JP3600572B2

JP3600572B2 - モータのトルクリップル低減方法

Info

Publication number: JP3600572B2
Application number: JP2001348670A
Authority: JP
Inventors: サンヨウンキム
Original assignee: エルジー電子株式会社
Priority date: 2001-02-13
Filing date: 2001-11-14
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2021-11-14
Also published as: CN1193494C; KR100408053B1; CN1371165A; KR20020066740A; JP2002247888A; US6559617B2; US20020109476A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＲＭ（ＳｗｉｔｃｈｅｄＲｅｌｕｃｔａｎｃｅＭｏｔｏｒ）のトルクリップル低減方法に係るもので、詳しくは、１つの位置センサを利用して、モータの回転子の位置を検出した後、該検出された位置に対応する位置検出信号のパルス幅を最適に設定して、パルス幅変調信号のデューティ比を調節することにより、前記モータのトルクリップルを低減し得るＳＲＭのトルクリップル低減方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＳＲＭ（以下、モータと略称する）を駆動するためには、モータの回転子の位置信号を必要とし、最小１つの位置センサを使用して前記モータの正／逆回転移行時点を正確に認知して、前記モータを正／逆方向に制御することができる。
【０００３】
そして、従来のモータの駆動装置においては、図６に示したように、モータ２００の回転子の位置を検知する第１，２，３の３つの位置検出センサ３０１、３０２、３０３と、パルス幅変調信号１１０を発生して、各位置検出センサ３０１、３０２、３０３からの信号１５０、１６０、１７０に基づいて３相信号１２０、１３０、１４０を制御する主制御部１００と、主制御部１００から出力された３相信号１２０、１３０、１４０により３相電流をモータ２００に印加するモータ駆動部５０と、モータ駆動部５０と主制御部１００の間に接続された各ＡＮＤゲート１１５、１２５、１３５と、モータ駆動部５０から出力される３相電流により駆動されるモータ２００と、を包含して構成される。
【０００４】
以下、このように構成された従来のモータの駆動装置の動作について、図６乃至図８に基づいて説明する。即ち、位置検出センサ３０１、３０２、３０３がモータ回転子（未図示）の位置を検出して主制御部１００に夫々第１，２，３の位置検出信号１５０、１６０、１７０を出力すると、それらの位置検出センサの検出結果に従って主制御部１００から出力されるパルス幅変調信号１１０及び３相信号１２０、１３０、１４０を夫々ＡＮＤゲート１１５、１２５、１３５で論理積演算した後、モータ駆動部５０に出力し、モータ駆動部５０は、主制御部１００から入力される制御信号により固定子巻線の各相に電流を供給する。
【０００５】
上記モータ２００の回転に従った各相信号（Ａ相〜Ｃ相）の波形は、図７に示したように、各位置検出信号（ＳＲ１〜ＳＲ３）の上昇エッジで各センサの出力信号がオンする毎に、所定時間（例えば、モータ２００の回転子が所定の機械角度だけ回転する時間）の間上記位置検出信号によりオンして、それらの相信号は、パルス幅変調信号１１０と論理的に論理積演算された後、モータ駆動部５０に入力される。次いで、この論理積演算された信号は、モータ駆動部５０の３相電流を制御して、モータ駆動部５０の各相の電流がモータ２００に入力される。
【０００６】
即ち、第１センサ３０１の出力信号がオンすると、上記第１位置検出信号（ＳＲ１）１５０の上昇エッジで上記Ａ相信号（Ａ相）１２０がオンして、このＡ相信号１２０は、パルス幅変調信号１１０と論理積演算された後、モータ駆動部５０に入力されて、モータ駆動部５０からＡ相電流が上記モータ２００に供給される。このとき、モータ２００は、回転して、所定時間後（例えば、モータ２００の回転子が１５度回転する時間後）に第２センサ３０２の出力信号がオンすると、第２位置検出信号（ＳＲ２）１６０の上昇エッジでＢ相信号（Ｂ相）１３０がオンして、その後、Ｂ相信号１３０は、パルス幅変調信号１１０と論理積演算された後、モータ駆動部５０に入力されて、モータ駆動部５０からＢ相電流がモータ２００に供給される。
【０００７】
次いで、第２センサ３０２の出力信号がオフになると、上記第２位置検出信号の下降エッジ（ＦａｌｌｉｎｇＥｄｇｅ）で上記Ａ相信号１２０はオフされて、所定時間後に第３センサ３０３の出力信号がオンした後、第３位置検出信号（ＳＲ３）１７０の上昇エッジでＣ相信号（Ｃ相）１４０がオンし、この信号は、パルス幅変調信号１１０と論理的に論理積演算された後、モータ駆動部５０に入力されて、モータ駆動部５０からモータ２００にＣ相電流が供給される。
【０００８】
次いで、第３センサ３０３の出力電流がオフになると、上記第３位置検出信号の下降エッジでＢ相信号１３０がオフした後、所定時間後に再び第１センサ３０１の出力信号がオンすると、第１位置検出信号１５０の上昇エッジでＡ相信号１２０はオンし、その後第１位置検出信号１５０の下降エッジでＣ相信号１４０がオフする。
【０００９】
このように、各相信号とパルス幅変調信号１１０とが夫々論理的に論理積演算されて、モータ駆動部５０に入力されると、モータ駆動部５０は、各相電流を固定子巻線に出力することにより、モータ２００が回転する。
【００１０】
しかし、このとき図８の、回転子の回転角（横軸）とトルク（縦軸）との関係から示されるように、モータ２００に入力される３相電流によりトルクリップルに基因する騒音が発生する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のモータ駆動方法においては、モータ２００に入力された３相電流によってトルクリップルが発生するので騒音が大きくなるという不都合な点があった。
【００１２】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、１つの位置検出センサのみを利用して上記モータ２００の回転子位置を検出した後、検出された位置に対応する位置検出信号のパルス幅を最適に設定して、パルス幅変調信号１１０のデューティ比を調節することにより、モータ２００のトルクリップルを低減し得るトルクリップル低減方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係るトルクリップル低減方法においては、回転子の位置に対応して位置検出信号のパルス幅を設定する段階と、前記位置検出信号の上昇及び下降エッジに同期して各相の電流を制御する制御信号を出力する段階と、前記位置検出信号の下降エッジが検出されると、その時点からパルス幅変調信号のデューティ比を変えて出力する段階と、を順次行うことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に対し、図面を用いて説明する。
【００１５】
本発明に係るモータの駆動装置においては、図１に示したように、モータ２００の回転子の位置を検出する１つの位置検出センサ３１０と、パルス幅変調信号及び各３相信号１２０、１３０、１４０を制御する主制御部３００と、位置検出センサ３１０から出力された位置検出信号によりパルス幅変調信号のデューティ比を制御する制御部４００と、主制御部３００から出力される３相信号１２０、１３０、１４０により３相電流をモータ２００に出力するモータ駆動部５０と、モータ駆動部５０と主制御部３００間に接続された各ＡＮＤゲート１１５、１２５、１３５と、モータ駆動部５０から出力される３相電流により駆動されるモータ２００と、を包含して構成されている。
【００１６】
以下、このように構成された本発明に係るモータの駆動装置の動作並びに、本発明に係るモータのトルクリップル低減方法について図１〜図３を参照して説明する。
【００１７】
図２は図１に示した位置検出センサ３１０の出力信号３５０と、主制御部３００の出力信号１２０（Ａ相）、１３０（Ｂ相）、１４０（Ｃ相）、及び制御部４００の出力信号（ＰＷＭ）の間の関係を示し、また、図３は本発明のトルクリップル低減方法のフローチャートを示す。図１乃至３に示したように、位置検出センサ３１０は、モータ回転子（未図示）の位置を検出して主制御部３００に位置検出信号３５０を出力する（Ｓ１）。次いで、主制御部３００は、入力された上記位置検出信号のパルス周期とそのオン期間のパルス幅を変えてモータ２００のトルクリップルが最小になるように設定する（Ｓ２）が、このときの上記パルス幅の最適の幅（期間）は、モータの回転子の回転角度が約６度（機械角、以下同様）程度の期間である。次いで、上記の設定された位置検出センサのパルス幅に基づいて、主制御部３００は、３相信号１２０、１３０、１４０を上記の位置検出信号の上昇エッジ又は下降エッジに同期して、モータ駆動部５０に出力し、上記３相信号に応じてモータ駆動部５０は、３相電流をモータ２００に出力する。
【００１８】
このとき、上記の決められたパルス幅を基準としてセンサ３１０の出力信号がオンすると、回転子は所定角度（６度）回転して、センサ３１０の出力信号は再びオフし、その後、上記回転子は所定角度（９度）だけさらに回転してセンサ３１０の出力信号が再びオンすることによって、モータの各相が駆動される（Ｓ３）。
【００１９】
また、上記位置検出信号の各下降エッジ毎にパルス幅変調信号のデューティ比が変えられて、各相信号とパルス幅変調信号が論理的に論理積演算されて、モータ駆動部５０に入力される（Ｓ４）。
【００２０】
即ち、初めに、センサ３１０の出力信号がオンすると、Ａ相信号１２０がＡＮＤゲートに入力されてパルス幅変調信号と論理積演算された後にモータ駆動部５０に入力され、モータ駆動部５０は主制御部３００から入力されたＡ相信号１２０の制御によりモータ２００にＡ相電流を供給して、上記回転子が回転する。
【００２１】
このとき、上記回転子が所定角度（６度）だけさらに回転すると、センサ３１０の出力信号はオフして、位置検出信号３５０の下降エッジの瞬間にＣ相信号１４０がオフするが、上記Ａ相信号１２０はオンしているため、モータ２００は持続的に回転する。
【００２２】
次いで、上記回転子が所定角度（９度）だけさらに回転すると、センサ３１０の出力信号は再びオンして、上記位置検出信号の上昇エッジの瞬間に、Ｂ相信号１３０がオンして、このＢ相信号１３０は、パルス幅変調信号と論理積演算された後、モータ駆動部５０に入力されて、モータ駆動部５０は、Ｂ相信号１３０の制御によりモータ２００にＢ相電流を供給して、モータ２００を駆動させる。
【００２３】
次いで、上記回転子が所定角度（６度）だけさらに回転すると、センサ３１０の出力信号は再びオフして、位置検出信号３５０の下降エッジの瞬間に、Ａ相信号１２０がオフする。次いで、Ａ相信号１２０は、パルス幅変調信号と論理積演算された後、モータ駆動部５０に入力されて、モータ駆動部５０は、モータ２００に供給されるＡ相電流を中止させるが、Ｂ相信号１３０は相変わらずオンしているので、モータ２００の回転子は持続的に回転する。
【００２４】
次いで、上記回転子が所定角度（９度）だけさらに回転すると、センサ３１０の出力信号はまたオンして、上記位置検出信号の上昇エッジの瞬間に、Ｃ相信号１４０はオンして、パルス幅変調信号と論理積演算された後、モータ駆動部５０に入力されて、モータ駆動部５０は、Ｃ相電流をモータ２００に供給する。
【００２５】
次いで、上記回転子が所定角度（６度）だけさらに回転すると、センサ３１０の出力信号はオフして、位置検出信号３５０の下降エッジの瞬間に、Ｂ相信号１３０はオフして、パルス幅変調信号と論理積演算された後、モータ駆動部５０に入力されて、モータ駆動部５０は、モータ２００に出力されるＢ相電流を上記信号の制御により中止させる。
【００２６】
次いで、上記回転子が所定角度（９度）だけさらに回転すると、センサ３１０の出力信号はオンして、上記位置検出信号の上昇エッジの瞬間に、Ａ相信号１２０は再びオンし、Ａ相信号１２０は、パルス幅変調信号と論理積演算された後、モータ駆動部５０に出力されて、モータ駆動部５０は、Ａ相電流をモータ２００に再び供給する。
【００２７】
このようにして、１つの位置検出センサ３１０を利用してモータ２００に入力される各相電流に対応する３相信号１２０、１３０、１４０を制御することができる。
【００２８】
このとき、主制御部３００の出力信号に応じてスイッチング素子のターンオン及びターンオフを制御するとき、使用されるスイッチング素子として通常のバイポーラトランジスタＢＪＴ（ＢｉｐｏｌａｒＪｕｎｃｔｉｏｎＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が一般に利用されるが、他のスイッチング素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＢＴ（ＭＯＳｇａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ））を利用して制御することもできる。
【００２９】
又、上記パルス幅変調信号（ＰＷＭ）のデューティ比は、図２に示したように、位置検出信号が下降エッジの時点から所定時間の間減少し、その後次第に増加するように調節され、デューティ比を可変にする。
【００３０】
即ち、予め設定されたパルス幅変調信号の基準のパルス幅を１とするとき、図２中に点線で囲んで拡大して示したように、上記センサ検出信号の下降エッジ検出後から図中に矢印で示した所定の時間、例えば大略６００μｓの間ＰＷＭのパルス幅を１／２にし、その６００μｓ後には、再び本来のパルス幅１に調節し、さらに、上記位置検出信号３５０の上昇エッジ検出後には、本来のパルス幅の２倍に調節した後、所定の時間、例えば約３００μｓ後にすぐ本来のパルス幅１に調節する。各相に供給される電流によりトルクが発生し、モータにはこの各相のトルクの和（トータルトルク）によってトルクリップルが発生する。
【００３１】
図４は、本発明に係る位置検出信号のパルス幅が最適の状態で、パルス幅変調信号のデューティ比を調節する前に発生するトルクリップルを示した波形図で、横軸は回転角を示し、縦軸はトルクの強さを示したものである。図示されたように、上記デューティ比を調節する前には、従来のトルクリップルとあまり差がないということが分かる。
【００３２】
これに対し、図５は、本発明に係る位置検出信号のパルス幅が最適の状態で、パルス幅変調信号のデューティ比を本発明に従って可変にするように調節した後に発生するトルクリップルを示した波形図で、横軸は回転角を示し、縦軸はトルクの強さを示したものである。図示されたように、本発明に従って位置検出器信号のパルス幅を決める角度（機械角）を最適に設定して、上記のようにデューティ比を調節した結果、図４に示した場合よりもトルクリップルが５０％ぐらい減少することがわかる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るＳＲＭのトルクリップル（ＴｏｒｑｕｅＲｉｐｐｌｅ）低減方法においては、１つの位置検出センサ３１０を利用して、検出された位置検出信号３５０の幅を最適に設定して、前記位置検出信号３５０の下降エッジから所定時間の間、スイッチング素子を駆動させるためのパルス幅変調信号のデューティ比を可変にすることによって、トルクリップルを５０％以上低減し得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＳＲＭの駆動装置を示したブロック図である。
【図２】本発明に係るＳＲＭの３相駆動、位置検出センサ及びパルス幅変調の信号を示した波形図である。
【図３】本発明に係るＳＲＭのトルクリップル低減方法を示したフローチャートである。
【図４】本発明に係るＳＲＭの位置検出信号のパルス幅が最適の状態で、パルス幅変調信号のデューティ比を調節する前に発生するトルクリップルを示した波形図である。
【図５】本発明に係るＳＲＭの位置検出信号のパルス幅が最適の状態で、パルス幅変調信号のデューティ比を調節した後に発生するトルクリップルを示した波形図である。
【図６】従来のＳＲＭの駆動装置を示したブロック図である。
【図７】従来のＳＲＭの３相駆動、センサ及びパルス幅変調の信号を示した波形図である。
【図８】従来のＳＲＭのトルクリップルを示した波形図である。
【符号の説明】
５０…モータ駆動部
１２０、１３０、１４０…３相信号
２００…モータ（ＳＲＭ）
３００…主制御部
３１０…位置検出センサ
３５０…位置検出信号
４００…パルスデューティ制御部

Claims

モータの回転子の位置検出結果に対応する位置検出信号のパルス幅を設定する段階と、
前記位置検出信号の上昇及び下降エッジに同期して前記モータの3相の各電流を制御する信号を出力する段階と、
前記位置検出信号の下降エッジが検出された時点からパルス幅変調信号のデューティ比を減少させて出力する段階と、を順次行うことを特徴とするモータのトルクリップル低減方法。
前記位置検出信号を、前記モータの回転子が機械角で約15度回転する時間のパルス周期に設定することを特徴とする請求項1に記載のモータのトルクリップル低減方法。
前記パルス周期は、オン期間のパルス幅が前記モータの回転子が機械角で約6度回転する時間で設定されることを特徴とする請求項2に記載のモータのトルクリップル低減方法。
前記パルス幅変調信号は、前記位置検出信号の各周期毎に該位置検出信号の下降エッジが検出される時点から所定時間の間、前記デューティ比が予め定めた基準の値の半分に低減された後、再び増加されることを特徴とする請求項1に記載のモータのトルクリップル低減方法。