランジスタを備え、フルブリッジ回路、ハーフブリッジ回路などにより構成されている。ブリッジ回路12には既知の構成を採用することができる。   In the brushless motor 1, the coils 4 are connected in three phases by delta connection or star connection (star connection in the figure), and a drive circuit 10 is connected as shown in FIG. The drive circuit 10 has a bridge circuit 12 so that a drive current is supplied to the coil 4 by switching in three phases of U phase, V phase, and W phase. The bridge circuit 12 includes a number of transistors corresponding to the number of iron cores, and is configured by a full bridge circuit, a half bridge circuit, or the like. A known configuration can be employed for the bridge circuit 12.

図1は、ブラシレスモータの制御ブロックを示すものであり、ブラシレスモータ1の制御を行う制御部20が前記駆動回路10に指令信号を送出するように接続されている。ブラシレスモータ1では、モータの回転速度を検出する回転速度検出器6が配置されており、該回転速度検出器6の検知結果および前記ホール素子Hu、Hv、Hwの検知結果が制御部20に入力されている。また、上記駆動回路10からU相、V相、W相としてコイル4に通電される電流を検知する電流検出器7が設けられており、該電流検出器7の検出結果は制御部20に入力されている。   FIG. 1 shows a control block of a brushless motor, and a control unit 20 that controls the brushless motor 1 is connected so as to send a command signal to the drive circuit 10. In the brushless motor 1, a rotation speed detector 6 that detects the rotation speed of the motor is arranged, and the detection result of the rotation speed detector 6 and the detection results of the Hall elements Hu, Hv, and Hw are input to the control unit 20. Has been. In addition, a current detector 7 is provided for detecting the current supplied to the coil 4 as the U phase, V phase, and W phase from the drive circuit 10, and the detection result of the current detector 7 is input to the control unit 20. Has been.

制御部20では、ホール素子Hu、Hv、Hwの検出結果を受けて、励磁シーケンスのセクタ位置を決定して該励磁シーケンスが得られるようにU相、V相、W相の通電を切り替え、回転速度検出器6および電流検出器7の検出結果を受けて回転子3の回転が目標の回転数となるように演算をして指令信号を生成する。この例では、上記回転速度および電流検知結果を受けて、PI制御が行われる。
また、上記演算では、推定した電気角がパラメータとして用いられ、電気角の推定では、電気角分解能がパラメータとして用いられる。
The control unit 20 receives the detection results of the Hall elements Hu, Hv, and Hw, determines the sector position of the excitation sequence, switches the energization of the U phase, the V phase, and the W phase so as to obtain the excitation sequence, and rotates. In response to the detection results of the speed detector 6 and the current detector 7, an operation is performed so that the rotation of the rotor 3 becomes the target rotation number, and a command signal is generated. In this example, PI control is performed in response to the rotation speed and the current detection result.
Further, in the above calculation, the estimated electrical angle is used as a parameter, and in the estimation of the electrical angle, the electrical angle resolution is used as a parameter.

駆動回路10は、PWM駆動電圧を生成するPWM回路11を有しており、前記指令信号に基づいて所定周波数のPWMキャリアを用いてPWM駆動電圧が生成される。制御部20では、PWMキャリアの周波数を調整可能とするのが望ましい。
前記ブリッジ回路12は、PWM回路11によって生成されるPWM駆動電圧に応じて、スイッチが切り替わり、各相のコイル4に電流を流す。各相のコイル4は、電流が流れることで磁界を発生する。そして、永久磁石により形成された回転子3は、コイルの磁界の作用を受けて目標回転速度で回転する。
The drive circuit 10 includes a PWM circuit 11 that generates a PWM drive voltage, and a PWM drive voltage is generated using a PWM carrier having a predetermined frequency based on the command signal. It is desirable for the control unit 20 to be able to adjust the frequency of the PWM carrier.
In the bridge circuit 12, the switch is switched according to the PWM drive voltage generated by the PWM circuit 11, and a current flows through the coil 4 of each phase. The coils 4 of each phase generate a magnetic field when current flows. Then, the rotor 3 formed of a permanent magnet rotates at a target rotation speed under the action of the magnetic field of the coil.

次に、本発明のブラシレスモータの電気角推定方法および該方法を含むブラシレスモータの動作について以下に具体的に説明する。   Next, the method for estimating the electrical angle of the brushless motor of the present invention and the operation of the brushless motor including the method will be specifically described below.

先ず、制御部20では、ホール素子Hu、Hv、Hwの検知結果を受けて励磁シーケンスを決定する。
図4(a)は、各ホール素子Hu、Hv、Hwの検知結果と、U相を基準にして、回転子3の位置が60°回転するごとにコイル4を流れる電流の向きが変わる120度通電時の励磁シーケンスを示している。
First, the control unit 20 determines the excitation sequence in response to the detection results of the Hall elements Hu, Hv, and Hw.
FIG. 4A shows the detection result of each Hall element Hu, Hv, Hw and the direction of the current flowing through the coil 4 every time the position of the rotor 3 rotates by 60 ° with reference to the U phase. An excitation sequence during energization is shown.

120度通電時には、ホール素子Hu、Hv、Hwは、回転子3の回転に伴って、それぞれ60度の位相差で180度毎にHi、Loを出力する。したがって、制御部20では、ホール素子Hu、Hv、Hwの出力結果に基づいて、回転子が60度回転する毎に通電を切り替える励磁シーケンスを決定する。この切り替え指令を指令信号に含ませることで、ブリッジ回路12が動作して、通電を切り替える。これにより図に示すように各相のコイルに流れる電流の方向が切り換えられ、励磁シーケンスのセクタが決定される。
該励磁シークエンスにより、例えば、セクタ1は、ホール素子からの信号が(101)の場合で、U相、W相でON、V相でOFFの状態であり、それに伴って、各相のコイルに電流が流れる。電流の方向は、V相からU相およびV相からW相へと流れることで、各コイルの磁極(010)は、V相側がN極、U相側及びW相側がS極に、それぞれ励磁される。
When energized at 120 degrees, the hall elements Hu, Hv, and Hw output Hi and Lo every 180 degrees with a phase difference of 60 degrees as the rotor 3 rotates. Therefore, the control unit 20 determines an excitation sequence for switching energization every time the rotor rotates 60 degrees based on the output results of the Hall elements Hu, Hv, and Hw. By including this switching command in the command signal, the bridge circuit 12 operates and switches energization. As a result, as shown in the figure, the direction of the current flowing through the coils of each phase is switched, and the sector of the excitation sequence is determined.
By this excitation sequence, for example, sector 1 is in the state where the signal from the Hall element is (101) and is ON in the U-phase and W-phase and OFF in the V-phase. Current flows. The direction of current flows from the V-phase to the U-phase and from the V-phase to the W-phase. Is done.

120度通電の場合、上記のようにホール素子Hu、Hv、Hwの検知タイミングに合わせ、U、V、Wの各相の電流ベクトルを決めている。一方、電気角を用いたベクトル制御では、回転子の位置を電気角で推定し、U、V、Wの各相の電流ベクトルを決めている。
この実施形態では、ベクトル制御が用いられる。図4(b)は、ベクトル制御における回転子の電気角とU、V、Wの各相の出力ベクトルとの関係を示しており、例えば、セクタ1の場合、回転子の位置から電流ベクトルは、U相:−Vdd、V相:Vdd、W相:−Vddの条件である。
ベクトル制御では、各セクタ間0〜60度の範囲で回転子位置を推定し、それぞれの相の電流値を基に、clarke/park変換、及び目標位置に対するPI制御、その後、inverse clarke/park変換を行い、算出された電圧ベクトルを基に、Space Vector変換を行い、U、V、Wの各相のON/OFFパターンを制御する。各セクタを決めるものとして、この実施形態ではホール素子Hu、Hv、Hw信号が用いられる。この実施形態では、回転子の位置は、例えば、前記0〜60度の範囲でPWMキャリア信号のエッジを用いて推定し、また、セクタ1の切り替わり目でエッジ信号のカウンタをクリアする。上記電気角の推定は360度毎に行ってもよく、この場合、セクタ1のエッジのカウンタのみをクリアすればよい。
In the case of 120-degree energization, the current vectors of the U, V, and W phases are determined in accordance with the detection timings of the Hall elements Hu, Hv, and Hw as described above. On the other hand, in the vector control using the electrical angle, the position of the rotor is estimated by the electrical angle, and the current vectors of the U, V, and W phases are determined.
In this embodiment, vector control is used. FIG. 4B shows the relationship between the electrical angle of the rotor in vector control and the output vector of each phase of U, V, and W. For example, in the case of sector 1, the current vector is calculated from the position of the rotor. , U phase: -Vdd, V phase: Vdd, W phase: -Vdd.
In the vector control, the rotor position is estimated in the range of 0 to 60 degrees between each sector, and based on the current value of each phase, the PI control for the target / position, and then the inverse Clarke / park conversion. Based on the calculated voltage vector, Space Vector conversion is performed to control the ON / OFF pattern of each phase of U, V, and W. In this embodiment, Hall elements Hu, Hv, and Hw signals are used to determine each sector. In this embodiment, the position of the rotor is estimated by using the edge of the PWM carrier signal in the range of 0 to 60 degrees, for example, and the edge signal counter is cleared at the switching of sector 1. The electrical angle may be estimated every 360 degrees. In this case, only the edge counter of sector 1 need be cleared.

次に、図5を用いて電気角の推定のために、基準電気角分解能を求める手順を説明する。
この図には、ブラシレスモータ1におけるホール素子Hu、Hv、Hwからの信号およびPWM駆動電圧のパルスが示されている。
この例では、PWM駆動電圧における周期は、一つのセクタを通過する時間の1/m倍(mは1以上の整数)の関係となるように設定されており、ここではm=9の例を示している。
Next, the procedure for obtaining the reference electrical angle resolution for estimating the electrical angle will be described with reference to FIG.
In this figure, signals from the Hall elements Hu, Hv, Hw in the brushless motor 1 and pulses of the PWM drive voltage are shown.
In this example, the period of the PWM drive voltage is set to have a relationship of 1 / m times (m is an integer equal to or greater than 1) the time for passing through one sector. Show.

PWM駆動電圧は一定周期のパルスであり、PWM駆動電圧の基準となる側のパルスのエッジ(この例では立ち上がり)をタイミングにして一つのセクタにおける周期の繰り返し数をカウントする。この際に、セクタの切り替わり検知とともに、最初のエッジの検知によって、一旦カウントをクリアにして、セクタ内における周期の繰り替えし数をカウントする。この例では、最初のエッジがクリアされるため、エッジが8にカウントされるが、エッジ数は9であるため、これをカウント数にする。このカウント数によってセクタの範囲角度(60度)を除し、これをラジアンに変換すると、下記式により基準電気角分解能が算出される。
基準電気角分解能=60/9×2π/360=0.116355rad
The PWM drive voltage is a pulse with a fixed period, and the number of repetitions of the period in one sector is counted at the timing of the edge (rising edge in this example) of the pulse serving as the reference of the PWM drive voltage. At this time, along with the detection of sector switching, the count is once cleared by detecting the first edge, and the number of repeated cycles in the sector is counted. In this example, since the first edge is cleared, the edge is counted as 8. However, since the number of edges is 9, this is set as the count number. By dividing the sector range angle (60 degrees) by this count number and converting it to radians, the reference electrical angle resolution is calculated by the following equation.
Reference electrical angle resolution = 60/9 × 2π / 360 = 0.116355 rad

該基準電気角分解能を用いて電気角を推定し、PWM演算を行うことができる。
上記基準電気角分解能は、2以上のセクタを用いて算出することも可能である。
上記算出は、PWM駆動電圧が1パルス発生する間に、回転子が目標回転速度において回転する回転角度を基準電気角分解能にするという観点で算出されたものであり、回転子の目標回転速度における回転数をN、PWM駆動電圧の周期をTとして、下記式を用いて算出することもできる。
基準電気角分解能=2π/((1/N)/T)
It is possible to estimate the electrical angle using the reference electrical angle resolution and perform the PWM calculation.
The reference electrical angle resolution can also be calculated using two or more sectors.
The above calculation is performed from the viewpoint of setting the rotation angle at which the rotor rotates at the target rotation speed to the reference electric angle resolution while one pulse of the PWM drive voltage is generated, and at the target rotation speed of the rotor. It is also possible to calculate using the following equation, where N is the rotation speed and T is the period of the PWM drive voltage.
Reference electrical angle resolution = 2π / ((1 / N) / T)

また、異なるセクタで同様に基準電気角分解能を算出することで、セクタ間でPWM駆動電圧の周期の個数が異なる場合にも電気角を推定することができる。
各セクタで上記周期の個数をカウントする手順の例を図6のフローチャートに基づいて説明する。
先ず、U相のホール素子Huで立ち上がりエッジが検出されたか否かを判定する(ステップU1)。立ち上がりエッジが検知されていなければ(ステップU1、NO)、次フローへ移行する。立ち上がりエッジが検知されれば(ステップU1、YES)、他相のホール素子におけるエッジカウント数を制御部20の記憶部に記憶した後、PWMエッジカウントをクリアし(ステップU2)、セクタNo.4として、PWMエッジのカウントを開始し、次フローに移行する。
Further, by calculating the reference electrical angle resolution in the same manner in different sectors, the electrical angle can be estimated even when the number of periods of the PWM drive voltage differs between sectors.
An example of a procedure for counting the number of periods in each sector will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, it is determined whether or not a rising edge is detected in the U-phase hall element Hu (step U1). If the rising edge is not detected (step U1, NO), the process proceeds to the next flow. If the rising edge is detected (step U1, YES), the edge count number in the hall element of the other phase is stored in the storage unit of the control unit 20, and then the PWM edge count is cleared (step U2). 4, the PWM edge count is started, and the process proceeds to the next flow.

次フローでは、V相のホール素子Hvで立ち上がりエッジが検出されたか否かを判定する(ステップV1)。立ち上がりエッジが検知されていなければ(ステップV1、NO)、次フローへ移行する。立ち上がりエッジが検知されていれば(ステップV1、YES)、V相のホール素子におけるエッジカウント数を制御部20の記憶部に記憶した後、PWMエッジカウントをクリアし(ステップV2)、セクタNo.6として、PWMエッジのカウントを開始し、次フローに移行する。
次フローでは、W相のホール素子Hwで立ち上がりエッジが検出されたか否かを判定する(ステップW1)。立ち上がりエッジが検知されていなければ(ステップW1、NO)、次フローへ移行する。立ち上がりエッジが検知されていれば(ステップW1、YES)、W相のホール素子におけるエッジカウント数を制御部20の記憶部に記憶した後、PWMエッジカウントをクリアし(ステップW2)、セクタNo.2として、PWMエッジのカウントを開始し、次フローに移行する。
In the next flow, it is determined whether or not a rising edge is detected in the V-phase hall element Hv (step V1). If the rising edge is not detected (step V1, NO), the process proceeds to the next flow. If the rising edge is detected (step V1, YES), the edge count number in the V-phase Hall element is stored in the storage unit of the control unit 20, and then the PWM edge count is cleared (step V2). 6, the PWM edge count is started, and the process proceeds to the next flow.
In the next flow, it is determined whether or not a rising edge is detected in the W-phase hall element Hw (step W1). If the rising edge is not detected (step W1, NO), the process proceeds to the next flow. If the rising edge is detected (step W1, YES), the edge count number in the W-phase Hall element is stored in the storage unit of the control unit 20, and then the PWM edge count is cleared (step W2). 2, the PWM edge count is started, and the process proceeds to the next flow.

また、次フローでは、U相のホール素子Huで立ち下がりエッジが検出されたか否かを判定する(ステップU10)。立ち下がりエッジが検知されていなければ(ステップU10、NO)、次フローへ移行する。立ち下がりエッジが検知されていれば(ステップU10、YES)、U相のホール素子におけるエッジカウント数を制御部20の記憶部に記憶した後、PWMエッジカウントをクリアし(ステップU11)、セクタNo.1として、PWMエッジのカウントを開始し、次フローに移行する。
次フローでは、V相のホール素子Hvで立ち下がりエッジが検出されたか否かを判定する(ステップV10)。立ち下がりエッジが検知されていなければ(ステップV10、NO)、次フローへ移行する。立ち下がりエッジが検知されていれば(ステップV10、YES)、V相のホール素子におけるエッジカウント数を制御部20の記憶部に記憶した後、PWMエッジカウントをクリアし(ステップV11)、セクタNo.3として、PWMエッジのカウントを開始し、次フローに移行する。
In the next flow, it is determined whether or not a falling edge is detected in the U-phase hall element Hu (step U10). If the falling edge is not detected (step U10, NO), the process proceeds to the next flow. If the falling edge is detected (step U10, YES), the edge count number in the U-phase Hall element is stored in the storage unit of the control unit 20, and then the PWM edge count is cleared (step U11). . 1, the PWM edge count is started, and the process proceeds to the next flow.
In the next flow, it is determined whether or not a falling edge is detected in the V-phase hall element Hv (step V10). If the falling edge is not detected (step V10, NO), the process proceeds to the next flow. If a falling edge is detected (step V10, YES), the edge count number in the V-phase Hall element is stored in the storage unit of the control unit 20, and then the PWM edge count is cleared (step V11). . 3, the PWM edge count is started, and the process proceeds to the next flow.

次フローでは、W相のホール素子Hwで立ち下がりエッジが検出されたか否かを判定する(ステップW10)。立ち下がりエッジが検知されていなければ(ステップW10、NO)、次フローへ移行する。立ち下がりエッジが検知されていれば(ステップW10、YES)、W相のホール素子におけるエッジカウント数を制御部20の記憶部に記憶した後、PWMエッジカウントをクリアし(ステップW11)、セクタNo.5として、PWMエッジのカウントを開始し、次フローに移行する。   In the next flow, it is determined whether or not a falling edge is detected in the W-phase hall element Hw (step W10). If the falling edge is not detected (step W10, NO), the process proceeds to the next flow. If a falling edge is detected (YES in step W10), the edge count number in the W-phase Hall element is stored in the storage unit of the control unit 20, and then the PWM edge count is cleared (step W11). . 5, the PWM edge count is started, and the process proceeds to the next flow.

上記によりカウントされたエッジ数は、必要に応じて記憶部から読み出され、基準電気角分解能の算出に利用することができる。この場合、セクタでのPWM駆動電圧の繰り返し周期が、該セクタにおける回転子の回転時間と正に一致している再現性のあるセクタを選択して基準電気角分解能とすることができる。これにより最も誤差の小さい基準電気角分解能を選択することができる。   The number of edges counted as described above can be read from the storage unit as necessary, and used for calculation of the reference electrical angle resolution. In this case, a reproducible sector in which the repetition period of the PWM drive voltage in the sector is positively coincident with the rotation time of the rotor in the sector can be selected as the reference electrical angle resolution. Thereby, the reference electrical angle resolution with the smallest error can be selected.

電気角の推定に際し使用される電気角分解能としては、上記基準電気角分解能を用いることができるが、PWM駆動電圧の変化を観察して、この変化に基づいて基準電気角分解能が補正された補正電気角分解能を用いることができる。この例では、PWM駆動電圧の変化として、デューティーの変化を用いた例を説明する。   As the electrical angle resolution used for the estimation of the electrical angle, the above-mentioned reference electrical angle resolution can be used, but a change in which the reference electrical angle resolution is corrected based on this change by observing a change in the PWM drive voltage. Electrical angular resolution can be used. In this example, an example in which a change in duty is used as a change in PWM drive voltage will be described.

一または二以上のセクタにおける理論平均デューティーを基準にして、n(nは1以上の整数)周期前のいずれかの周期における同じセクタでの平均デューティーを比較する。該平均デューティーの情報は、PWM演算に際し、制御部20において記憶部に記憶しておき、必要に応じて読み出すことで取得することができる。   Based on the theoretical average duty in one or more sectors, the average duty in the same sector in any period before n (n is an integer of 1 or more) periods is compared. The information on the average duty can be obtained by storing the information in the storage unit in the control unit 20 and reading out the information as necessary during the PWM calculation.

例えば、理論平均デューティーが64%である場合に、n周期前の同じセクタの平均デューティーが65%であるとすると、デューティーが基準よりも大きくなっており、これはそのセクタ付近では負荷が大きく、回転数変化が微視的にマイナス側になっている可能性がある。このため、基準電気角分解能をデューティーの偏差で補正することにより制御精度を上げることができる。具体的には、基準デューティーに対する平均デューティーの比(65/64)を求め、この比に前記で求めた基準電気角分解能を乗ずることで、下記式により補正電気角分解能が求められる。
補正電気角分解能=65/64×0.116355rad
=0.118173046875rad
この補正電気角分解能を用いて電気角を推定し、PWM演算を行うことで、負荷の変動に際しても適正なPWM駆動電圧を印加して精度よく回転制御を行うことができる。
For example, when the theoretical average duty is 64% and the average duty of the same sector n cycles before is 65%, the duty is larger than the reference, and this is a load near the sector. There is a possibility that the rotational speed change is microscopically negative. Therefore, the control accuracy can be improved by correcting the reference electrical angle resolution with the duty deviation. Specifically, the ratio of the average duty to the reference duty (65/64) is obtained, and the corrected electrical angle resolution is obtained by the following formula by multiplying this ratio by the obtained reference electrical angle resolution.
Corrected electrical angle resolution = 65/64 × 0.116355 rad
= 0.1181717468875 rad
By estimating the electrical angle using this corrected electrical angle resolution and performing the PWM calculation, it is possible to accurately control the rotation by applying an appropriate PWM drive voltage even when the load fluctuates.

また、この他に、PWM駆動電圧の変化である平均デューティーを用いて、基準電気角分解能を使用することなく補正電気角分解能を求める方法について説明する。
n周期前の平均デューティーの情報を取得し、該平均デューティーによって回転子が回転する際に、平均デューティーが与えられたセクタを前記回転子が通過する時間を推定する。平均デューティーが理論デューティーよりも大きくなっていれば、推定時間は理論値よりも大きくなる。この推定時間内に、PWM駆動電圧における周期が繰り返し可能な数を算出し、前記セクタの範囲角度を算出した数で除する。この値が補正電気角分解能を示す。平均デューティーを求める際のタイミングとして、PWM駆動電圧におけるエッジを用いることができる。
In addition, a method for obtaining the corrected electrical angle resolution using the average duty that is a change in the PWM drive voltage without using the reference electrical angle resolution will be described.
Information on the average duty before n cycles is acquired, and when the rotor rotates by the average duty, the time for the rotor to pass through the sector given the average duty is estimated. If the average duty is greater than the theoretical duty, the estimated time is greater than the theoretical value. Within this estimated time, the number of repeatable cycles in the PWM drive voltage is calculated, and the sector range angle is divided by the calculated number. This value indicates the corrected electrical angle resolution. As a timing for obtaining the average duty, an edge in the PWM drive voltage can be used.

次に、本発明の電気角推定方法を用いた制御部によるPWM演算の手順について、図7のフロー図を用いて説明する。
まず、一または二以上のセクタを回転子が通過する際のPWM駆動電圧のパルスのエッジをカウントして基準電気角分解能を求める。一セクタの場合には、図6に示すフローチャートにしたがって、各セクタでの周期カウントを行うことができる。
PWM駆動電圧のパルスのエッジカウントがなされると(ステップ1、YES)、最初のエッジ検知においてカウント数のクリアを行っているため、カウント数に一を加算して(ステップs2)、カウント数とする。次いで、電気角の推定を行う(ステップs3)。
Next, the PWM calculation procedure by the control unit using the electrical angle estimation method of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, the reference electrical angle resolution is obtained by counting the edges of the pulses of the PWM drive voltage when the rotor passes through one or more sectors. In the case of one sector, the cycle count in each sector can be performed according to the flowchart shown in FIG.
When the edge count of the pulse of the PWM drive voltage is performed (step 1, YES), since the count number is cleared in the first edge detection, one is added to the count number (step s2), To do. Next, an electrical angle is estimated (step s3).

電気角の推定は、図8に示すフロー図に示す手順により制御部によって行われる。
先ず、n周期前(nは1以上の整数)の一または二以上のセクタの平均デューティーを算出する。過去のデューティーは、制御部20の記憶部に格納されており、上記セクタに該当するデューティーを読み出して平均デューティーを算出することができる(ステップs30)。
The estimation of the electrical angle is performed by the control unit according to the procedure shown in the flowchart shown in FIG.
First, the average duty of one or more sectors before n cycles (n is an integer of 1 or more) is calculated. The past duty is stored in the storage unit of the control unit 20, and the average duty can be calculated by reading the duty corresponding to the sector (step s30).

次いで、同じセクタにおいて速度変動が無い場合の理論デューティーを、目標回転速度から算出する(ステップs31)。そして、平均デューティーをA、理論デューティーをB、ステップs1、2で取得したエッジカウントから求められた基準電気角分解能をθrsとして、該基準電気角分解能を補正する(ステップs32)。補正電気角分解能は、A/B×θrsにより求められる。この補正された電気角分解能を用いて、電気角を推定する(ステップs33)。電気角の推定では、電気角分解能をパラメータとして既知の方法により電気角を算出することができる。該方法は、既知のものであり、ここではその詳細な記述は省略する。   Next, the theoretical duty when there is no speed fluctuation in the same sector is calculated from the target rotational speed (step s31). Then, assuming that the average duty is A, the theoretical duty is B, and the reference electrical angle resolution obtained from the edge count obtained in steps s1 and 2 is θrs, the reference electrical angle resolution is corrected (step s32). The corrected electrical angle resolution is obtained by A / B × θrs. The electrical angle is estimated using the corrected electrical angle resolution (step s33). In the estimation of the electrical angle, the electrical angle can be calculated by a known method using the electrical angle resolution as a parameter. Since this method is known, its detailed description is omitted here.

このように、過去のデューティーに基づいて基準電気角分解能を補正し、その補正電気角分解能を用いて、電気角を推定することで、実電気角との差異が小さくなるように精度良く電気角を推定することができる。
また、パラメータとして使用するPWM駆動電圧のデューティーは、制御部の記憶部に記憶されているデータであるため、過去のデータを読み出して演算に用いることは容易であり、複雑な演算装置を必要としない。そのため、低コストで高精度に回転を制御することができる。
In this way, by correcting the reference electrical angle resolution based on the past duty and estimating the electrical angle using the corrected electrical angle resolution, the electrical angle can be accurately accurately reduced so as to reduce the difference from the actual electrical angle. Can be estimated.
Further, since the duty of the PWM drive voltage used as a parameter is data stored in the storage unit of the control unit, it is easy to read past data and use it in calculations, requiring a complicated calculation device. do not do. Therefore, rotation can be controlled with high accuracy at low cost.

電気角を推定した後は、既知の方法により制御部20により演算が行われる。
先ず、電流検出器7により検知され、制御部20に入力された、各コイル4に流れるU相、V相、W相の電流をClarke変換により、二相に変換する(ステップ4)。
図9はClarke変換におけるベクトル図を示すものであり、固定子の各コイルに流れる電流iu、iv、iwを、図9中の行列式を用いて、α、β軸上のisに変換している。この例では、V相およびW相からU相に流れる電流が示されている。
このように、固定子の各コイルを流れる三相の電流をα、β軸上の二相(iα、iβ)に変換して、電流値算出の際の計算を容易にしている。
After the electrical angle is estimated, calculation is performed by the control unit 20 by a known method.
First, the U-phase, V-phase, and W-phase currents detected by the current detector 7 and input to the control unit 20 and flowing through the coils 4 are converted into two phases by Clarke conversion (step 4).
FIG. 9 shows a vector diagram in the Clarke transformation. The currents iu, iv and iw flowing through the coils of the stator are converted into is on the α and β axes using the determinant in FIG. Yes. In this example, currents flowing from the V phase and the W phase to the U phase are shown.
In this way, the three-phase current flowing through each coil of the stator is converted into two phases (iα, iβ) on the α and β axes, thereby facilitating calculations when calculating the current value.

続いて、Park変換により、固定子を基準とした座標を回転子を基準とした座標(d−q座標)に変換する(ステップ5)。図10はPark変換におけるベクトル図を示したものである。Park変換では、Clarke変換された電流isを、図10中の行列式を用いて、d−q座標へと変換する。このとき、座標軸がθ回転していることがわかる。Clarke変換されたisは、コイルに流れる電流であるため、固定子側を基準とした座標上で変換されたものである。しかし、回転子の回転を制御するためには、例えば、励磁シーケンスの各セクタにおける回転子の回転角度を回転子側の座標を用いて算出する必要がある。そこで、図10のように、Park変換により、座標軸がθ回転した回転子座標に変換している。   Subsequently, coordinates based on the stator are converted into coordinates (dq coordinates) based on the rotor by Park conversion (step 5). FIG. 10 shows a vector diagram in the Park transformation. In the Park conversion, the Clark-converted current is is converted into dq coordinates using the determinant in FIG. At this time, it can be seen that the coordinate axis is rotated by θ. Since the Clark converted is is a current flowing in the coil, it is converted on the coordinates with respect to the stator side. However, in order to control the rotation of the rotor, for example, it is necessary to calculate the rotation angle of the rotor in each sector of the excitation sequence using the coordinates on the rotor side. Therefore, as shown in FIG. 10, the coordinates are converted into rotor coordinates with θ rotation by Park conversion.

そして、d−q座標において、推定した電気角を用いてコイルの電流値を算出し、その電流値と目標電流値とを比較して、d−q PI制御によって電流制御値を求める(ステップ6)。続いて、回転子の回転速度を制御するタイミングか否かを判断し(ステップ7)、タイミングの場合、回転子の回転速度を目標回転速度と比較して、回転子の回転速度をspeed PI制御するための電流制御値を求める(ステップ8)。その後、座標を固定子側に戻すために、逆Park変換を行う(ステップ9)。そして、回転子の目標回転速度に応じたコイルの電流値となるように、space Vector Modulationによってコイルへの3相の印加電圧を演算により求める(ステップ10)。該演算結果は、指令信号として駆動回路10に送信され、PWM駆動電圧が生成され、ブラシレスモータの回転制御が高精度に行われる。   Then, in the dq coordinate, the current value of the coil is calculated using the estimated electrical angle, the current value is compared with the target current value, and the current control value is obtained by dq PI control (step 6). ). Subsequently, it is determined whether or not it is a timing to control the rotation speed of the rotor (step 7). In the case of the timing, the rotation speed of the rotor is compared with the target rotation speed, and the rotation speed of the rotor is speed PI controlled. A current control value for obtaining the value is obtained (step 8). Thereafter, in order to return the coordinates to the stator side, inverse Park transformation is performed (step 9). Then, a three-phase applied voltage to the coil is obtained by calculation using space Vector Modulation so as to obtain a current value of the coil corresponding to the target rotational speed of the rotor (Step 10). The calculation result is transmitted as a command signal to the drive circuit 10, a PWM drive voltage is generated, and the rotation control of the brushless motor is performed with high accuracy.

なお、上記実施形態では、3相のブラシレスモータについて詳細に説明したが、本発明としては、相数、回転子の磁極数、固定子の磁極数について特に限定されるものではない。また、上記電気角の推定では、目標回転速度が異なる場合にも同様に、電気角の推定を行って高精度な回転制御が可能であり、電流ベクトル演算や、空間ベクトル変換に用いる速度が変化したときには、PWMキャリア周期を変化させて対応することができる。   In the above embodiment, the three-phase brushless motor has been described in detail. However, the present invention is not particularly limited with respect to the number of phases, the number of magnetic poles of the rotor, and the number of magnetic poles of the stator. In addition, in the estimation of the electrical angle, even when the target rotational speed is different, the electrical angle is estimated and high-precision rotation control is possible, and the speed used for current vector calculation and space vector conversion changes. When this happens, it is possible to respond by changing the PWM carrier cycle.

以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではなく、当然に本発明の範囲を逸脱しない限りは適宜の変更が可能である。   The present invention has been described based on the above embodiment, but the present invention is not limited to the content of the above embodiment, and can be appropriately changed without departing from the scope of the present invention. is there.

1 ブラシレスモータ
2a、2b 磁極
3 回転子
4 コイル
5 固定子
6 回転速度検出器
7 電流検出器
Hu、Hv、Hw ホール素子
10 駆動回路
11 PWM回路
12 ブリッジ回路
20 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Brushless motor 2a, 2b Magnetic pole 3 Rotor 4 Coil 5 Stator 6 Rotational speed detector 7 Current detector Hu, Hv, Hw Hall element 10 Drive circuit 11 PWM circuit 12 Bridge circuit 20 Control part

Claims (21)

回転子を目標回転速度で回転させるPWM駆動電圧の演算に用いる電気角を、前記PWM駆動電圧における周期を利用して推定するブラシレスモータの電気角推定方法であって、
前記PWM駆動電圧における一周期の間に前記回転子が前記目標回転速度において回転する回転角度を基準電気角分解能とし、
前記回転子が回転している際のPWM駆動電圧のデューティーを用いて、該デューティーにおいて前記一または二以上のセクタを前記回転子が回転して通過する推定の通過時間を算出し、該推定通過時間内で前記PWM駆動電圧における周期が繰り返し可能な数を求め、該繰り返し数と前記一または二以上のセクタに亘る回転角度とを用いて、前記基準電気角分解能を補正した補正電気角分解能を算出し、該補正電気角分解能を用いて、前記電気角の推定を行うことを特徴とするブラシレスモータの電気角推定方法。
An electrical angle used for the operation of the PWM drive voltage for rotating the rotor at a target rotational speed, an electrical angle estimation method of lube Rashiresumota be estimated by using the period of the PWM drive voltage,
The rotation angle at which the rotor rotates at the target rotation speed during one period in the PWM drive voltage is set as a reference electrical angle resolution,
Using the duty of the PWM drive voltage when the rotor is rotating, the estimated passing time for the rotor to rotate through the one or more sectors at the duty is calculated, and the estimated passage A correction electric angle resolution obtained by correcting the reference electric angle resolution using the number of repetitions and the rotation angle over one or more sectors is obtained by determining the number of repeatable cycles in the PWM drive voltage within a time. A method for estimating an electrical angle of a brushless motor , wherein the electrical angle is estimated using the corrected electrical angle resolution .
回転子を目標回転速度で回転させるPWM駆動電圧の演算に用いる電気角を、前記PWM駆動電圧における周期を利用して推定するブラシレスモータの電気角推定方法であって、
前記PWM駆動電圧における一周期の間に前記回転子が前記目標回転速度において回転する回転角度を基準電気角分解能とし、
前記回転子が回転している際のPWM駆動電圧のデューティーを用いて、前記目標回転速度を得るために必要とされる理論上の基準平均デューティーと、前記回転子が回転している際の平均デューティーとの偏差に基づいて、前記基準電気角分解能を補正した補正電気角分解能を算出し、該補正電気角分解能を用いて、前記電気角の推定を行うことを特徴とするブラシレスモータの電気角推定方法。
An electrical angle used for the operation of the PWM drive voltage for rotating the rotor at a target rotational speed, an electrical angle estimation method of lube Rashiresumota be estimated by using the period of the PWM drive voltage,
The rotation angle at which the rotor rotates at the target rotation speed during one period in the PWM drive voltage is set as a reference electrical angle resolution,
Using the duty of the PWM drive voltage when the rotor is rotating, the theoretical reference average duty required to obtain the target rotation speed and the average when the rotor is rotating An electrical angle of a brushless motor , wherein a corrected electrical angle resolution obtained by correcting the reference electrical angle resolution is calculated based on a deviation from a duty, and the electrical angle is estimated using the corrected electrical angle resolution. Estimation method.
前記PWM駆動電圧のパルスの立ち上がりまたは立ち下がりのエッジを前記電気角を推定するタイミングに用いることを特徴とする請求項1または2に記載のブラシレスモータの電気角推定方法。 3. The method of estimating an electrical angle of a brushless motor according to claim 1, wherein a rising edge or a falling edge of the pulse of the PWM drive voltage is used as a timing for estimating the electrical angle. 前記PWM駆動電圧のパルスの立ち上がりまたは立ち下がりのエッジを前記基準電気角分解能を決定する際のタイミングに用いることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のブラシレスモータの電気角推定方法。 The electric angle of the brushless motor according to any one of claims 1 to 3, wherein a rising edge or a falling edge of a pulse of the PWM drive voltage is used as a timing when determining the reference electric angle resolution. Estimation method. 前記回転子の目標回転速度における回転数をN、前記PWM駆動電圧における周期をTとして、下記式を用いて、前記基準電気角分解能を算出することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のブラシレスモータの電気角推定方法。
基準電気角分解能=2π/((1/N)/T)
The rotational speed at the target rotational speed of the rotor of N, the period as T in the PWM drive voltage, using the following equation, any one of the preceding claims, characterized in that calculating the reference electric angle resolution The electrical angle estimation method for a brushless motor according to item 1 .
Reference electrical angle resolution = 2π / ((1 / N) / T)
前記基準電気角分解能を励磁シーケンスの一または二以上のセクタ単位で算出することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のブラシレスモータの電気角推定方法。 6. The method of estimating an electrical angle of a brushless motor according to claim 1, wherein the reference electrical angle resolution is calculated in units of one or more sectors of an excitation sequence. 前記励磁シーケンスの一または二以上のセクタが切り替わる間の、前記PWM駆動電圧のパルスの立ち上がりまたは立ち下がりのエッジ数を求め、該エッジ数と前記切り替わりの間に前記回転子が前記目標回転速度で回転する回転角度とを用いて、前記基準電気角分解能を算出することを特徴とする請求項6記載のブラシレスモータの電気角推定方法。   While one or two or more sectors of the excitation sequence are switched, the number of rising or falling edges of the pulse of the PWM drive voltage is obtained, and the rotor rotates at the target rotational speed between the number of edges and the switching. The method for estimating an electrical angle of a brushless motor according to claim 6, wherein the reference electrical angle resolution is calculated using a rotational angle of rotation. 前記基準平均デューティーは、前記基準電気角分解能を算出した一または二以上のセクタに亘って前記回転子が回転する際のPWM駆動電圧のデューティーの平均値であり、前記平均デューティー値が、前記一または二以上のセクタのn周期前(nは1以上の整数)の同じセクタに亘って前記回転子が回転した際のPWM駆動電圧のデューティーの平均値であることを特徴とする請求項に記載のブラシレスモータの電気角推定方法。 The reference average duty is an average value of the duty of the PWM drive voltage when the rotor rotates over one or more sectors for which the reference electrical angle resolution is calculated, and the average duty value is the one or more sectors. 3. The duty value of the PWM drive voltage when the rotor rotates over the same sector n cycles before two or more sectors (n is an integer of 1 or more). The method for estimating the electrical angle of the brushless motor described. 前記回転子が回転した際のPWM駆動電圧のデューティーをA、前記目標回転速度を得るために必要とされる理論上の前記PWM駆動電圧の基準デューティーをB、前記基準電気角分解能をθrsとして、下記式を用いて、前記補正電気角分解能を算出することを特徴とする請求項2または8に記載のブラシレスモータの電気角推定方法。
補正電気角分解能=A/B×θrs
The duty of the PWM drive voltage when the rotor rotates is A, the theoretical reference duty of the PWM drive voltage required to obtain the target rotational speed is B, and the reference electrical angle resolution is θrs. 9. The method of estimating an electrical angle of a brushless motor according to claim 2 , wherein the corrected electrical angle resolution is calculated using the following equation.
Corrected electrical angle resolution = A / B × θrs
前記PWM駆動電圧における周期は、前記回転子が目標回転速度において一つのセクタを通過する時間の1/m倍(mは1以上の整数)の関係となるように設定されることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1に記載のブラシレスモータの電気角推定方法。 The period of the PWM drive voltage is set so as to have a relationship of 1 / m times (m is an integer of 1 or more) the time for which the rotor passes through one sector at a target rotational speed. The electrical angle estimation method of the brushless motor according to any one of claims 1 to 9 . 永久磁石により形成される複数の磁極を有する回転子と、
駆動電圧の印加により励磁される複数のコイルを備える固定子と、
前記回転子の、前記固定子に対する相対的な位置を検知する回転子位置検知センサと、
前記コイルに、PWMキャリアを用いた多相のPWM駆動信号を印加する駆動回路と、
前記回転子の回転速度を検出する回転速度検出器と、
前記コイルに通電される電流値を検出する電流検出器と、
前記回転子の回転を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、前記回転子位置検知センサの検知結果を受けて複数のセクタからなる励磁シーケンスを決定するとともに、前記PWM駆動電圧における一周期の間に前記回転子が前記目標回転速度において回転する回転角度を基準電気角分解能とし、前記回転子が回転している際のPWM駆動電圧のデューティーを用いて、該デューティーにおいて前記一または二以上のセクタを前記回転子が回転して通過する推定の通過時間を算出し、該推定通過時間内で前記PWM駆動電圧における周期が繰り返し可能な数を求め、該繰り返し数と前記一または二以上のセクタに亘る回転角度とを用いて、前記基準電気角分解能を補正した補正電気角分解能を算出し、該補正電気角分解能を用いて前記回転子の電気角を推定し、少なくとも前記回転速度検出器および前記電流検出器の検出結果を受けて前記回転子の目標回転速度に応じて前記PWM駆動電圧を生成するための指令信号を前記電気角を用いて演算し、該指令信号を前記駆動回路に送信することを特徴とするブラシレスモータ。
A rotor having a plurality of magnetic poles formed by permanent magnets;
A stator having a plurality of coils excited by application of a driving voltage;
A rotor position detection sensor for detecting a relative position of the rotor with respect to the stator;
A drive circuit for applying a multi-phase PWM drive signal using a PWM carrier to the coil;
A rotational speed detector for detecting the rotational speed of the rotor;
A current detector for detecting a current value passed through the coil;
A controller for controlling the rotation of the rotor,
The controller determines an excitation sequence including a plurality of sectors in response to a detection result of the rotor position detection sensor, and the rotor rotates at the target rotation speed during one period of the PWM drive voltage. Using the rotation angle as the reference electrical angle resolution and the duty of the PWM drive voltage when the rotor is rotating, the rotor is estimated to pass through the one or more sectors at that duty. A passing time is calculated, a number in which the period of the PWM drive voltage can be repeated within the estimated passing time is determined, and the reference electrical angle is calculated using the number of repetitions and a rotation angle over one or more sectors. resolution calculates a correction electrical angle resolution has been corrected, estimating the electrical angle of the rotor by using the correction electrical angle resolution, at least the rotational speed detection A command signal for generating the PWM drive voltage according to a target rotation speed of the rotor in response to a detection result of the detector and the current detector, using the electrical angle, and calculating the command signal in the drive circuit A brushless motor characterized by being transmitted to.
永久磁石により形成される複数の磁極を有する回転子と、
駆動電圧の印加により励磁される複数のコイルを備える固定子と、
前記回転子の、前記固定子に対する相対的な位置を検知する回転子位置検知センサと、
前記コイルに、PWMキャリアを用いた多相のPWM駆動信号を印加する駆動回路と、
前記回転子の回転速度を検出する回転速度検出器と、
前記コイルに通電される電流値を検出する電流検出器と、
前記回転子の回転を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、前記回転子位置検知センサの検知結果を受けて複数のセクタからなる励磁シーケンスを決定するとともに、
前記PWM駆動電圧における一周期の間に前記回転子が前記目標回転速度において回転する回転角度を基準電気角分解能とし、前記目標回転速度を得るために必要とされる理論上の基準平均デューティーと、前記回転子が回転している際の平均デューティーとの偏差に基づいて、前記基準電気角分解能を補正して補正電気角分解能を算出し、該補正電気角分解能を用いて前記回転子の電気角を推定し、少なくとも前記回転速度検出器および前記電流検出器の検出結果を受けて前記回転子の目標回転速度に応じて前記PWM駆動電圧を生成するための指令信号を前記電気角を用いて演算し、該指令信号を前記駆動回路に送信することを特徴とするブラシレスモータ。
A rotor having a plurality of magnetic poles formed by permanent magnets;
A stator having a plurality of coils excited by application of a driving voltage;
A rotor position detection sensor for detecting a relative position of the rotor with respect to the stator;
A drive circuit for applying a multi-phase PWM drive signal using a PWM carrier to the coil;
A rotational speed detector for detecting the rotational speed of the rotor;
A current detector for detecting a current value passed through the coil;
A controller for controlling the rotation of the rotor,
The control unit receives a detection result of the rotor position detection sensor and determines an excitation sequence including a plurality of sectors,
The rotation angle at which the rotor rotates at the target rotation speed during one period in the PWM drive voltage is set as a reference electrical angle resolution, and the theoretical reference average duty required to obtain the target rotation speed; Based on the deviation from the average duty when the rotor is rotating, the reference electrical angle resolution is corrected to calculate a corrected electrical angle resolution, and the electrical angle of the rotor is calculated using the corrected electrical angle resolution. And calculating a command signal for generating the PWM drive voltage according to a target rotation speed of the rotor by using at least the detection results of the rotation speed detector and the current detector using the electrical angle. And transmitting the command signal to the drive circuit.
前記制御部は、前記PWM駆動電圧のパルスの立ち上がりまたは立ち下がりのエッジを前記電気角を推定する際のタイミングに用いることを特徴とする請求項11または12に記載のブラシレスモータ。 The brushless motor according to claim 11 , wherein the control unit uses a rising edge or a falling edge of a pulse of the PWM drive voltage as a timing when the electrical angle is estimated. 前記制御部は、前記PWM駆動電圧のパルスの立ち上がりまたは立ち下がりのエッジを前記基準電気角分解能を決定する際のタイミングに用いることを特徴とする請求項11〜13のいずれか1項に記載のブラシレスモータ。 The said control part uses the rising or falling edge of the pulse of the said PWM drive voltage for the timing at the time of determining the said reference | standard electrical angle resolution, The any one of Claims 11-13 characterized by the above-mentioned. Brushless motor. 前記制御部は、前記回転子の目標回転速度における回転数をN、前記PWM駆動電圧における周期をTとして、下記式を用いて、前記基準電気角分解能を算出することを特徴とする請求項11〜14のいずれか1項に記載のブラシレスモータ。
基準電気角分解能=2π/((1/N)/T)
Wherein the control unit, the rotational speed at the target rotational speed of the rotor of N, the period as T in the PWM drive voltage, using the following equation, according to claim 11, characterized in that calculating the reference electric angle resolution The brushless motor of any one of -14.
Reference electrical angle resolution = 2π / ((1 / N) / T)
前記制御部は、前記基準電気角分解能を前記励磁シーケンスの一または二以上のセクタ単位で算出することを特徴とする請求項11〜15のいずれか1項に記載のブラシレスモータ。 The brushless motor according to any one of claims 11 to 15, wherein the control unit calculates the reference electrical angle resolution in one or two or more sectors in the excitation sequence. 前記制御部は、前記励磁シーケンスの一または二以上のセクタが切り替わる間の、前記PWM駆動電圧のパルスの立ち上がりまたは立ち下がりのエッジ数を求め、該エッジ数と前記切り替わりの間に前記回転子が前記目標回転速度で回転する回転角度とを用いて、前記基準電気角分解能を算出することを特徴とする請求項16に記載のブラシレスモータ。 The control unit obtains the number of rising or falling edges of the pulse of the PWM drive voltage during switching of one or more sectors of the excitation sequence, and the rotor is operated between the number of edges and the switching. The brushless motor according to claim 16 , wherein the reference electrical angle resolution is calculated using a rotation angle that rotates at the target rotation speed. 前記基準平均デューティーは、前記基準電気角分解能を算出した一または二以上のセクタに亘って前記回転子が回転する際のPWM駆動電圧のデューティーの平均値であり、前記平均デューティー値が、前記一または二以上のセクタのn周期前(nは1以上の整数)の同じセクタに亘って前記回転子が回転した際のPWM駆動電圧のデューティーの平均値であることを特徴とする請求項12記載のブラシレスモータ。 The reference average duty is an average value of the duty of the PWM drive voltage when the rotor rotates over one or more sectors for which the reference electrical angle resolution is calculated, and the average duty value is the one or more sectors. or before n cycles of the two or more sectors (n is an integer of 1 or more) according to claim 12, wherein the said rotor over the same sector of the average value of the duty of the PWM drive voltage when rotated Brushless motor. 前記制御部は、前記回転子が回転した際のPWM駆動電圧のデューティーをA、前記目標回転速度を得るために必要とされる理論上の前記PWM駆動電圧の基準デューティーをB、前記基準電気角分解能をθrsとして、下記式を用いて、前記補正電気角分解能を算出することを特徴とする請求項12または18に記載のブラシレスモータ。
補正電気角分解能=A/B×θrs
The control unit is configured such that the duty of the PWM drive voltage when the rotor rotates is A, the theoretical reference duty of the PWM drive voltage required to obtain the target rotational speed is B, and the reference electrical angle 19. The brushless motor according to claim 12 , wherein the corrected electrical angle resolution is calculated by using the following formula with a resolution of θrs.
Corrected electrical angle resolution = A / B × θrs
前記PWM駆動電圧における周期は、前記回転子が目標回転速度において一つのセクタを通過する時間の1/m倍(mは1以上の整数)の関係となるように設定されることを特徴とする請求項11〜19のいずれか1項に記載のブラシレスモータ。 The period of the PWM drive voltage is set so as to have a relationship of 1 / m times (m is an integer of 1 or more) the time for which the rotor passes through one sector at a target rotational speed. The brushless motor according to any one of claims 11 to 19 . 前記制御部は、前記PWM駆動電圧のデューティーの変化を記憶する記憶部を備えることを特徴とする請求項11〜20のいずれか1項に記載のブラシレスモータ。 The brushless motor according to any one of claims 11 to 20, wherein the control unit includes a storage unit that stores a change in duty of the PWM drive voltage.
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