JP6331188B2 - Motor control device - Google Patents
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Description
本発明は、モータ制御装置に係り、特に、PWM制御方式によるDCブラシレスモータのモータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device, and more particularly to a motor control device for a DC brushless motor using a PWM control method.
一般に、車両用エアコンの送風を行うブロワモータ等の、DCブラシレスモータ(以下、「モータ」と称する)がある。かかるモータの制御装置では、半導体素子をオン、オフさせてモータのステータ各相に整流した矩形波状の電圧を印加することにより、ステータ各相に、いわゆる回転磁界を生じさせ、永久磁石で構成されたモータのロータを回転させている。 In general, there is a DC brushless motor (hereinafter referred to as “motor”) such as a blower motor that blows air from a vehicle air conditioner. In such a motor control device, a so-called rotating magnetic field is generated in each phase of the stator by applying a rectangular wave voltage rectified to each phase of the stator of the motor by turning on and off the semiconductor element, and is configured by a permanent magnet. The rotor of the motor is rotating.
ロータを回転させ得る回転磁界を生じさせるには、ロータを構成する永久磁石のS極又はN極の位置(以下、「ロータの位置」と称する)を把握する必要がある。DCブラシレスモータでは、例えば、半導体であるホール素子を使用したホールセンサでロータの磁界を検知し、当該磁界の極性及び強度に応じた電圧を信号として出力する。 In order to generate a rotating magnetic field capable of rotating the rotor, it is necessary to grasp the position of the south pole or the north pole of the permanent magnet constituting the rotor (hereinafter referred to as “rotor position”). In a DC brushless motor, for example, a magnetic field of a rotor is detected by a Hall sensor using a Hall element that is a semiconductor, and a voltage corresponding to the polarity and strength of the magnetic field is output as a signal.
図7は、モータが各相に備えるホールセンサが出力した電圧のアナログ波形92U,92V,92Wの概略の一例及びアナログ波形92U,92V,92Wをコンパレータ等の回路を介して得たデジタル波形94U,94V,94Wの概略の一例を示す図である。デジタル波形94U,94V,94Wでは、電圧の変化がエッジ96A,96B,96C,96D,96E,96Fとして示される。これらエッジ96A,96B,96C,96D,96E,96Fを検出することで、ロータの位置を図7の横軸に示した電気角として把握できる。 FIG. 7 shows an example of a schematic analog waveform 92U, 92V, 92W of the voltage output from the Hall sensor provided in each phase of the motor, and a digital waveform 94U obtained by obtaining the analog waveforms 92U, 92V, 92W through a circuit such as a comparator. It is a figure which shows an example of the outline of 94V, 94W. In the digital waveforms 94U, 94V, 94W, voltage changes are shown as edges 96A, 96B, 96C, 96D, 96E, 96F. By detecting these edges 96A, 96B, 96C, 96D, 96E, and 96F, the position of the rotor can be grasped as an electrical angle shown on the horizontal axis of FIG.
しかしながら、モータを円滑に回転させるには、エッジとエッジとの間においてもロータの位置を把握する必要がある。特許文献1には、デジタル波形のエッジ間でのロータの角速度を算出し、算出した角速度を用いて、エッジ間におけるロータの位置を算出している。具体的には、直前にエッジが発生した時間からの経過時間に算出した角速度を乗算することにより、直前に検出されたエッジからの電気角の変化量を算出し、算出した電気角の変化量を直前に検出されたエッジの電気角に加算してロータの位置を算出している。 However, in order to rotate the motor smoothly, it is necessary to grasp the position of the rotor between the edges. In Patent Document 1, the angular velocity of the rotor between the edges of the digital waveform is calculated, and the position of the rotor between the edges is calculated using the calculated angular velocity. Specifically, the amount of change in the electrical angle from the edge detected immediately before is calculated by multiplying the elapsed time from the time when the edge occurred immediately before by the calculated angular velocity, and the amount of change in the calculated electrical angle is calculated. Is added to the electrical angle of the edge detected immediately before to calculate the rotor position.
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、ロータの角速度の算出に除算及びガード処理に係る演算が必要で、かかる演算は、低性能のマイコンでは負荷が大きいという問題点があった。 However, the technique described in Patent Document 1 requires calculations related to division and guard processing to calculate the angular velocity of the rotor, and this calculation has a problem that a load is high in a low-performance microcomputer.
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、ロータ位置の算出に係る演算の負荷が小さいモータ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a motor control device with a small calculation load related to the calculation of the rotor position.
前記課題を解決するために、請求項1に記載のワイパ装置は、モータのロータの回転に伴って変化する磁界を検知すると共に、検知した磁界の変化に応じた信号を出力する磁界検知部と、前記磁界検知部が出力した信号を、所定の電気角毎にエッジを有する矩形波状の信号に変換する信号変換部と、前記所定の電気角を各々10進法で2の8乗、2の9乗及び2の10乗のいずれかとなる所定の数で徐算して得られる単位電気角を前記ロータが回転する場合の単位電気角時間とし、所定のビットで表現された前記矩形波状の信号のエッジ間の時間から、該所定のビットのビット数と前記所定の数のべき数との差に相当する数の上位ビットを前記単位電気角時間として抽出する単位電気角時間抽出部と、前記矩形波状の信号に新たなエッジが発生したときから前記単位電気角時間抽出部で抽出した上位ビットが示す単位電気角時間毎でのカウントを開始し、該カウントした値に前記単位電気角を乗算することにより、前記矩形波状の信号に新たなエッジが発生したときを基準としたロータの回転位置を算出する制御部と、を備えている。
In order to solve the above-described problem, the wiper device according to claim 1 detects a magnetic field that changes as the rotor of the motor rotates, and outputs a signal corresponding to the detected change in the magnetic field; A signal conversion unit that converts the signal output from the magnetic field detection unit into a rectangular wave signal having an edge for each predetermined electrical angle; The rectangular wave signal expressed by a predetermined bit, with a unit electrical angle obtained by subtracting a predetermined number that is either the ninth power or the second power of 10 as the unit electrical angle time when the rotor rotates. from the time between the edges, the unit electrical angle time extraction unit which extracts a number upper bits of which correspond to the difference between the exponent of the predetermined number of bits and the predetermined bits as the unit electrical angle period, the A new edge is generated in the rectangular wave signal. By the count in each of the unit electrical angle time extraction unit with the extracted unit electrical angle indicating upper bits of time starts from the time, multiplying the unit electrical angle to a value said count, said rectangular-wave signal And a control unit that calculates the rotational position of the rotor based on when a new edge occurs.
請求項1に記載のモータ制御装置は、ロータが所定の電気角で進角する時間である矩形波状の信号のエッジ間の時間を2のべき乗の数で除算して得られた時間を、ロータが単位電気角で進角する単位電気角時間として算出している。 The motor control device according to claim 1, wherein a time obtained by dividing a time between edges of a rectangular wave signal, which is a time required for the rotor to advance by a predetermined electrical angle, by a power of two, is obtained. Is calculated as a unit electrical angle time that is advanced by a unit electrical angle.
2進数で演算処理を行うノイマン方式の計算機において、任意の10進数を除数とする除算処理は当該計算機の負荷が高い。しかしながら、除数が2のべき乗であれば、2進数で表現した被除数から当該除数のべき数に相当する桁数を除外することで除算でき、低性能のマイコンでも前述の単位電気角時間を容易に算出できる。すなわち、所定のビットで表現したエッジ間の時間から上位のビットを抽出するという、ノイマン方式の計算機において負荷が軽い処理によって単位電気角時間を算出することにより、ロータ位置の算出に係る演算の負荷を低減できる。 In a Neumann computer that performs arithmetic processing in binary numbers, division processing using an arbitrary decimal number as a divisor has a high load on the computer. However, if the divisor is a power of 2, it can be divided by excluding the number of digits corresponding to the power of the divisor from the dividend expressed in binary, and the above-mentioned unit electrical angle time can be easily obtained even in a low-performance microcomputer. It can be calculated. In other words, by calculating the unit electrical angle time by light-loading processing in a Neumann computer that extracts higher bits from the time between edges expressed by predetermined bits, the load of calculation related to the calculation of the rotor position Can be reduced.
請求項2に記載のモータ制御装置は、請求項1に記載のモータ制御装置において、前記制御部は、前記矩形波状の信号に新たなエッジが発生したときの前記矩形波状の信号のレベルの高低に応じて、該エッジが発生したときのロータの位置の電気角を算出すると共に、該算出した電気角に前記新たなエッジが発生したときを基準としたロータの回転位置を加算することにより、前記ロータの位置を算出する。 The motor control device according to claim 2 is the motor control device according to claim 1, wherein the control unit is configured to increase or decrease a level of the rectangular wave signal when a new edge occurs in the rectangular wave signal. In accordance with the calculation of the electrical angle of the position of the rotor when the edge occurs, and by adding the rotational position of the rotor based on when the new edge occurs to the calculated electrical angle, The position of the rotor is calculated.
請求項2のモータ制御装置によれば、矩形波上の信号がハイレベルか否かによって、エッジが発生したときのロータの位置を算出すると共に、エッジが発生したときのロータの位置と新たなエッジが発生したときを基準としたロータの回転位置とを加算することにより、ロータの位置を軽微な計算負荷で算出することができる。 According to the motor control device of the second aspect, the position of the rotor when the edge is generated is calculated depending on whether or not the signal on the rectangular wave is at the high level, and the rotor position and the new position when the edge is generated are newly calculated. By adding the rotational position of the rotor with respect to when the edge occurs, the position of the rotor can be calculated with a slight calculation load.
請求項3に記載のモータ制御装置は、請求項1又は請求項2に記載のモータ制御装置において、前記所定の電気角は、180度である。 A motor control device according to a third aspect is the motor control device according to the first or second aspect, wherein the predetermined electrical angle is 180 degrees.
請求項3の記載のモータ制御装置によれば、DCブラシレスモータのロータの位置を示す信号として一般的な電気角180度毎にエッジを有する矩形波上の信号を用いて、ロータの位置を算出することができる。 According to the motor control device of the third aspect, the position of the rotor is calculated by using a signal on a rectangular wave having an edge at every general electrical angle of 180 degrees as a signal indicating the position of the rotor of the DC brushless motor. can do.
図1は、本実施の形態に係るモータ制御装置10の構成の一例の概略を示すブロック図である。図1に示したモータ制御装置10は、一例として、車載エアコンの送風に用いられる、いわゆるブロアモータの一種であるモータ16を制御するものである。また、図1示したモータ16は、一例として、三相6極のDCブラシレスモータである。 FIG. 1 is a block diagram showing an outline of an example of the configuration of a motor control device 10 according to the present embodiment. As an example, the motor control device 10 shown in FIG. 1 controls a motor 16 that is a kind of so-called blower motor used for blowing air from an in-vehicle air conditioner. The motor 16 shown in FIG. 1 is a three-phase six-pole DC brushless motor as an example.
モータ16のロータ24は、各々3つのS極及びN極の永久磁石で構成されている。ロータ24の磁界は、ホールセンサ52によって検知される。ホールセンサ52は、ロータのシャフトと同軸に固定されたセンサマグネットの磁界を検知してもよい。 The rotor 24 of the motor 16 is composed of three S-pole and N-pole permanent magnets. The magnetic field of the rotor 24 is detected by the hall sensor 52. The hall sensor 52 may detect the magnetic field of a sensor magnet fixed coaxially with the rotor shaft.
ホールセンサ52は、ロータ24又はセンサマグネットにより形成された磁界を検出することにより、ロータ24の位置を検出するためのセンサである。ホールセンサ52は、U、V、Wの各相に対応する3つのホール素子を含んでいる。ホールセンサ52は、ロータ24の回転によって生じた磁界の変化を、図7に示した正弦波に近似したアナログ波形の電圧の変化の信号として出力する。 The hall sensor 52 is a sensor for detecting the position of the rotor 24 by detecting a magnetic field formed by the rotor 24 or the sensor magnet. The hall sensor 52 includes three hall elements corresponding to U, V, and W phases. The Hall sensor 52 outputs the change in the magnetic field generated by the rotation of the rotor 24 as a signal of a change in voltage of an analog waveform that approximates the sine wave shown in FIG.
ホールセンサ52が出力した信号は、制御回路であるマイコン40に入力される。マイコン40は、集積回路であり、スタンバイ回路60によって電源80から供給される電力が制御されている。 The signal output from the hall sensor 52 is input to the microcomputer 40 which is a control circuit. The microcomputer 40 is an integrated circuit, and the power supplied from the power source 80 is controlled by the standby circuit 60.
ホールセンサ52からマイコン40に入力されたアナログ波形の信号は、マイコン40内にある、コンパレータ等のアナログ信号をデジタル信号に変換する回路を備えたホールセンサエッジ検出部66に入力される。ホールセンサエッジ検出部66では、入力されたアナログ波形92U,92V,92Wを、図7に示したデジタル波形94U,94V,94Wに変換し、デジタル波形94U,94V,94Wからエッジ96A,96B,96C,96D,96E,96Fを検出する。 The analog waveform signal input from the hall sensor 52 to the microcomputer 40 is input to the hall sensor edge detection unit 66 provided with a circuit for converting an analog signal such as a comparator into a digital signal in the microcomputer 40. The hall sensor edge detector 66 converts the input analog waveforms 92U, 92V, and 92W into the digital waveforms 94U, 94V, and 94W shown in FIG. 7, and the edges 96A, 96B, and 96C from the digital waveforms 94U, 94V, and 94W. , 96D, 96E, and 96F are detected.
デジタル波形94U,94V,94W及びエッジ96A,96B,96C,96D,96E,96Fの情報はモータ位置推定部64に入力され、ロータ24の位置が算出される。算出されたロータ24の位置の情報は、通電制御部68に入力される。 Information on the digital waveforms 94U, 94V, 94W and the edges 96A, 96B, 96C, 96D, 96E, 96F is input to the motor position estimating unit 64, and the position of the rotor 24 is calculated. The calculated position information of the rotor 24 is input to the energization control unit 68.
また、マイコン40の指令値算出部62には、車載エアコンの電子制御ユニットであるエアコンECU78を介してモータ16(ロータ24)の回転速度を指示するための信号が入力される。エアコンECU78から入力された信号からモータ16の回転速度に係る指令を抽出して、通電制御部68に入力する。 Further, a signal for instructing the rotational speed of the motor 16 (rotor 24) is input to the command value calculation unit 62 of the microcomputer 40 via the air conditioner ECU 78 which is an electronic control unit of the in-vehicle air conditioner. A command related to the rotational speed of the motor 16 is extracted from the signal input from the air conditioner ECU 78 and input to the energization control unit 68.
通電制御部68は、モータ位置推定部64で算出されたロータ24の位置及びエアコンECU78により指示されたロータ24の回転速度に基づいて駆動デューティ値を決定する。また、通電制御部68は、駆動デューティ値に応じたパルス信号であるPWM信号を生成して電圧供給部50に出力するPWM制御を行う。 The energization control unit 68 determines the drive duty value based on the position of the rotor 24 calculated by the motor position estimation unit 64 and the rotational speed of the rotor 24 instructed by the air conditioner ECU 78. The energization control unit 68 performs PWM control that generates a PWM signal that is a pulse signal corresponding to the drive duty value and outputs the PWM signal to the voltage supply unit 50.
電圧供給部50は、三相(U相、V相、W相)インバータにより構成されている。図2に示すように、電圧供給部50は、各々が上段スイッチング素子としての3つのNチャンネル電界効果トランジスタ(MOSFET)74U、74V、74W(以下、「FET74U、74V、74W」と言う)、各々が下段スイッチング素子としての3つのNチャンネル電界効果トランジスタ(MOSFET)76U、76V、76W(以下、「FET76U、76V、76W」と言う)とを備えている。なお、FET74U、74V、74W及びFET76U、76V、76Wは、各々、個々を区別する必要がない場合は「FET74」、「FET76」と総称し、個々を区別する必要がある場合は、「U」、「V」、「W」の符号を付して称する。 The voltage supply unit 50 includes a three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) inverter. As shown in FIG. 2, the voltage supply unit 50 includes three N-channel field effect transistors (MOSFETs) 74U, 74V, and 74W (hereinafter referred to as “FETs 74U, 74V, and 74W”), each serving as an upper stage switching element. Includes three N-channel field effect transistors (MOSFETs) 76U, 76V, and 76W (hereinafter referred to as “FETs 76U, 76V, and 76W”) as lower-stage switching elements. The FETs 74U, 74V, and 74W and the FETs 76U, 76V, and 76W are collectively referred to as “FET74” and “FET76” when they do not need to be distinguished from each other, and “U” when they need to be distinguished from each other. , “V”, “W” are attached with symbols.
FET74、FET76のうち、FET74Uのソース及びFET76Uのドレインは、コイル30Uの端子に接続されており、FET74Vのソース及びFET76Vのドレインは、コイル30Vの端子に接続されており、FET74Wのソース及びFET76Wのドレインは、コイル30Wの端子に接続されている。 Of FET 74 and FET 76, the source of FET 74U and the drain of FET 76U are connected to the terminal of coil 30U, the source of FET 74V and the drain of FET 76V are connected to the terminal of coil 30V, the source of FET 74W and the source of FET 76W. The drain is connected to the terminal of the coil 30W.
FET74及びFET76のゲートは通電制御部68に接続されており、PWM信号が入力される。FET74及びFET76は、ゲートにHレベルのPWM信号が入力するとオン状態になり、ドレインからソースに電流が流れる。また、ゲートにLレベルのPWM信号が入力されるとオフ状態になり、ドレインからソースへ電流が流れない状態になる。 The gates of the FET 74 and FET 76 are connected to the energization control unit 68, and a PWM signal is input. The FET 74 and FET 76 are turned on when an H level PWM signal is input to the gate, and current flows from the drain to the source. Further, when an L level PWM signal is input to the gate, the transistor is turned off and no current flows from the drain to the source.
また、本実施の形態のモータ制御装置10には、電源80、ノイズ防止コイル82、及び平滑コンデンサ84A、84B等が構成されている。電源80、ノイズ防止コイル82、及び平滑コンデンサ84A、84Bは略直流電源を構成している。 Further, the motor control device 10 of the present embodiment includes a power source 80, a noise prevention coil 82, smoothing capacitors 84A and 84B, and the like. The power source 80, the noise prevention coil 82, and the smoothing capacitors 84A and 84B constitute a substantially DC power source.
続いて、図2〜4を用いて、本発明の実施の形態に係るモータ制御装置10における、ロータ24の位置の算出について説明する。本実施の形態では、ホールセンサ52は、モータ16のU相、V相、W相に各々対応した3つのホール素子を備えているので、図2〜4を用いた説明は、U相、V相、W相の各々において行われる。しかしながら、ロータ24の位置の算出はU相、V相、W相のいずれも同様なので、以下、図2〜4を用いた説明では、U相、V相、W相に共通する事項について説明する。 Next, calculation of the position of the rotor 24 in the motor control device 10 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the Hall sensor 52 includes three Hall elements respectively corresponding to the U phase, the V phase, and the W phase of the motor 16. Therefore, the description using FIGS. For each of the phase and the W phase. However, since the calculation of the position of the rotor 24 is the same for all of the U phase, the V phase, and the W phase, in the following description using FIGS. 2 to 4, matters common to the U phase, the V phase, and the W phase will be described. .
図2は、本実施の形態に係るモータ制御装置10において、ホールセンサ52から出力された信号をデジタル化した波形であるセンサ入力を16ビットタイマであるタイマCでカウントすることにより、センサ入力のエッジ間の時間である電気角180度時間Tcをカウントした場合の一例を示す概略図である。センサ入力は、所定の電気角(例えば電気角180度)毎にエッジが発生するが、本実施の形態では、所定の電気角が、例えば180度であるとして、以下のように矩形波上の信号のエッジ間の時間である電気角180度時間Tcをカウントする。 FIG. 2 shows the sensor input of the motor control device 10 according to the present embodiment by counting the sensor input, which is a waveform obtained by digitizing the signal output from the Hall sensor 52, using the timer C which is a 16-bit timer. It is the schematic which shows an example at the time of counting the electrical angle 180 degree | times time Tc which is the time between edges. In the sensor input, an edge is generated for each predetermined electrical angle (for example, electrical angle of 180 degrees). In the present embodiment, assuming that the predetermined electrical angle is, for example, 180 degrees, a rectangular wave is obtained as follows. The electrical angle 180 degree time Tc, which is the time between the edges of the signal, is counted.
タイマCは、例えば、マイコン40に内蔵されたタイマであって、マイコン40のベースクロックを16ビット毎にカウントし、カウント値を積算することで時間を算出する。図2では、一例として、センサ入力のエッジ96Gの発生と共にタイマCはマイコン40のベースクロックを16ビット毎にカウントしてカウントC値とし、カウントC値を積算していく。そして、センサ入力のエッジ96Hが発生した時までのカウントC値の積算値であるインプットタイマ値から電気角180度時間Tcを算出する。 The timer C is, for example, a timer built in the microcomputer 40, and calculates the time by counting the base clock of the microcomputer 40 every 16 bits and integrating the count value. In FIG. 2, as an example, with the generation of the sensor input edge 96G, the timer C counts the base clock of the microcomputer 40 every 16 bits to obtain a count C value, and accumulates the count C value. Then, the electrical angle 180 degree time Tc is calculated from the input timer value which is an integrated value of the count C value until the edge 96H of the sensor input occurs.
算出した電気角180度時間Tcは、所定の数で除算して、所定の電気角で進角(回転)する時間である単位電気角時間Tuを算出する。所定の電気角は、任意に設定できるが、一例として略1度程度とする。略1度程度であれば、ロータ24の位置検出の精度として妥当な水準だからである。また、所定の数は、2のべき乗であることを要する。マイコン40がノイマン方式の計算機であれば、2のべき乗を除数とする除算処理が容易だからである。 The calculated electrical angle 180 degree time Tc is divided by a predetermined number to calculate a unit electrical angle time Tu that is a time to advance (rotate) by a predetermined electrical angle. The predetermined electrical angle can be set arbitrarily, but is set to about 1 degree as an example. This is because the degree of accuracy for detecting the position of the rotor 24 is reasonable if it is about 1 degree. The predetermined number needs to be a power of two. This is because if the microcomputer 40 is a Neumann computer, division processing with a power of 2 as a divisor is easy.
本実施の形態では、一例として、電気角180度時間Tcを256=2の8乗で除算して得た、0.703度を所定の電気角とし、かかる0.703度進角する時間を単位電気角時間Tuとする。マイコン40の演算負荷がさほど問題にならないのであれば、所定の数を、例えば、1024=2の10乗又は512=2の9乗とし、所定の電気角を各々0.176度又は0.352度とすることで、ロータ24の位置の算出の精度を上げてもよい。マイコン40の演算負荷を低減させたいのであれば、所定の電気角を、例えば、128=2の7乗とし、所定の電気角を1.41度としてもよい。 In the present embodiment, as an example, a time obtained by dividing the electrical angle 180 degree time Tc by 256 = 2 to the 8th power is 0.703 degrees as a predetermined electrical angle, and the time required to advance the 0.703 degrees is obtained. The unit electrical angle time Tu is assumed. If the calculation load of the microcomputer 40 does not matter so much, the predetermined number is, for example, 1024 = 2 to the 10th power or 512 = 2 to the 9th power, and the predetermined electrical angle is 0.176 degrees or 0.352, respectively. By setting the degree, the calculation accuracy of the position of the rotor 24 may be increased. If it is desired to reduce the calculation load of the microcomputer 40, the predetermined electrical angle may be set to, for example, 128 = 2 to the seventh power, and the predetermined electrical angle may be set to 1.41 degrees.
図3は、本実施の形態に係るモータ制御装置における単位電気角時間Tuの算出の概念図である。本実施の形態では、図3(A)に示したように電気角180度時間Tcを16ビットで表現し、図3(B)の示したように、上位8ビットを単位電気角時間Tuとして抽出する。 FIG. 3 is a conceptual diagram of calculation of the unit electrical angle time Tu in the motor control device according to the present embodiment. In this embodiment, as shown in FIG. 3A, the electrical angle 180 degree time Tc is expressed by 16 bits, and as shown in FIG. 3B, the upper 8 bits are used as the unit electrical angle time Tu. Extract.
マイコン40がノイマン方式であれば、内部処理は2進数で行われる。したがって、電気角180度時間Tcを、例えば16桁の2進数で表現し、その上位8桁を抽出、言い換えれば、下位8桁を切り捨てることで、結果的には、10進数の電気角180度時間Tcを10進数の256で除算したことと同じになる。 If the microcomputer 40 is a Neumann system, internal processing is performed in binary. Therefore, the electrical angle 180 degree time Tc is expressed by, for example, a 16-digit binary number, and the upper 8 digits are extracted, in other words, the lower 8 digits are discarded, resulting in a decimal electrical angle of 180 degrees. This is the same as dividing the time Tc by the decimal number 256.
マイコン40における演算で、除算は負荷が高い処理であるが、16ビットの上位8ビットを抽出する処理は、ノイマン方式の計算機であるマイコン40での処理の負荷は軽い。したがって、図3に示した演算処理であれば、マイコン40の性能がさほど高くなくても、単位電気角時間Tuを算出することができる。また、所定の数を、256以外の、128、512又は1024にした場合は、16ビットの下位の7ビット、9ビット又は10ビットを各々切り捨てることにより、16ビットの上位の9ビット、7ビット又は6ビットを各々抽出する。かかる抽出は、10進数の電気角180度時間Tcを10進数の128、512又は1024で除算したことと同義である。 In the calculation in the microcomputer 40, division is a process with a high load, but the process of extracting the upper 16 bits of 16 bits has a light load on the microcomputer 40 which is a Neumann computer. Therefore, with the arithmetic processing shown in FIG. 3, the unit electrical angle time Tu can be calculated even if the performance of the microcomputer 40 is not so high. If the predetermined number is set to 128, 512, or 1024 other than 256, the lower 7 bits, 9 bits, or 10 bits of 16 bits are rounded down to obtain the upper 9 bits, 7 bits of 16 bits. Alternatively, 6 bits are extracted. Such extraction is synonymous with dividing the decimal electrical angle 180 degree time Tc by the decimal number 128, 512 or 1024.
また、電気角180度時間Tcは、24ビット又は32ビット等のように、16ビット以外のビットで表現してもよい。前述のように所定の数も256以外の2のべき乗とするのであれば、単位電気角時間Tuを算出する処理は、以下のようになる。 The electrical angle 180 degree time Tc may be expressed by bits other than 16 bits, such as 24 bits or 32 bits. As described above, if the predetermined number is also a power of 2 other than 256, the process of calculating the unit electrical angle time Tu is as follows.
例えば、16ビット以外の所定のビットで表現された電気角180度時間から、当該所定のビットのビット数と2のべき乗である所定の数のべき数との差に相当する数の上位ビットを抽出することで、単位電気角時間Tuを算出することができる。 For example, from the electrical angle of 180 degrees expressed by a predetermined bit other than 16 bits, a number of upper bits corresponding to the difference between the number of bits of the predetermined bit and a predetermined number of powers that is a power of 2 By extracting, the unit electrical angle time Tu can be calculated.
図4は、本実施の形態に係るモータ制御装置における、単位電気角時間Tuをコンペアマッチ値としてセンサ入力のエッジ間での時間を算出する一例を示す概念図である。マイコン40等のプロセッサは、多くの場合、16ビットカウンタに加えて8ビットカウンタを備えているので、かかる8ビットカウンタをコンペアタイマであるカウンタAとし、カウンタAのコンペアマッチ値に、単位電気角時間Tu、すなわちロータ24が電気角で0.703度進角する時間を設定する。カウンタAは、マイコン40のベースクロックを8ビット毎にカウントし、8ビット毎のカウント値をコンペアマッチ値まで積算する。 FIG. 4 is a conceptual diagram showing an example of calculating the time between the sensor input edges using the unit electrical angle time Tu as a compare match value in the motor control device according to the present embodiment. In many cases, a processor such as the microcomputer 40 includes an 8-bit counter in addition to a 16-bit counter. Therefore, the 8-bit counter is a counter A that is a compare timer, and the compare match value of the counter A is set to a unit electrical angle. The time Tu, that is, the time for the rotor 24 to advance by 0.703 degrees in electrical angle is set. The counter A counts the base clock of the microcomputer 40 every 8 bits, and integrates the count value every 8 bits up to the compare match value.
また、本実施の形態では、8ビットカウンタをフリーランカウンタであるカウンタBとして用いる。カウンタBは、センサ入力において新たなエッジ、例えば電気角0度のエッジが発生したときから、カウンタAがコンペアマッチ値までカウントした回数をタイマ値として積算していく。 In this embodiment, an 8-bit counter is used as counter B which is a free-run counter. The counter B accumulates, as a timer value, the number of times that the counter A has counted up to the compare match value after a new edge, for example, an edge with an electrical angle of 0 degrees, is generated in the sensor input.
コンペアマッチ値は、前述のように、電気角180度の1/256の角度でロータ24が進角する時間である。したがって、ロータ24の回転速度が変化しなければ、センサ入力に電気角0度のエッジが発生したときにタイマ値を0からカウントした場合であれば、タイマ値を255までカウントしたときにセンサ入力の電気角180度のエッジが発生するタイミングと一致する。 As described above, the compare match value is the time for the rotor 24 to advance by 1/256 of the electrical angle of 180 degrees. Therefore, if the rotation speed of the rotor 24 does not change, and if the timer value is counted from 0 when an edge with an electrical angle of 0 degrees occurs in the sensor input, the sensor input when the timer value is counted to 255 This coincides with the timing at which an edge having an electrical angle of 180 degrees occurs.
したがって、本実施の形態では、センサ入力にエッジが発生したときを基準としたロータ24の回転位置は、任意のタイミングでのカウンタBのタイマ値(カウンタB値)に0.703度を乗算して得られた電気角として、下記の式(1)によって算出される。
エッジ発生時を基準としたロータの回転位置
=カウンタB値×0.703 ・・・(1)
図4は、電気角0度でのエッジ発生時を基準としたロータ24の回転位置を算出する場合を示したが、電気角180度でのエッジ発生時を基準としたロータ24の回転位置も、上記と同様にして、算出することができる。
Therefore, in the present embodiment, the rotational position of the rotor 24 based on when an edge occurs in the sensor input is obtained by multiplying the timer value of the counter B (counter B value) at an arbitrary timing by 0.703 degrees. The electrical angle obtained in this way is calculated by the following equation (1).
Rotation position of rotor with reference to edge generation
= Counter B value × 0.703 (1)
FIG. 4 shows a case where the rotational position of the rotor 24 is calculated based on the occurrence of an edge at an electrical angle of 0 degrees, but the rotational position of the rotor 24 is also based on the occurrence of an edge at an electrical angle of 180 degrees. It can be calculated in the same manner as described above.
また、ロータ24の位置は、上記の式(1)を用いて算出したエッジ発生時を基準としたロータ24の回転位置に、当該エッジが発生したときのロータの位置を示す電気角を加算することによって得られる。 In addition, the position of the rotor 24 is obtained by adding an electrical angle indicating the position of the rotor when the edge is generated to the rotational position of the rotor 24 based on the edge generation time calculated using the above formula (1). Can be obtained.
センサ入力は、図2に示したように、電気角180度毎にエッジを有する矩形波状の信号であり、電気角180度毎に信号のレベルの高低が変化する。例えば、電気角0度から電気角180度の間でセンサ入力がハイレベルであれば、電気角180度から電気角360度の間ではセンサ入力はローレベルとなる。なお、図2の横軸に記した電気角は、センサ入力において電気角180度毎にエッジが発生することを分かりやすくするための便宜的なものである。 As shown in FIG. 2, the sensor input is a rectangular wave signal having an edge at every electrical angle of 180 degrees, and the level of the signal changes at every electrical angle of 180 degrees. For example, if the sensor input is at a high level between an electrical angle of 0 degrees and an electrical angle of 180 degrees, the sensor input is at a low level between an electrical angle of 180 degrees and an electrical angle of 360 degrees. Note that the electrical angle indicated on the horizontal axis in FIG. 2 is for convenience in order to make it easy to understand that an edge is generated every 180 degrees in the sensor input.
本実施の形態では、新たなエッジが発生したときのセンサ入力がハイレベルかローレベルかによって、新たなエッジが発生したときのロータ24の位置を算出する。ただし、センサ入力においてエッジは図2に示したように電気角180度の周期で発生するが、ロータ24の絶対的な位置を示す電気角に対するエッジの位置は、U相、V相、W相によって、さらにはホールセンサ52のホール素子の設置位置によっても変化し得る。 In the present embodiment, the position of the rotor 24 when a new edge occurs is calculated depending on whether the sensor input when the new edge occurs is high level or low level. However, as shown in FIG. 2, an edge is generated at an electrical angle of 180 degrees in the sensor input, but the edge position with respect to the electrical angle indicating the absolute position of the rotor 24 is U phase, V phase, W phase. Further, it can be changed depending on the installation position of the Hall element of the Hall sensor 52.
例えば、矩形波上の信号であるセンサ入力とロータ24の絶対的な位置を示す電気角との関係が図7に示したような場合であれば、センサ入力に新たなエッジが発生したときのロータの電気角は、以下のようになる。U相において新たなエッジが発生したときのデジタル波形(センサ入力)がハイレベルの場合であれば、新たなエッジが検出したときのロータ24の電気角は210度となる。また、V相において新たなエッジが発生したときのデジタル波形(センサ入力)がハイレベルの場合であれば、新たなエッジが検出したときのロータ24の電気角は330度となる。さらに、W相において新たなエッジが発生したときのデジタル波形(センサ入力)がハイレベルの場合であれば、新たなエッジが検出したときのロータ24の電気角は90度となる。 For example, if the relationship between the sensor input, which is a signal on a rectangular wave, and the electrical angle indicating the absolute position of the rotor 24 is as shown in FIG. 7, when a new edge occurs in the sensor input, The electrical angle of the rotor is as follows. If the digital waveform (sensor input) when a new edge occurs in the U phase is at a high level, the electrical angle of the rotor 24 when a new edge is detected is 210 degrees. If the digital waveform (sensor input) when a new edge occurs in the V phase is at a high level, the electrical angle of the rotor 24 when a new edge is detected is 330 degrees. Furthermore, if the digital waveform (sensor input) when a new edge occurs in the W phase is at a high level, the electrical angle of the rotor 24 when a new edge is detected is 90 degrees.
本実施の形態では、上述のようにしてセンサ入力に新たなエッジが発生したときのロータ24の電気角を算出する。そして、新たなエッジが発生したときのロータ24の電気角に、上記の式(1)の算出値を加算した値をロータ24の位置とする。 In the present embodiment, the electrical angle of the rotor 24 when a new edge occurs in the sensor input is calculated as described above. Then, a value obtained by adding the calculated value of the above formula (1) to the electrical angle of the rotor 24 when a new edge occurs is set as the position of the rotor 24.
なお、カウンタA又はカウンタBには16ビットカウンタを用いることもできる。しかしながら、カウンタAには、8ビットカウンタを用いた方が、ロータ24の位置の算出の精度が高くなる。 Note that a 16-bit counter can be used as the counter A or the counter B. However, if the 8-bit counter is used as the counter A, the calculation accuracy of the position of the rotor 24 becomes higher.
図5は、本実施の形態に係るモータ制御装置10における、ロータ24の位置の算出の処理の一例を示すフローチャートである。ステップ500では、図2に示したタイマCにマイコン40のベースクロックが入力されているか否かを判定し、肯定判定の場合には、ステップ502でカウントC値をカウントする。ステップ500で否定判定の場合には、ステップ502の処理をスキップする。 FIG. 5 is a flowchart showing an example of a process for calculating the position of the rotor 24 in the motor control apparatus 10 according to the present embodiment. In step 500, it is determined whether the base clock of the microcomputer 40 is input to the timer C shown in FIG. 2. If the determination is affirmative, the count C value is counted in step 502. If the determination in step 500 is negative, the processing in step 502 is skipped.
ステップ504では、センサ入力に図2に示したようなエッジ96G又は96Hが発生しているか否かを判定し、肯定判定の場合には、センサ入力のエッジ96Gからエッジ96HまでのカウントC値の積算値をインプットタイマ値として、電気角180度時間Tcを算出する。ステップ508では、電気角180度時間Tcであるインプットタイマ値の上位8ビットをカウンタAのコンペア値として抽出する。 In step 504, it is determined whether or not the edge 96G or 96H as shown in FIG. 2 is generated in the sensor input. If the determination is affirmative, the count C value from the edge 96G to the edge 96H of the sensor input is determined. The electrical angle 180 degrees time Tc is calculated using the integrated value as an input timer value. In step 508, the upper 8 bits of the input timer value that is the electrical angle 180 degrees time Tc are extracted as the compare value of the counter A.
ステップ510ではカウンタAの値をクリアし、ステップ512ではカウンタBの値をクリアし、ステップ514ではタイマCのカウントC値をクリアする。なお、ステップ504で否定判定の場合には、ステップ506〜514の処理をスキップする。 In step 510, the value of counter A is cleared, in step 512, the value of counter B is cleared, and in step 514, the count C value of timer C is cleared. If the determination at step 504 is negative, the processing at steps 506 to 514 is skipped.
ステップ516では、図4に示したカウンタAにマイコン40のベースクロックが入力されているか否かを判定し、肯定判定の場合には、ステップ518でカウンタA値をカウントする。ステップ516で否定判定の場合には、ステップ518の処理をスキップする。 In step 516, it is determined whether the base clock of the microcomputer 40 is input to the counter A shown in FIG. 4. If the determination is affirmative, the counter A value is counted in step 518. If the determination in step 516 is negative, the process in step 518 is skipped.
ステップ520では、カウンタAがコンペアマッチ値に達したか否かを判定し、肯定判定の場合には、ステップ522でカウンタB値を積算する。ステップ524では、カウンタB値が256に達したか否かを判定し、肯定判定の場合には、ステップ526でカウンタB値をクリアする。これは、モータの回転速度が変動して、カウンタB値がオーバーフローした場合の処理である。 In step 520, it is determined whether or not the counter A has reached the compare match value. If the determination is affirmative, the counter B value is accumulated in step 522. In step 524, it is determined whether the counter B value has reached 256. If the determination is affirmative, the counter B value is cleared in step 526. This is processing when the rotation speed of the motor fluctuates and the counter B value overflows.
なお、ステップ520で否定判定の場合には、ステップ522〜526の処理をスキップする。また、ステップ524で否定判定の場合には、カウンタB値はオーバーフローしていないので、ステップ526の処理をスキップする。 If the determination at step 520 is negative, the processing at steps 522 to 526 is skipped. If the determination at step 524 is negative, the counter B value has not overflowed, so the processing at step 526 is skipped.
ステップ528では、任意のタイミングか否かを判定し、肯定判定の場合には、モニタした任意のタイミングでのカウンタB値を抽出し、手順をステップ500に戻す。ステップ530で抽出したカウンタB値に、所定の電気角である0.703度を乗算した値が、センサ入力でのエッジ発生時を基準としたロータ24の回転位置となる。 In step 528, it is determined whether or not the timing is arbitrary. If the determination is affirmative, the counter B value at the monitored arbitrary timing is extracted, and the procedure returns to step 500. A value obtained by multiplying the counter B value extracted in step 530 by a predetermined electrical angle of 0.703 degrees is the rotational position of the rotor 24 with reference to the time of edge generation at the sensor input.
以上説明したように、本実施の形態によれば、例えば、ロータ24が電気角0度から電気角180度に進角するまでの時間を電気角180度時間Tcとして算出する。また、電気角180度時間Tcを2のべき乗である所定の数で除算して得られた時間を、ロータ24が電気角180度を当該所定の数で除算して得られた単位電気角に進角する単位電気角時間とする。さらに、当該単位電気角時間に達する毎にカウントし、当該カウント値に単位電気角を乗算して得られた角度を、エッジ発生時を基準としたロータ24の回転位置とすることで、ロータ24の位置の算出に係る演算の負荷を低減できる。 As described above, according to the present embodiment, for example, the time until the rotor 24 advances from the electrical angle of 0 degree to the electrical angle of 180 degrees is calculated as the electrical angle of 180 degrees time Tc. Further, the time obtained by dividing the electrical angle 180 degree time Tc by a predetermined number that is a power of 2 is converted into a unit electrical angle obtained by the rotor 24 dividing the electrical angle 180 degrees by the predetermined number. The unit electrical angle time to advance. Furthermore, the counter 24 is counted every time the unit electrical angle time is reached, and an angle obtained by multiplying the count electrical value by the unit electrical angle is set as the rotational position of the rotor 24 with respect to the time when the edge is generated. It is possible to reduce the calculation load related to the calculation of the position.
なお、図2に示したタイマCは、電気角0度のエッジから電気角180度のエッジまでの時間、及び電気角180度のエッジから電気角360度のエッジまでの時間をカウントした。しかしながら、図6に示したように、電気角0度から電気角360までの時間をカウントしてもよい。電気角0度から電気角360度までの時間の上位8ビットを抽出した場合、ロータ24の位置算出の単位である所定の電気角は、360/256≒1.41度となる。 Note that the timer C shown in FIG. 2 counted the time from the electrical angle edge of 0 ° to the electrical angle of 180 ° and the time from the electrical angle of 180 ° to the electrical angle of 360 °. However, as shown in FIG. 6, the time from electrical angle 0 degree to electrical angle 360 may be counted. When the upper 8 bits of the time from the electrical angle 0 degrees to the electrical angle 360 degrees are extracted, the predetermined electrical angle that is a unit for calculating the position of the rotor 24 is 360 / 256≈1.41 degrees.
図6の場合であれば、図4に示したカウンタB値に上記の電気角1.41度を乗算した値が、エッジ発生時を基準としたロータ24の回転位置となる。 In the case of FIG. 6, the value obtained by multiplying the counter B value shown in FIG. 4 by the electrical angle of 1.41 degrees is the rotational position of the rotor 24 with reference to the edge occurrence.
10…モータ制御装置、16…モータ、24…ロータ、30(30U,30V,30W)…コイル、40…マイコン、50…電圧供給部、52…ホールセンサ、60…スタンバイ回路、62…指令値算出部、64…モータ位置推定部、66…ホールセンサエッジ検出部、68…通電制御部、74(74U,74V,74W)…FET、76(76U,76V,76W)…FET、78…エアコンECU、80…電源、82…ノイズ防止コイル、84A,84B…平滑コンデンサ、92U,92V,92W…アナログ波形、94U,94V,94W…デジタル波形(センサ入力)、96A,96B,96C,96D,96E,96F,96G,96H…エッジ、Tc…電気角180度時間、Tu…単位電気角時間 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Motor control apparatus, 16 ... Motor, 24 ... Rotor, 30 (30U, 30V, 30W) ... Coil, 40 ... Microcomputer, 50 ... Voltage supply part, 52 ... Hall sensor, 60 ... Standby circuit, 62 ... Command value calculation 64, motor position estimation unit, 66 ... Hall sensor edge detection unit, 68 ... energization control unit, 74 (74U, 74V, 74W) ... FET, 76 (76U, 76V, 76W) ... FET, 78 ... air conditioner ECU, 80 ... Power source, 82 ... Noise prevention coil, 84A, 84B ... Smoothing capacitor, 92U, 92V, 92W ... Analog waveform, 94U, 94V, 94W ... Digital waveform (sensor input), 96A, 96B, 96C, 96D, 96E, 96F , 96G, 96H ... Edge, Tc ... Electrical angle 180 degree time, Tu ... Unit electrical angle time
Claims (3)
前記磁界検知部が出力した信号を、所定の電気角毎にエッジを有する矩形波状の信号に変換する信号変換部と、
前記所定の電気角を各々10進法で2の8乗、2の9乗及び2の10乗のいずれかとなる所定の数で徐算して得られる単位電気角を前記ロータが回転する場合の単位電気角時間とし、所定のビットで表現された前記矩形波状の信号のエッジ間の時間から、該所定のビットのビット数と前記所定の数のべき数との差に相当する数の上位ビットを前記単位電気角時間として抽出する単位電気角時間抽出部と、
前記矩形波状の信号に新たなエッジが発生したときから前記単位電気角時間抽出部で抽出した上位ビットが示す単位電気角時間毎でのカウントを開始し、該カウントした値に前記単位電気角を乗算することにより、前記矩形波状の信号に新たなエッジが発生したときを基準としたロータの回転位置を算出する制御部と、
を備えたモータ制御装置。 A magnetic field detector that detects a magnetic field that changes with the rotation of the rotor of the motor and outputs a signal according to the detected change in the magnetic field;
A signal converter that converts the signal output from the magnetic field detector into a rectangular wave signal having an edge for each predetermined electrical angle;
When the rotor rotates a unit electrical angle obtained by subtracting the predetermined electrical angle by a predetermined number that is any one of 2 8, 2 9, and 2 10 in decimal notation a unit electrical angle period, from the time between the edges of the predetermined bits of the rectangular-wave signal represented by the number high-order bits of which correspond to the difference between the exponent of the predetermined number of bits and the predetermined bit and the unit electrical angle time extraction unit which extracts as the unit electrical angle time,
When a new edge occurs in the rectangular wave signal, the unit electrical angle time indicated by the upper bits extracted by the unit electrical angle time extraction unit starts counting, and the unit electrical angle is set to the counted value. A control unit that calculates the rotational position of the rotor based on when a new edge occurs in the rectangular wave signal by multiplication;
A motor control device comprising:
The motor control device according to claim 1, wherein the predetermined electrical angle is 180 degrees.
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