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JP4677366B2 - State detection device in motor control device - Google Patents
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Description

本発明は、モータをPWM制御するモータ制御装置において該モータの状態を検出する状態検出装置に関するものである。   The present invention relates to a state detection device that detects a state of a motor in a motor control device that performs PWM control of the motor.

モータ制御装置においては、モータの状態(例えば、位置、速度、磁極、温度等)を検出する状態検出装置が搭載されることが多い。この状態検出装置は、モータ側に配置され、ケーブルを介して制御回路と接続される。   In many cases, a motor control device is equipped with a state detection device that detects a motor state (for example, position, speed, magnetic pole, temperature, etc.). This state detection device is disposed on the motor side and is connected to the control circuit via a cable.

ところで、上記モータ制御装置がモータの巻線電流をPWM制御するように構成されている場合には、PWMスイッチングノイズが発生する。このスイッチングノイズは、モータ本体もしくはケーブルを介して状態検出装置の出力信号に重畳されること多く、その場合、この出力信号からモータの状態を精度良く検出することが困難になる。特に、信号用ケーブルと動力用ケーブルとが接近して配設され、かつ、それらのケーブルの長さが大きい場合には、信号用ケーブルに誘導されるスイッチングノイズが大きくなるので、上記モータの状態検出精度がより低下することになる。
そこで、上記スイッチングノイズの影響を低減する手段が提案されている(例えば、特許文献1〜3)。
By the way, when the motor control device is configured to PWM control the winding current of the motor, PWM switching noise is generated. This switching noise is often superimposed on the output signal of the state detection device via the motor body or cable. In this case, it is difficult to accurately detect the motor state from this output signal. In particular, when the signal cable and the power cable are arranged close to each other and the lengths of these cables are large, the switching noise induced in the signal cable becomes large. The detection accuracy will be further reduced.
Therefore, means for reducing the influence of the switching noise has been proposed (for example, Patent Documents 1 to 3).

特開2001−8482号公報JP 2001-8482 A 特開2004−364460号公報JP 2004-364460 A 特開2003−153496号公報JP 2003-153696 A

しかしながら、特許文献1に記載の技術では、高速で変化するレゾルバの検出信号(AM変調波信号)に対して、ノイズの入りにくいPWM三角波の頂点付近でPWMキャリア信号の周波数(数KHz〜数10KHz)に同期したA/D変換を実行するので、高速のA/D変換器を必要とする。また、この特許文献1に記載の技術では、原理的に、レゾルバの励磁キャリア周波数がPWMキャリア信号の周波数もしくは該周波数の倍数に限定されることになる。   However, with the technique described in Patent Document 1, the frequency (several KHz to several tens KHz) of the PWM carrier signal near the top of the PWM triangular wave where noise is difficult to enter, with respect to the detection signal (AM modulated wave signal) that changes at high speed. A / D conversion is performed in synchronization with (1), so that a high-speed A / D converter is required. In the technique disclosed in Patent Document 1, in principle, the excitation carrier frequency of the resolver is limited to the frequency of the PWM carrier signal or a multiple of the frequency.

一方、特許文献2に記載の技術は、レゾルバの検出信号に対するA/D変換のサンプリング周期をPWMスイッチング周期に一致させて、上記A/D変換結果におけるスイッチングノイズの影響を常に一定にさせるものである。この技術によれば、理論上、上記A/D変換結果から算出されるモータの回転角への上記スイッチングノイズの影響がキャンセルされることになる。しかし、モータが回転する場合には、PWMキャリアに対するPWMスイッチングのタイミングが変化するので、実際上、上記スイッチングノイズの影響をキャンセルすることが困難となる。   On the other hand, the technique described in Patent Document 2 is to make the sampling period of A / D conversion for the detection signal of the resolver coincide with the PWM switching period so that the influence of switching noise in the A / D conversion result is always constant. is there. According to this technique, the influence of the switching noise on the rotation angle of the motor calculated from the A / D conversion result is theoretically canceled. However, when the motor rotates, the timing of PWM switching with respect to the PWM carrier changes, so that it becomes practically difficult to cancel the influence of the switching noise.

また、特許文献3に係る技術では、コモンモードコイルを追加使用する必要がある。コイル等の部品は小型化が難しく、このため、上記コモンモードコイルを使用するには大きな実装面積を確保しなければならない。これは、モータ制御装置を小型化する上での支障になる。加えて、この特許文献3に係る技術は、信号を差動伝送することを前提としているので、信号ケーブルの本数が多くなる等の欠点も有している。   In the technique according to Patent Document 3, it is necessary to additionally use a common mode coil. Since components such as coils are difficult to downsize, a large mounting area must be secured in order to use the common mode coil. This hinders the miniaturization of the motor control device. In addition, since the technique according to Patent Document 3 is based on the premise that the signal is differentially transmitted, it also has a drawback such as an increase in the number of signal cables.

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高速信号処理機能や大きな実装面積を要する素子を使用することなく、モータの状態検出へのPWMスイッチングノイズの影響を確実に除去することができるモータ制御装置における状態検出装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such conventional problems, and its purpose is to provide PWM switching noise for motor state detection without using a high-speed signal processing function or an element requiring a large mounting area. An object of the present invention is to provide a state detection device in a motor control device capable of reliably removing the influence of the above.

本発明は、モータをPWM制御するモータ制御装置において該モータの状態を検出する状態検出装置であって、前記モータの状態に対応するアナログ状態信号を発生するとともに、該アナログ状態信号で第1のキャリア信号を振幅変調した振幅変調信号を発生する信号発生手段と、前記第1のキャリア信号を用いて前記振幅変調信号から前記アナログ状態信号を同期復調する復調手段と、前記同期復調されたアナログ状態信号に含まれるPWMスイッチングノイズ成分を平滑する平滑手段と、を備え、前記第1のキャリア信号の周波数famと前記PWM制御に使用される第2のキャリア信号の周波数fpwmとを、それらが以下のような関係を有するように設定することにより上記目的を達成している。
am>fpwmのとき、
am=fpwm×(n+0.5)
am<fpwmのとき、
am=fpwm/(2n)
ここで、n:正の整数
The present invention provides a state detection device for detecting a state of the motor in a motor control device that performs PWM control of the motor, and generates an analog state signal corresponding to the state of the motor, and the analog state signal Signal generating means for generating an amplitude modulated signal obtained by amplitude modulating a carrier signal; demodulating means for synchronously demodulating the analog state signal from the amplitude modulated signal using the first carrier signal; and the synchronously demodulated analog state Smoothing means for smoothing the PWM switching noise component included in the signal, and the frequency f am of the first carrier signal and the frequency f pwm of the second carrier signal used for the PWM control are The above object is achieved by setting so as to have the following relationship.
When f am > f pwm ,
f am = f pwm × (n + 0.5)
When f am <f pwm ,
f am = f pwm / (2n)
Where n is a positive integer

前記信号発生手段は、前記モータのロータの回転角に対応する信号を前記アナログ状態信号として発生する角度センサを備えることができる。その場合、前記角度センサとして、例えばレゾルバやMRセンサが使用される。また、前記信号発生手段が、前記モータの温度に対応する信号を前記アナログ状態信号として発生する温度センサを備えてもよい。   The signal generating means may include an angle sensor that generates a signal corresponding to the rotation angle of the rotor of the motor as the analog state signal. In that case, for example, a resolver or an MR sensor is used as the angle sensor. The signal generating means may include a temperature sensor that generates a signal corresponding to the temperature of the motor as the analog state signal.

本発明によれば、アナログ状態信号で振幅変調される第1のキャリア信号の周波数famとモータのPWM制御に使用される第2のキャリア信号の周波数fpwmとの関係を、PWMスイッチングノイズがキャンセルされるように設定するので、高速信号処理機能や大きな実装面積を要する素子を使用することなく、モータの状態検出へのPWMスイッチングノイズの影響を確実に除去することができる According to the present invention, the relationship between the frequency f am of the first carrier signal that is amplitude-modulated with the analog state signal and the frequency f pwm of the second carrier signal used for PWM control of the motor is expressed as PWM switching noise. Since it is set so as to be canceled, the influence of PWM switching noise on motor state detection can be reliably removed without using a high-speed signal processing function or an element requiring a large mounting area.

図1は、本発明の一実施の形態に係る状態検出装置を備えるモータ制御装置のブロック図である。
図1において、レゾルバ10はモータ20のロータの回転角を検出し、制御回路30はこのロータの回転角に基づいてモータ20の巻線に流す電流を制御する。
レゾルバ10は、励磁巻線11および検出巻線12,13を備え、モータ20のロータシャフトに締結されている。
制御回路30は、発振回路31と、この発振回路31から出力されるクロック信号の周波数を2分周する分周回路32と、この分周回路32の出力の周波数でレゾルバ10の励磁巻線11を励磁する励磁回路33とを備えている。
FIG. 1 is a block diagram of a motor control device including a state detection device according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the resolver 10 detects the rotation angle of the rotor of the motor 20, and the control circuit 30 controls the current flowing through the windings of the motor 20 based on the rotation angle of the rotor.
The resolver 10 includes an excitation winding 11 and detection windings 12 and 13, and is fastened to the rotor shaft of the motor 20.
The control circuit 30 includes an oscillation circuit 31, a frequency dividing circuit 32 that divides the frequency of the clock signal output from the oscillation circuit 31, and the excitation winding 11 of the resolver 10 at the frequency output from the frequency dividing circuit 32. And an excitation circuit 33 for exciting.

この実施の形態においては、発振回路31の発振周波数を100KHzに設定してあるので、レゾルバ10の励磁巻線11の励磁周波数は100KHzを2分周した50KHzである。励磁回路33の出力電圧、つまり、上記励磁巻線11の印加電圧をF(t)とすると、レゾルバ10の検出巻線12および13の出力電圧VaおよびVbは、それぞれ以下のように表される。
a=K・sinθ・F(t)
b=K・cosθ・F(t)
ここで、K:比例定数、θ:ロータ回転角
In this embodiment, since the oscillation frequency of the oscillation circuit 31 is set to 100 KHz, the excitation frequency of the excitation winding 11 of the resolver 10 is 50 KHz obtained by dividing 100 KHz by two. Assuming that the output voltage of the excitation circuit 33, that is, the applied voltage of the excitation winding 11, is F (t), the output voltages V a and V b of the detection windings 12 and 13 of the resolver 10 are respectively expressed as follows: Is done.
V a = K · sin θ · F (t)
V b = K · cos θ · F (t)
Where K: proportional constant, θ: rotor rotation angle

上記励磁巻線11の印加電圧F(t)は、時間の関数で規定される電圧である。この印加電圧F(t)には、一般的に正弦波電圧が使用される。しかし、この電圧F(t)として三角波電圧や方形波電圧も使用可能であり、本実施形態では、図2(a)に示すような方形波電圧を使用している。
上記方形波電圧F(t)でレゾルバ10の励磁巻線11を励磁した場合、例えば検出巻線12から図2(b)に示すような電圧Va、つまり、励磁キャリア信号である上記電圧F(t)を図2(c)に示すsin相変調信号で振幅変調した電圧Vaが出力される。そして、検出巻線13からは上記電圧F(t)をcos相変調信号で振幅変調した電圧Vbが出力される。
なお、レゾルバ10は、励磁巻線11および検出巻線12,13の一端を接地してあるので、シングルエンドで信号を出力する。
The applied voltage F (t) of the excitation winding 11 is a voltage defined as a function of time. A sine wave voltage is generally used as the applied voltage F (t). However, a triangular wave voltage or a square wave voltage can be used as the voltage F (t), and in this embodiment, a square wave voltage as shown in FIG. 2A is used.
When the excitation winding 11 of the resolver 10 is excited with the square wave voltage F (t), for example, the voltage V a as shown in FIG. 2B from the detection winding 12, that is, the voltage F that is an excitation carrier signal. A voltage V a obtained by amplitude-modulating (t) with the sin phase modulation signal shown in FIG. A voltage V b obtained by amplitude-modulating the voltage F (t) with a cos phase modulation signal is output from the detection winding 13.
Since the resolver 10 is grounded at one end of the excitation winding 11 and the detection windings 12 and 13, it outputs a signal at a single end.

レゾルバ10の検出巻線12,13に接続されたバンドパスフィルタ34A,34Bは、この検出巻線12,13の出力電圧Va,Vbから励磁キャリア周波数(励磁巻線11の励磁電圧の周波数)成分以外の周波数成分を除去するものである。
同期復調回路35Aは、分周回路32から出力されるクロック信号(図2(a)の信号に対応する信号)の「H」期間においてバンドパスフィルタ34Aの出力信号をそのまま出力し、また、「L」期間においてフィルタ34Aの出力信号を反転して出力する。
同様に、同期復調回路35Bは、分周回路32の出力信号の「H」期間においてバンドパスフィルタ34Bの出力信号をそのまま出力し、また、「L」期間においてフィルタ34Bの出力信号を反転して出力する。
The band-pass filters 34A and 34B connected to the detection windings 12 and 13 of the resolver 10 obtain the excitation carrier frequency (the frequency of the excitation voltage of the excitation winding 11 ) from the output voltages V a and V b of the detection windings 12 and 13. ) To remove frequency components other than the components.
The synchronous demodulation circuit 35A outputs the output signal of the bandpass filter 34A as it is during the “H” period of the clock signal output from the frequency divider circuit 32 (a signal corresponding to the signal in FIG. 2A). In the “L” period, the output signal of the filter 34A is inverted and output.
Similarly, the synchronous demodulation circuit 35B outputs the output signal of the bandpass filter 34B as it is during the “H” period of the output signal of the frequency divider circuit 32, and inverts the output signal of the filter 34B during the “L” period. Output.

したがって、同期復調回路35Aからは、図2(c)に示すsin相信号が、また、同期復調回路35Bからは、対応するcos相信号がそれぞれ出力される。このsin相信号およびcos相信号は、それぞれローパスフィルタ36Aおよび36Bによって励磁キャリア周波数の成分を除去された後、演算回路37に入力される。
ローパスフィルタ36A,36Bから出力される電圧Va’およびVb’は、それぞれ以下のように表される。
a’=K・sinθ
b’=K・cosθ
Therefore, the synchronous demodulation circuit 35A outputs a sin phase signal shown in FIG. 2C, and the synchronous demodulation circuit 35B outputs a corresponding cos phase signal. The sin phase signal and the cos phase signal are input to the arithmetic circuit 37 after the excitation carrier frequency component is removed by the low-pass filters 36A and 36B, respectively.
The voltages V a ′ and V b ′ output from the low-pass filters 36A and 36B are expressed as follows, respectively.
V a '= K · sin θ
V b '= K · cos θ

演算回路37は、上記電圧Va’,Vb’をA/D変換し、さらにR/D変換処理を実行してロータ回転角θを算出する。また、演算回路37は、ロータ回転角指令θcomと上記ロータ回転角θの偏差に基づいてモータ巻線電流指令を形成する。分周回路38は、前記発振回路31から出力される100KHzのクロック信号を5分周した20KHzのクロック信号を発生し、これをPWM(パルス幅変調)キャリア信号として出力する。
PWMインバータ39は、上記PWMキャリア信号に基づくスイッチング動作によって上記モータ巻線電流指令に対応する電流がモータ20の巻線に流れるようにモータ電流を制御する。
The arithmetic circuit 37 performs A / D conversion on the voltages V a ′ and V b ′, and further executes R / D conversion processing to calculate the rotor rotation angle θ. The arithmetic circuit 37 forms a motor winding current command based on the deviation between the rotor rotation angle command θ com and the rotor rotation angle θ. The frequency dividing circuit 38 generates a 20 KHz clock signal obtained by dividing the 100 KHz clock signal output from the oscillating circuit 31 by 5, and outputs this as a PWM (pulse width modulation) carrier signal.
The PWM inverter 39 controls the motor current so that a current corresponding to the motor winding current command flows through the winding of the motor 20 by a switching operation based on the PWM carrier signal.

次に、PWM制御によって発生するスイッチングノイズとレゾルバ10の出力信号との関係を図3を参照して説明する。なお、ここでは、モータ50が停止してその回転角θの変化がないものとする。また、説明を容易にするため、バンドパスフィルタ34A,34Bの作用は無視する。
図3(a)はレゾルバ10の励磁信号(周波数fam=50KHz)を示し、図3(b)はPWMキャリア信号(周波数fpwm=20KHz)を示している。PWMインバータ39では、上記PWMキャリア信号に同期したスイッチングノイズが発生する。このスイッチングノイズは、モータ50本体やケーブル等を介してレゾルバ10に回り込むので、レゾルバ10の出力信号には、図3(c)にハッチングを付して示すPWMスイッチングノイズがPWMキャリア信号の立ち上がりタイミングで重畳する。
Next, the relationship between the switching noise generated by the PWM control and the output signal of the resolver 10 will be described with reference to FIG. Here, it is assumed that the motor 50 is stopped and the rotation angle θ does not change. For the sake of easy explanation, the operation of the bandpass filters 34A and 34B is ignored.
FIG. 3A shows an excitation signal (frequency f am = 50 KHz) of the resolver 10, and FIG. 3B shows a PWM carrier signal (frequency f pwm = 20 KHz). In the PWM inverter 39, switching noise synchronized with the PWM carrier signal is generated. Since this switching noise wraps around the resolver 10 via the motor 50 main body, cable, etc., the PWM switching noise indicated by hatching in FIG. 3C is included in the output signal of the resolver 10 when the PWM carrier signal rises. Superimpose with.

前記同期復調回路35A(35B)では、分周回路32の出力信号の「L」期間、つまり、レゾルバ10の励磁信号の「L」期間に該レゾルバ10の出力信号の極性が反転されるので、同期復調回路35A(35B)からは、図3(d)に示すように、上記スイッチングノイズの非反転成分および反転成分が交互に現れる。そして、このスイッチングノイズの非反転成分および反転成分は、前記ローパスフィルタ36A(36B)によって平滑されてキャンセルされる。この結果、図3(e)に示すように、ローパスフィルタ36A(36B)の出力にはノイズ成分が現れない。   In the synchronous demodulation circuit 35A (35B), the polarity of the output signal of the resolver 10 is inverted during the “L” period of the output signal of the frequency dividing circuit 32, that is, the “L” period of the excitation signal of the resolver 10. From the synchronous demodulation circuit 35A (35B), as shown in FIG. 3D, the non-inversion component and the inversion component of the switching noise appear alternately. The non-inverted component and the inverted component of the switching noise are smoothed and canceled by the low-pass filter 36A (36B). As a result, as shown in FIG. 3E, no noise component appears in the output of the low-pass filter 36A (36B).

図4は、レゾルバ10の励磁信号の周波数famを40KHzとし、PWMキャリア信号の周波数fpwmを20KHzとしたときのスイッチングノイズとレゾルバ10の出力信号との関係を示す。
この場合、図4(c)に示す正極性のスイッチングノイズのみがレゾルバ10の出力信号に重畳することになるので、同期復調回路35A,35Bの出力には図4(d)に示すような非反転スイッチングノイズが現れる。この結果、ローパスフィルタ36A,36Bの出力には、図4(e)にハッチングを付して示すように、平滑された上記スイッチングノイズの成分が現れる。これは、モータ20を回転させた場合に、ローパスフィルタ36A,36Bの本来の出力信号レベルが上記スイッチングノイズの影響を受けて変化することを意味している。
FIG. 4 shows the relationship between the switching noise and the output signal of the resolver 10 when the frequency f am of the excitation signal of the resolver 10 is 40 KHz and the frequency f pwm of the PWM carrier signal is 20 KHz.
In this case, since only the positive polarity switching noise shown in FIG. 4C is superimposed on the output signal of the resolver 10, the outputs of the synchronous demodulation circuits 35A and 35B are not as shown in FIG. Inverted switching noise appears. As a result, the smoothed switching noise components appear in the outputs of the low-pass filters 36A and 36B, as shown by hatching in FIG. This means that when the motor 20 is rotated, the original output signal levels of the low-pass filters 36A and 36B change under the influence of the switching noise.

結局、fam>fpwmの関係にある場合には、次のような結論が導かれる。
am=fpwm×(n+0.5) ・・・(1)
ここで、n:正の整数
のときにローパスフィルタ36A,36Bの出力にPWMスイッチングノイズの影響が現れない。また、
am=fpwm×n ・・・(2)
のときにローパスフィルタ36A,36Bの出力に含まれるスイッチングノイズ成分が最大となる。
After all, when f am > f pwm is satisfied, the following conclusion is drawn.
f am = f pwm × (n + 0.5) ··· (1)
Here, when n is a positive integer, the influence of PWM switching noise does not appear on the outputs of the low-pass filters 36A and 36B. Also,
f am = f pwm × n (2)
In this case, the switching noise component included in the outputs of the low-pass filters 36A and 36B is maximized.

次に、fam<fpwmの場合について考察する。例えば、図5(a),(b)に示すように、fam=fpwm/2とした場合には、レゾルバ10の出力信号に図5(c)に示す形態でスイッチングノイズが重畳する。これに伴い、図5(d)に示すように、同期復調回路35A(35B)からスイッチングノイズの非反転成分および反転成分が交互に出力されるので、図3の場合と同様に、ローパスフィルタ36A(36B)によってこの非反転成分および反転成分がキャンセルされる。したがって、図5(d)に示すように、ローパスフィルタ36A(36B)の出力には、スイッチングノイズの影響が現れない。 Next, a case where f am <f pwm is considered. For example, as shown in FIG. 5 (a), (b) , when the f am = f pwm / 2, the switching noise is superimposed in the form shown in FIG. 5 (c) to the output signal of the resolver 10. Accordingly, as shown in FIG. 5D, the non-inverted component and the inverted component of the switching noise are alternately output from the synchronous demodulator circuit 35A (35B). This non-inversion component and inversion component are canceled by (36B). Therefore, as shown in FIG. 5D, the output of the low-pass filter 36A (36B) is not affected by switching noise.

一方、周波数fam,fpwmの関係が例えばfam=fpwm/3の場合には、図4の場合に準じた形態でレゾルバ10の出力信号にスイッチングノイズが重畳する。したがって、図4の場合と同様に、ローパスフィルタ36A,36Bの出力に含まれるスイッチングノイズ成分が最大となる。 On the other hand, when the relationship between the frequencies f am and f pwm is, for example, f am = f pwm / 3, switching noise is superimposed on the output signal of the resolver 10 in a form similar to the case of FIG. Therefore, as in the case of FIG. 4, the switching noise component included in the outputs of the low-pass filters 36A and 36B is maximized.

結局、fam<fpwmの関係においては、
am=fpwm/(2n) ・・・(3)
の場合にスイッチングノイズがキャンセルされ、
am=fpwm/(2n+1) ・・・(4)
の場合にスイッチングノイズによる影響が最大になる。
After all, in the relationship of f am <f pwm ,
f am = f pwm / (2n) (3)
Switching noise is canceled in the case of
f am = f pwm / (2n + 1) (4)
In this case, the effect of switching noise is maximized.

本実施形態においては、上記の考察に基づき、レゾルバ10の励磁信号の周波数famとPWMキャリア信号の周波数fpwmを、fam>fpwmにおいて式(1)の関係を満たすように、また、fam<fpwmにおいて式(3)の関係を満たすように設定している。
従って、本実施形態によれば、レゾルバ10の出力に含まれるPWMスイッチングノイズの影響を受けることなくモータ20のロータ回転角が検出されて、モータ20の回転角の制御精度が向上する。
In the present embodiment, based on the above considerations, the frequency f pwm frequency f am and PWM carrier signal of the excitation signal of the resolver 10, so as to satisfy the relationship of formula (1) in f am> f pwm, also, It is set so as to satisfy the relationship of the expression (3) when f am <f pwm .
Therefore, according to the present embodiment, the rotor rotation angle of the motor 20 is detected without being affected by the PWM switching noise included in the output of the resolver 10, and the control accuracy of the rotation angle of the motor 20 is improved.

なお、レゾルバ10の励磁信号とPWMキャリア信号とが同期していない場合には、時間とともに両信号の位相がずれていくため、スイッチングノイズ成分の向きおよび大きさが周期的に変化する。しかし、この場合でも、上記式(1)、(3)の関係に従って周波数fam,fpwmの比を設定することにより、PWMスイッチングノイズのキャンセル効果を得ることができる。したがって、PWMキャリア信号を分周器38から得る代わりに、所定周波数のキャリア信号を発生する独立した発振器から得るように構成することも可能である。 Note that, when the excitation signal of the resolver 10 and the PWM carrier signal are not synchronized, the phases of both signals are shifted with time, so the direction and magnitude of the switching noise component periodically change. However, even in this case, the effect of canceling the PWM switching noise can be obtained by setting the ratio of the frequencies f am and f pwm in accordance with the relationship of the above formulas (1) and (3). Therefore, instead of obtaining the PWM carrier signal from the frequency divider 38, it is possible to obtain the PWM carrier signal from an independent oscillator that generates a carrier signal having a predetermined frequency.

上記実施形態に係る状態検出装置は、モータ20のロータの回転角を検出する手段としてレゾルバ10を使用しているが、このレゾルバ10に代えてMR(Magneto resistance)センサを使用することもできる。
図6に示すように、上記MRセンサ40は、ブリッジ接続した磁気抵抗素子41〜44と、前記モータ20のロータに取り付けられた図示していない磁石とを備え、磁気抵抗素子41,43の共通接続点が前記励磁回路33の出力に接続されるとともに、磁気抵抗素子42,44の共通接続点が接地されている。
このMRセンサ40においては、上記磁石の回転変位による磁界の強度および方向の変化に応じて磁気抵抗素子41〜44の抵抗値R1〜R4が以下のように変化する。
1=RC−RV・sinθ
2=RC+RV・sinθ
3=RC−RV・cosθ
4=RC+RV・cosθ
ここで、RC:抵抗一定成分、RV:抵抗変化分
The state detection device according to the above embodiment uses the resolver 10 as means for detecting the rotation angle of the rotor of the motor 20, but an MR (Magneto resistance) sensor can be used instead of the resolver 10.
As shown in FIG. 6, the MR sensor 40 includes bridge-connected magnetoresistive elements 41 to 44 and a magnet (not shown) attached to the rotor of the motor 20, and is common to the magnetoresistive elements 41 and 43. The connection point is connected to the output of the excitation circuit 33, and the common connection point of the magnetoresistive elements 42 and 44 is grounded.
In this MR sensor 40, the resistance values R 1 to R 4 of the magnetoresistive elements 41 to 44 change as follows in accordance with changes in the strength and direction of the magnetic field due to the rotational displacement of the magnet.
R 1 = R C −R V · sin θ
R 2 = R C + R V · sin θ
R 3 = R C −R V · cos θ
R 4 = R C + R V · cos θ
Here, R C : resistance constant component, R V : resistance change

したがって、sin相の中点(磁気抵抗素子41,42の共通接続点)からは、
ma=R2/(R1+R2)×F(t)=〔(1/2)+RV・sinθ/(2R
C)〕×F(t)
という信号電圧が出力され、また、cos相の中点からは、
mb=R4/(R3+R4)×F(t)=〔(1/2)+RV・cosθ/(2R
C)〕×F(t)
という信号電圧が出力される。
Therefore, from the midpoint of the sin phase (the common connection point of the magnetoresistive elements 41 and 42),
V ma = R 2 / (R 1 + R 2 ) × F (t) = [(1/2) + R V · sin θ / (2R
C )] × F (t)
From the midpoint of the cos phase,
V mb = R 4 / (R 3 + R 4 ) × F (t) = [(1/2) + R V · cos θ / (2R
C )] × F (t)
Is output.

上記MRセンサ40の出力電圧Vma,Vmbは、前記レゾルバ10の出力電圧Va,Vbと同様に、励磁キャリア信号を振幅変調したものである。したがって、MRセンサ40の励磁信号の周波数famとPWMキャリア信号の周波数fpwmを、fam>fpwmにおいて式(1)の関係を満たすように、また、fam<fpwmにおいて式(3)の関係を満たすように設定することにより、レゾルバ10を使用した場合と同様に、PWMスイッチングノイズの影響を受けることなくモータ20のロータ回転角を検出することが可能になる。
なお、上記MRセンサ40に代えて可変磁気抵抗型レゾルバを使用することも可能であり、その場合、該可変磁気抵抗型レゾルバの各巻線抵抗が上記MRセンサ40の磁気抵抗素子41〜44と同様の形態でブリッジ接続される。
The output voltages V ma and V mb of the MR sensor 40 are amplitude-modulated excitation carrier signals, like the output voltages V a and V b of the resolver 10. Therefore, the frequency f pwm frequency f am and PWM carrier signal of the excitation signal of the MR sensor 40, so as to satisfy the relationship of formula (1) in f am> f pwm, also, f am <formula in f pwm (3 ), The rotor rotation angle of the motor 20 can be detected without being affected by PWM switching noise, as in the case where the resolver 10 is used.
It is possible to use a variable magnetoresistive resolver instead of the MR sensor 40. In this case, each winding resistance of the variable magnetoresistive resolver is the same as the magnetoresistive elements 41 to 44 of the MR sensor 40. It is bridge-connected in the form of

上記実施形態に係る状態検出装置は、検出されるモータ20の状態が該モータのロータの回転角であるが、本発明は、このロータの回転角とは異なるモータ20の状態を検出する場合にも有効に適用することができる。
すなわち、例えば、モータ20の温度を検出する場合には、図7に示すように、温度センサ50を構成するサーミスタ51と抵抗器52の直列回路に励磁回路の出力電圧を印加する。この場合、温度に対応する信号で励磁キャリアを振幅変調した信号がサーミスタ51と抵抗器52の共通接続点から出力される。そこで、励磁信号の周波数famとPWMキャリア信号の周波数fpwmを、fam>fpwmにおいて式(1)の関係を満たすように、また、fam<fpwmにおいて式(3)の関係を満たすように設定することにより、PWMスイッチングノイズの影響を受けることなくモータ20の温度を精度よく検出することができる。
なお、検出されるモータの温度は、該モータの過負荷の検出等に活用される。
In the state detection device according to the above embodiment, the detected state of the motor 20 is the rotation angle of the rotor of the motor. However, the present invention detects the state of the motor 20 different from the rotation angle of the rotor. Can also be applied effectively.
That is, for example, when detecting the temperature of the motor 20, as shown in FIG. 7, the output voltage of the excitation circuit is applied to the series circuit of the thermistor 51 and the resistor 52 constituting the temperature sensor 50. In this case, a signal obtained by amplitude-modulating the excitation carrier with a signal corresponding to the temperature is output from the common connection point of the thermistor 51 and the resistor 52. Therefore, the frequency f am of the excitation signal and the frequency f pwm of the PWM carrier signal are set so as to satisfy the relationship of the equation (1) when f am > f pwm , and the relationship of the equation (3) is satisfied when f am <f pwm . By setting so as to satisfy, the temperature of the motor 20 can be accurately detected without being affected by PWM switching noise.
The detected motor temperature is used for detecting an overload of the motor.

本発明の一実施の形態に係る状態検出装置を備えるモータ制御装置のブロック図である。It is a block diagram of a motor control apparatus provided with the state detection apparatus which concerns on one embodiment of this invention. (a)は励磁電圧の波形図を、(b)レゾルバの振幅変調出力信号の波形図を、(c)は復調されたレゾルバの出力信号の波形図をそれぞれ例示したものである。(A) illustrates the waveform diagram of the excitation voltage, (b) illustrates the waveform diagram of the amplitude modulation output signal of the resolver, and (c) illustrates the waveform diagram of the demodulated resolver output signal. 励磁キャリア信号の周波数とPWMキャリア信号の周波数とがある関係にあるときのスイッチングノイズとレゾルバの出力信号との関係を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the relationship between the switching noise when the frequency of an excitation carrier signal and the frequency of a PWM carrier signal have a certain relationship, and the output signal of a resolver. 励磁キャリア信号の周波数とPWMキャリア信号の周波数とが他の関係にあるときのスイッチングノイズとレゾルバの出力信号との関係を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the relationship between the switching noise and the output signal of a resolver when the frequency of an excitation carrier signal and the frequency of a PWM carrier signal have another relationship. 励磁キャリア信号の周波数とPWMキャリア信号の周波数とがさらに別の関係にあるときのスイッチングノイズとレゾルバの出力信号との関係を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the relationship between the switching noise and the output signal of a resolver when the frequency of an excitation carrier signal and the frequency of a PWM carrier signal have another relationship. MRセンサの磁気抵抗素子の接続図である。It is a connection diagram of the magnetoresistive element of MR sensor. 温度センサとして使用するサーミスタの接続図である。It is a connection diagram of the thermistor used as a temperature sensor.

符号の説明Explanation of symbols

10 レゾルバ
11 励磁巻線
12,13 検出巻線
20 モータ
30 制御回路
31 発振回路
32,38 分周回路
33 励磁回路
35A,35B 同期復調回路
36A,36B ローパスフィルタ
37 演算回路
39 PWMインバータ
40 MRセンサ
50 温度センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Resolver 11 Excitation winding 12, 13 Detection winding 20 Motor 30 Control circuit 31 Oscillation circuit 32, 38 Dividing circuit 33 Excitation circuit 35A, 35B Synchronous demodulation circuit 36A, 36B Low-pass filter 37 Operation circuit 39 PWM inverter 40 MR sensor 50 Temperature sensor

Claims (5)

モータをPWM制御するモータ制御装置において該モータの状態を検出する状態検出装置であって、
前記モータの状態に対応するアナログ状態信号を発生するとともに、該アナログ状態信号で第1のキャリア信号を振幅変調した振幅変調信号を発生する信号発生手段と、
前記第1のキャリア信号を用いて前記振幅変調信号から前記アナログ状態信号を同期復調する復調手段と、
前記同期復調されたアナログ状態信号に含まれるPWMスイッチングノイズ成分を平滑する平滑手段と、を備え、
前記第1のキャリア信号の周波数famと前記PWM制御に使用される第2のキャリア信号の周波数fpwmとを、それらが以下のような関係を有するように設定したことを特徴とするモータ制御装置における状態検出装置。
am>fpwmのとき、
am=fpwm×(n+0.5)
am<fpwmのとき、
am=fpwm/(2n)
ここで、n:正の整数
A state detection device that detects a state of the motor in a motor control device that performs PWM control of the motor,
A signal generating means for generating an analog state signal corresponding to the state of the motor and generating an amplitude modulated signal obtained by amplitude modulating the first carrier signal with the analog state signal;
Demodulating means for synchronously demodulating the analog state signal from the amplitude modulation signal using the first carrier signal;
Smoothing means for smoothing a PWM switching noise component included in the synchronously demodulated analog state signal,
Motor control, wherein the frequency f am of the first carrier signal and the frequency f pwm of the second carrier signal used for the PWM control are set so as to have the following relationship: A state detection device in the device.
When f am > f pwm ,
f am = f pwm × (n + 0.5)
When f am <f pwm ,
f am = f pwm / (2n)
Where n is a positive integer
前記信号発生手段が、前記モータのロータの回転角に対応する信号を前記アナログ状態信号として発生する角度センサを備えることを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置における状態検出装置。   2. The state detection device in a motor control device according to claim 1, wherein the signal generation means includes an angle sensor that generates a signal corresponding to a rotation angle of the rotor of the motor as the analog state signal. 前記角度センサがレゾルバであることを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置における状態検出装置。   The state detection device in the motor control device according to claim 2, wherein the angle sensor is a resolver. 前記角度センサがMRセンサであることを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置における状態検出装置。   The state detection device in the motor control device according to claim 2, wherein the angle sensor is an MR sensor. 前記信号発生手段が、前記モータの温度に対応する信号を前記アナログ状態信号として発生する温度センサを備えることを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置における状態検出装置。   2. The state detection device in a motor control device according to claim 1, wherein the signal generating means includes a temperature sensor that generates a signal corresponding to the temperature of the motor as the analog state signal.
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