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JP7839799B2 - Three-phase signal generation device and three-phase signal generation method - Google Patents
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JP7839799B2 - Three-phase signal generation device and three-phase signal generation method - Google Patents

Three-phase signal generation device and three-phase signal generation method

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JP7839799B2 JP2023551076A JP2023551076A JP7839799B2 JP 7839799 B2 JP7839799 B2 JP 7839799B2 JP 2023551076 A JP2023551076 A JP 2023551076A JP 2023551076 A JP2023551076 A JP 2023551076A JP 7839799 B2 JP7839799 B2 JP 7839799B2
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Description

本発明は、三相信号生成装置および三相信号生成方法に関する。本願は、2021年9月30日に日本に出願された特願2021-161924号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。The present invention relates to a three-phase signal generation device and a three-phase signal generation method. This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2021-161924, filed in Japan on September 30, 2021, the contents of which are incorporated herein by reference.

従来、回転位置を正確に制御可能なモータとして、光学エンコーダ、レゾルバ等の絶対角位置センサを備える構成が知られる。しかし、絶対角位置センサは、大型、高コストである。そこで、特許文献1には、絶対角位置センサを用いることなく、安価且つ小型の3つの磁気センサを用いてモータの回転位置を推定する位置推定方法が開示される。Conventionally, motors capable of accurately controlling their rotational position are known to be equipped with absolute angular position sensors such as optical encoders and resolvers. However, absolute angular position sensors are large and expensive. Therefore, Patent Document 1 discloses a position estimation method that estimates the rotational position of a motor using three inexpensive and compact magnetic sensors without using an absolute angular position sensor.

特許第6233532号公報Patent No. 6233532

特許文献1記載の位置推定方法では、安価且つ小型の3つの磁気センサを用いて回転軸の機械角を高精度に推定することができるが、市場からはより高い精度が要求されることがあった。The position estimation method described in Patent Document 1 can estimate the mechanical angle of the rotation axis with high accuracy using three inexpensive and compact magnetic sensors, but the market has sometimes demanded even higher accuracy.

本発明の三相信号生成装置における一つの態様は、回転する磁石に対向し、磁界強度を示す第1信号を出力する第1磁気センサと、前記磁石に対向し、前記第1信号に対して電気角で120°の位相遅れを有する第2信号を出力する第2磁気センサと、前記磁石に対向し、前記第2信号に対して電気角で120°の位相遅れを有する第3信号を出力する第3磁気センサと、前記第1信号、前記第2信号及び前記第3信号を処理する信号処理部と、を備える。前記信号処理部は、前記第1信号、前記第2信号及び前記第3信号をデジタル変換することより、前記第1信号の瞬時値、前記第2信号の瞬時値及び前記第3信号の瞬時値を取得する第1処理と、前記第1信号の瞬時値、前記第2信号の瞬時値及び前記第3信号の瞬時値に基づいて、前記第1信号の複素ベクトルである第1複素ベクトルと、前記第2信号の複素ベクトルである第2複素ベクトルと、前記第3信号の複素ベクトルである第3複素ベクトルとを算出する第2処理と、複素数平面において、前記第1複素ベクトルの頂点と前記第3複素ベクトルの頂点とを結ぶ直線を一辺として有する三角形の重心を第1重心として算出する第3処理と、前記複素数平面において、前記第1複素ベクトルの頂点と前記第2複素ベクトルの頂点とを結ぶ直線を一辺として有する三角形の重心を第2重心として算出する第4処理と、前記複素数平面において、前記第2複素ベクトルの頂点と前記第3複素ベクトルの頂点とを結ぶ直線を一辺として有する三角形の重心を第3重心として算出する第5処理と、前記第1重心、前記第2重心及び前記第3重心を頂点として有する三角形の重心を算出する第6処理と、前記重心を前記複素数平面の原点に変換することにより、前記第1複素ベクトル、前記第2複素ベクトル及び前記第3複素ベクトルを補正する第7処理と、を実行する。 One embodiment of the three-phase signal generating device of the present invention comprises: a first magnetic sensor that faces a rotating magnet and outputs a first signal indicating magnetic field strength; a second magnetic sensor that faces the magnet and outputs a second signal having a phase delay of 120° in electrical angle with respect to the first signal; a third magnetic sensor that faces the magnet and outputs a third signal having a phase delay of 120° in electrical angle with respect to the second signal; and a signal processing unit that processes the first signal, the second signal, and the third signal. The signal processing unit performs the following: a first process of obtaining the instantaneous values of the first signal, the second signal, and the third signal by digitally converting the first signal, the second signal, and the third signal; a second process of calculating a first complex vector, which is the complex vector of the first signal; a second complex vector, which is the complex vector of the second signal; and a third complex vector, which is the complex vector of the third signal, based on the instantaneous values of the first signal, the second signal, and the third signal; and calculating the centroid of a triangle having a line connecting the vertex of the first complex vector and the vertex of the third complex vector as the first centroid in the complex plane. The following processes are performed: a third process; a fourth process in which the centroid of a triangle having a straight line connecting the vertex of the first complex vector and the vertex of the second complex vector as one side in the complex number plane is calculated as the second centroid; a fifth process in which the centroid of a triangle having a straight line connecting the vertex of the second complex vector and the vertex of the third complex vector as one side in the complex number plane is calculated as the third centroid; a sixth process in which the centroid of a triangle having the first centroid, the second centroid, and the third centroid as vertices is calculated; and a seventh process in which the first complex vector, the second complex vector, and the third complex vector are corrected by converting the centroid to the origin of the complex number plane.

本発明の三相信号生成方法における一つの態様は、回転する磁石に対向し、磁界強度を示す第1信号を出力する第1磁気センサと、前記磁石に対向し、前記第1信号に対して電気角で120°の位相遅れを有する第2信号を出力する第2磁気センサと、前記磁石に対向し、前記第2信号に対して電気角で120°の位相遅れを有する第3信号を出力する第3磁気センサと、を用いる三相信号生成方法であって、前記第1信号、前記第2信号及び前記第3信号をデジタル変換することより、前記第1信号の瞬時値、前記第2信号の瞬時値及び前記第3信号の瞬時値を取得する第1ステップと、前記第1信号の瞬時値、前記第2信号の瞬時値及び前記第3信号の瞬時値に基づいて、前記第1信号の複素ベクトルである第1複素ベクトルと、前記第2信号の複素ベクトルである第2複素ベクトルと、前記第3信号の複素ベクトルである第3複素ベクトルとを算出する第2ステップと、複素数平面において、前記第1複素ベクトルの頂点と前記第3複素ベクトルの頂点とを結ぶ直線を一辺として有する三角形の重心を第1重心として算出する第3ステップと、前記複素数平面において、前記第1複素ベクトルの頂点と前記第2複素ベクトルの頂点とを結ぶ直線を一辺として有する三角形の重心を第2重心として算出する第4ステップと、前記複素数平面において、前記第2複素ベクトルの頂点と前記第3複素ベクトルの頂点とを結ぶ直線を一辺として有する三角形の重心を第3重心として算出する第5ステップと、前記第1重心、前記第2重心及び前記第3重心を頂点として有する三角形の重心を算出する第6ステップと、前記重心を前記複素数平面の原点に変換することにより、前記第1複素ベクトル、前記第2複素ベクトル及び前記第3複素ベクトルを補正する第7ステップと、を有する。One embodiment of the three-phase signal generation method of the present invention is a three-phase signal generation method using a first magnetic sensor that faces a rotating magnet and outputs a first signal indicating magnetic field strength, a second magnetic sensor that faces the magnet and outputs a second signal having a phase delay of 120° in electrical angle with respect to the first signal, and a third magnetic sensor that faces the magnet and outputs a third signal having a phase delay of 120° in electrical angle with respect to the second signal, wherein the method comprises a first step of obtaining the instantaneous values of the first signal, the second signal, and the third signal by digitally converting the first signal, the second signal, and the third signal, and a first complex vector which is the complex vector of the first signal, a second complex vector which is the complex vector of the second signal, and a third complex vector which is the complex vector of the third signal, based on the instantaneous values of the first signal, the second signal, and the third signal. The method comprises: a second step of calculating the centroid; a third step of calculating the centroid of a triangle having a straight line connecting the vertex of the first complex vector and the vertex of the third complex vector as one side in the complex plane, as the first centroid; a fourth step of calculating the centroid of a triangle having a straight line connecting the vertex of the first complex vector and the vertex of the second complex vector as one side in the complex plane, as the second centroid; a fifth step of calculating the centroid of a triangle having a straight line connecting the vertex of the second complex vector and the vertex of the third complex vector as one side in the complex plane, as the third centroid; a sixth step of calculating the centroid of a triangle having the first centroid, the second centroid, and the third centroid as vertices; and a seventh step of correcting the first complex vector, the second complex vector, and the third complex vector by converting the centroid to the origin of the complex plane.

本発明の上記態様によれば、回転軸の機械角の推定精度(検出精度)を向上できる角度検出方法および三相信号生成装置が提供される。According to the above-described aspect of the present invention, an angle detection method and a three-phase signal generation device are provided that can improve the estimation accuracy (detection accuracy) of the mechanical angle of a rotating shaft.

図1は、本発明の一実施形態における三相信号生成装置1の構成を模式的に示すブロック図である。Figure 1 is a schematic block diagram showing the configuration of a three-phase signal generator 1 in one embodiment of the present invention. 図2は、U相センサ信号Hu、V相センサ信号Hv及びW相センサ信号Hwの波形の一例を示す図である。Figure 2 shows an example of the waveforms of the U-phase sensor signal Hu, the V-phase sensor signal Hv, and the W-phase sensor signal Hw. 図3は、図2に示される1つの極対領域に含まれるU相センサ信号Hu、V相センサ信号Hv及びW相センサ信号Hwの拡大図である。Figure 3 is an enlarged view of the U-phase sensor signal Hu, V-phase sensor signal Hv, and W-phase sensor signal Hw included in one pole-pair region shown in Figure 2. 図4は、ノイズ成分である同相信号を含むセンサ信号Hu、Hv及びHwの波形の一例を示す図である。Figure 4 shows an example of the waveforms of the sensor signals Hu, Hv, and Hw, which include the common-mode signal, which is a noise component. 図5は、第1の補正処理の実行後に得られたセンサ信号Hiu0、Hiv0及びHiw0の波形の一例を示す図である。Figure 5 shows an example of the waveforms of the sensor signals Hiu0, Hiv0, and Hiw0 obtained after the execution of the first correction process. 図6は、第2の補正処理の実行後に得られたセンサ信号Hiu1、Hiv1及びHiw1の波形の一例を示す図である。Figure 6 shows an example of the waveforms of the sensor signals Hiu1, Hiv1, and Hiw1 obtained after the execution of the second correction process. 図7は、第3の補正処理の実行後に得られたセンサ信号Hiu2、Hiv2及びHiw2の波形の一例を示す図である。Figure 7 shows an example of the waveforms of the sensor signals Hiu2, Hiv2, and Hiw2 obtained after the execution of the third correction process. 図8は、本実施形態における三相信号生成装置1の処理部21が実行する学習処理を示すフローチャートである。Figure 8 is a flowchart showing the learning process performed by the processing unit 21 of the three-phase signal generation device 1 in this embodiment. 図9は、三相信号生成処理に含まれるステップS1及びステップS2の処理を説明するために用いられる複素数平面図である。Figure 9 is a complex number plane diagram used to explain the processes of steps S1 and S2 included in the three-phase signal generation process. 図10は、三相信号生成処理に含まれるステップS3からステップS6までの処理を説明するために用いられる複素数平面図である。Figure 10 is a complex number plane diagram used to explain the processes from step S3 to step S6 included in the three-phase signal generation process. 図11は、三相信号生成処理に含まれるステップS7の処理を説明するために用いられる複素数平面図である。Figure 11 is a complex number plane diagram used to explain the process of step S7 included in the three-phase signal generation process. 図12は、三相信号生成処理によって得られる三相信号のシミュレーション結果を示す第1図である。Figure 12 is the first figure showing the simulation results of the three-phase signal obtained by the three-phase signal generation process. 図13は、三相信号生成処理によって得られる三相信号のシミュレーション結果を示す第2図である。Figure 13 is the second figure showing the simulation results of the three-phase signal obtained by the three-phase signal generation process.

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 図1は、本発明の一実施形態における三相信号生成装置1の構成を模式的に示すブロック図である。図1に示すように、三相信号生成装置1は、モータ100の回転軸であるロータシャフト110の機械角(回転角)を検出する装置である。本実施形態においてモータ100は、例えばインナーロータ型の三相ブラシレスDCモータである。モータ100は、ロータシャフト110と、センサマグネット120と、を有する。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Figure 1 is a schematic block diagram showing the configuration of the three-phase signal generation device 1 in one embodiment of the present invention. As shown in Figure 1, the three-phase signal generation device 1 is a device that detects the mechanical angle (rotation angle) of the rotor shaft 110, which is the rotation axis of the motor 100. In this embodiment, the motor 100 is, for example, an inner rotor type three-phase brushless DC motor. The motor 100 has a rotor shaft 110 and a sensor magnet 120.

センサマグネット120は、ロータシャフト110に取り付けられる円板状の磁石である。センサマグネット120は、ロータシャフト110に同期して回転する。センサマグネット120は、P個(Pは1以上の整数)の磁極対を有する。本実施形態では、一例として、センサマグネット120は、4つの磁極対を有する。なお、磁極対とは、N極とS極とのペアを意味する。すなわち、本実施形態においてセンサマグネット120は、N極とS極とのペアを4つ有し、計8つの磁極を有する。 The sensor magnet 120 is a disc-shaped magnet attached to the rotor shaft 110. The sensor magnet 120 rotates in synchronization with the rotor shaft 110. The sensor magnet 120 has P (P is an integer of 1 or more) magnetic pole pairs. In this embodiment, as an example, the sensor magnet 120 has four magnetic pole pairs. A magnetic pole pair means a pair of north poles and south poles. That is, in this embodiment, the sensor magnet 120 has four pairs of north poles and south poles, for a total of eight magnetic poles.

三相信号生成装置1は、センサ群10と、信号処理部20と、を備える。図1では図示を省略するが、モータ100には回路基板が装着されており、センサ群10及び信号処理部20は、回路基板上に配置される。センサマグネット120は、回路基板と干渉しない位置に配置される。センサマグネット120は、モータ100のハウジングの内部に配置されてもよいし、或いはハウジングの外部に配置されてもよい。 The three-phase signal generator 1 comprises a sensor group 10 and a signal processing unit 20. Although not shown in Figure 1, a circuit board is mounted on the motor 100, and the sensor group 10 and the signal processing unit 20 are arranged on the circuit board. The sensor magnet 120 is positioned so as not to interfere with the circuit board. The sensor magnet 120 may be located inside the housing of the motor 100, or it may be located outside the housing.

センサ群10は、第1磁気センサ11、第2磁気センサ12及び第3磁気センサ13を含む。第1磁気センサ11、第2磁気センサ12及び第3磁気センサ13は、回路基板上において、センサマグネット120に対向する状態で配置される。本実施形態において、第1磁気センサ11、第2磁気センサ12及び第3磁気センサ13は、回路基板上において、センサマグネット120の回転方向に沿って30°間隔で配置される。例えば、第1磁気センサ11、第2磁気センサ12及び第3磁気センサ13は、それぞれ、例えばホール素子、或いはリニアホールICなど、磁気抵抗素子を含めたアナログ出力タイプの磁気センサである。第1磁気センサ11、第2磁気センサ12及び第3磁気センサ13は、それぞれ、ロータシャフト110の回転位置、すなわちセンサマグネット120の回転位置に応じて変化する磁界強度を示すアナログ信号を出力する。 The sensor group 10 includes a first magnetic sensor 11, a second magnetic sensor 12, and a third magnetic sensor 13. The first magnetic sensor 11, the second magnetic sensor 12, and the third magnetic sensor 13 are arranged on the circuit board facing the sensor magnet 120. In this embodiment, the first magnetic sensor 11, the second magnetic sensor 12, and the third magnetic sensor 13 are arranged on the circuit board at 30° intervals along the rotational direction of the sensor magnet 120. For example, the first magnetic sensor 11, the second magnetic sensor 12, and the third magnetic sensor 13 are each analog output type magnetic sensors including magnetoresistive elements, such as Hall elements or linear Hall ICs. The first magnetic sensor 11, the second magnetic sensor 12, and the third magnetic sensor 13 each output an analog signal indicating the magnetic field strength which changes according to the rotational position of the rotor shaft 110, i.e., the rotational position of the sensor magnet 120.

第1磁気センサ11、第2磁気センサ12及び第3磁気センサ13から出力されるアナログ信号の電気角1周期は、機械角1周期の1/Pに相当する。本実施形態では、センサマグネット120の極対数Pが「4」なので、各アナログ信号の電気角1周期は、機械角1周期の1/4、すなわち機械角で90°に相当する。第2磁気センサ12から出力されるアナログ信号は、第1磁気センサ11から出力されるアナログ信号に対して電気角で120°の位相遅れを有する。第3磁気センサ13から出力されるアナログ信号は、第2磁気センサ12から出力されるアナログ信号に対して電気角で120°の位相遅れを有する。 The electrical angle of one period of the analog signals output from the first magnetic sensor 11, the second magnetic sensor 12, and the third magnetic sensor 13 corresponds to 1/P of the mechanical angle of one period. In this embodiment, since the number of pole pairs P of the sensor magnet 120 is "4", the electrical angle of one period of each analog signal corresponds to 1/4 of the mechanical angle of one period, i.e., 90° in mechanical angle. The analog signal output from the second magnetic sensor 12 has a phase delay of 120° in electrical angle relative to the analog signal output from the first magnetic sensor 11. The analog signal output from the third magnetic sensor 13 has a phase delay of 120° in electrical angle relative to the analog signal output from the second magnetic sensor 12.

以下では、第1磁気センサ11から出力されるアナログ信号をU相センサ信号Huと呼称し、第2磁気センサ12から出力されるアナログ信号をV相センサ信号Hvと呼称し、第3磁気センサ13から出力されるアナログ信号をW相センサ信号Hwと呼称する。 In the following, the analog signal output from the first magnetic sensor 11 will be referred to as the U-phase sensor signal Hu, the analog signal output from the second magnetic sensor 12 will be referred to as the V-phase sensor signal Hv, and the analog signal output from the third magnetic sensor 13 will be referred to as the W-phase sensor signal Hw.

第1磁気センサ11は、回転する磁石であるセンサマグネット120に対向し、磁界強度を示すU相センサ信号Hu(第1信号)を信号処理部20に出力する。第2磁気センサ12は、センサマグネット120に対向し、U相センサ信号Huに対して電気角で120°の位相遅れを有するV相センサ信号Hv(第2信号)を信号処理部20に出力する。第3磁気センサ13は、センサマグネット120に対向し、V相センサ信号Hvに対して電気角で120°の位相遅れを有するW相センサ信号Hw(第3信号)を信号処理部20に出力する。 The first magnetic sensor 11 faces the sensor magnet 120, which is a rotating magnet, and outputs a U-phase sensor signal Hu (first signal) indicating the magnetic field strength to the signal processing unit 20. The second magnetic sensor 12 faces the sensor magnet 120 and outputs a V-phase sensor signal Hv (second signal) which has a phase delay of 120° in electrical angle with respect to the U-phase sensor signal Hu to the signal processing unit 20. The third magnetic sensor 13 faces the sensor magnet 120 and outputs a W-phase sensor signal Hw (third signal) which has a phase delay of 120° in electrical angle with respect to the V-phase sensor signal Hv to the signal processing unit 20.

信号処理部20は、U相センサ信号Hu、V相センサ信号Hv及びW相センサ信号Hwを処理する信号処理回路である。信号処理部20は、U相センサ信号Hu、V相センサ信号Hv及びW相センサ信号Hwに基づいて、回転軸であるロータシャフト110の機械角を推定する。信号処理部20は、処理部21と、記憶部22と、を備える。 The signal processing unit 20 is a signal processing circuit that processes the U-phase sensor signal Hu, the V-phase sensor signal Hv, and the W-phase sensor signal Hw. Based on the U-phase sensor signal Hu, the V-phase sensor signal Hv, and the W-phase sensor signal Hw, the signal processing unit 20 estimates the mechanical angle of the rotor shaft 110, which is the rotation axis. The signal processing unit 20 comprises a processing unit 21 and a storage unit 22.

処理部21は、例えばMCU(Microcontroller Unit)などのマイクロプロセッサである。U相センサ信号Hu、V相センサ信号Hv及びW相センサ信号Hwは、それぞれ、処理部21に入力される。処理部21は、不図示の通信バスを介して記憶部22と通信可能に接続される。処理部21は、記憶部22に予め記憶されるプログラムに従って、少なくとも以下の2つの処理を実行する。 The processing unit 21 is a microprocessor such as an MCU (Microcontroller Unit). The U-phase sensor signal Hu, the V-phase sensor signal Hv, and the W-phase sensor signal Hw are input to the processing unit 21, respectively. The processing unit 21 is connected to the storage unit 22 via a communication bus (not shown) so as to be able to communicate. The processing unit 21 performs at least the following two processes according to a program pre-stored in the storage unit 22.

処理部21は、オフライン処理として、U相センサ信号Hu、V相センサ信号Hv及びW相センサ信号Hwに基づいて、ロータシャフト110の機械角の推定に必要な学習データを取得する学習処理を実行する。オフライン処理とは、三相信号生成装置1が製造工場から出荷される前、または三相信号生成装置1が顧客側のシステムに組み込まれて実運用さ
れる前に実行される処理である。
The processing unit 21 performs a learning process as an offline process to acquire learning data necessary for estimating the mechanical angle of the rotor shaft 110 based on the U-phase sensor signal Hu, the V-phase sensor signal Hv, and the W-phase sensor signal Hw. Offline processing is a process that is performed before the three-phase signal generator 1 is shipped from the manufacturing plant or before the three-phase signal generator 1 is incorporated into the customer's system and put into actual operation.

また、処理部21は、オンライン処理として、U相センサ信号Hu、V相センサ信号Hv及びW相センサ信号Hwと、学習処理によって得られた学習データとに基づいて、ロータシャフト110の機械角を推定する角度推定処理を実行する。オンライン処理とは、三相信号生成装置1が顧客側のシステムに組み込まれて実運用されるときに実行される処理である。 Furthermore, the processing unit 21 performs an angle estimation process as an online process to estimate the mechanical angle of the rotor shaft 110 based on the U-phase sensor signal Hu, the V-phase sensor signal Hv, the W-phase sensor signal Hw, and the learning data obtained through the learning process. Online processing refers to the process that is executed when the three-phase signal generator 1 is incorporated into the customer's system and put into actual operation.

記憶部22は、処理部21に各種処理を実行させるのに必要なプログラム、各種設定データおよび上記の学習データなどを記憶する不揮発性メモリと、処理部21が各種処理を実行する際にデータの一時保存先として使用される揮発性メモリとを含む。不揮発性メモリは、例えばEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)又はフラッシュメモリなどである。揮発性メモリは、例えばRAM(Random Access Memory)などである。 The memory unit 22 includes a non-volatile memory that stores programs necessary for the processing unit 21 to execute various processes, various setting data, and the above-mentioned learning data, and a volatile memory that is used as a temporary storage location for data when the processing unit 21 executes various processes. The non-volatile memory is, for example, EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) or flash memory. The volatile memory is, for example, RAM (Random Access Memory).

以下、上記のように構成された三相信号生成装置1の処理部21が実行する学習処理及び角度推定処理について説明する前に、本発明の理解を容易にするために、特許第6233532号公報によって開示される位置推定方法について簡単に説明する。以下の説明において、特許第6233532号公報によって開示される位置推定方法を、基本特許方法と呼称する場合がある。基本特許方法の詳細については特許第6233532号公報を参照されたい。なお、以下では、説明の便宜上、図1に示される各要素を使って基本特許方法について説明する。 Before describing the learning process and angle estimation process performed by the processing unit 21 of the three-phase signal generator 1 configured as described above, a brief explanation of the position estimation method disclosed in Japanese Patent No. 6233532 will be given to facilitate understanding of the present invention. In the following explanation, the position estimation method disclosed in Japanese Patent No. 6233532 may be referred to as the basic patent method. For details of the basic patent method, please refer to Japanese Patent No. 6233532. For the convenience of explanation, the basic patent method will be described below using the elements shown in Figure 1.

まず、基本特許方法において処理部21が実行する学習処理について説明する。 処理部21は、ロータシャフト110とともにセンサマグネット120を回転させた状態で、各磁気センサ11、12及び13から出力される各センサ信号Hu、Hv及びHwの瞬時値(デジタル値)を取得する。具体的には、処理部21にはA/D変換器が内蔵されており、処理部21は、A/D変換器によってU相センサ信号Hu、V相センサ信号Hv及びW相センサ信号Hwのそれぞれを所定のサンプリング周波数でデジタル変換することにより、U相センサ信号Hu、V相センサ信号Hv及びW相センサ信号Hwの瞬時値を取得する。 First, the learning process performed by the processing unit 21 in the basic patent method will be explained. The processing unit 21 rotates the sensor magnet 120 together with the rotor shaft 110 and acquires the instantaneous values (digital values) of the sensor signals Hu, Hv, and Hw output from each of the magnetic sensors 11, 12, and 13. Specifically, the processing unit 21 has an A/D converter built in, and the processing unit 21 acquires the instantaneous values of the U-phase sensor signal Hu, V-phase sensor signal Hv, and W-phase sensor signal Hw by digitally converting each of the U-phase sensor signal Hu, V-phase sensor signal Hv, and W-phase sensor signal Hw at a predetermined sampling frequency using the A/D converter.

なお、学習処理の実行時において、不図示のモータ制御装置を介してモータ100を通電制御することにより、ロータシャフト110を回転させてもよい。または、ロータシャフト110を不図示の回転機械に接続し、その回転機械によってロータシャフト110を回転させてもよい。 Furthermore, during the execution of the learning process, the rotor shaft 110 may be rotated by controlling the energization of the motor 100 via a motor control device (not shown). Alternatively, the rotor shaft 110 may be connected to a rotating machine (not shown), and the rotor shaft 110 may be rotated by that machine.

図2は、U相センサ信号Hu、V相センサ信号Hv及びW相センサ信号Hwの波形の一例を示す図である。図2に示すように、センサ信号Hu、Hv及びHwのそれぞれの電気角1周期は、機械角1周期の1/4、すなわち機械角で90°に相当する。図2において、時刻t1から時刻t5までの期間が機械角1周期(機械角で360°)に相当する。図2において、時刻t1から時刻t2までの期間と、時刻t2から時刻t3までの期間と、時刻t3から時刻t4までの期間と、時刻t4から時刻t5までの期間とが、それぞれ機械角で90°に相当する。また、センサ信号Hu、Hv及びHwは、互いに電気角で120°の位相差を有する。 Figure 2 shows an example of the waveforms of the U-phase sensor signal Hu, the V-phase sensor signal Hv, and the W-phase sensor signal Hw. As shown in Figure 2, one electrical angle period of each of the sensor signals Hu, Hv, and Hw corresponds to 1/4 of one mechanical angle period, i.e., 90° in mechanical angle. In Figure 2, the period from time t1 to time t5 corresponds to one mechanical angle period (360° in mechanical angle). In Figure 2, the period from time t1 to time t2, the period from time t2 to time t3, the period from time t3 to time t4, and the period from time t4 to time t5 each correspond to 90° in mechanical angle. Also, the sensor signals Hu, Hv, and Hw have a phase difference of 120° in electrical angle from each other.

処理部21は、センサ信号Hu、Hv及びHwのデジタル値に基づいて、3つのセンサ信号のうち2つのセンサ信号が互いに交差する交点と、3つのセンサ信号の夫々が基準信号レベルと交差するゼロクロス点とを、機械角1周期にわたって抽出する。基準信号レベルは、例えばグランドレベルである。基準信号レベルがグランドレベルである場合、基準信号レベルのデジタル値は「0」である。 The processing unit 21 extracts, based on the digital values of the sensor signals Hu, Hv, and Hw, the intersection points where two of the three sensor signals intersect each other, and the zero-crossing points where each of the three sensor signals intersects the reference signal level, over one mechanical angle period. The reference signal level is, for example, the ground level. When the reference signal level is the ground level, the digital value of the reference signal level is "0".

図2に示すように、処理部21は、ゼロクロス点の抽出結果に基づいて、機械角1周期を極対番号に紐付けられた4つの極対領域に分割する。図2において、「No.C」は極対番号を示す。図1に示すように、センサマグネット120の4つの磁極対に対して極対番号が予め割り当てられる。例えば、機械角で0°から90°までの範囲に設けられた磁極対には、極対番号「0」が割り当てられる。機械角で90°から180°までの範囲に設けられた磁極対には、極対番号「1」が割り当てられる。機械角で180°から270°までの範囲に設けられた磁極対には、極対番号「2」が割り当てられる。機械角で270°から360°までの範囲に設けられた磁極対には、極対番号「3」が割り当てられる。 As shown in Figure 2, the processing unit 21 divides one mechanical angle period into four pole pair regions linked to pole pair numbers based on the extraction results of the zero-crossing points. In Figure 2, "No. C" indicates the pole pair number. As shown in Figure 1, pole pair numbers are pre-assigned to the four magnetic pole pairs of the sensor magnet 120. For example, the magnetic pole pair located in the range of 0° to 90° in mechanical angle is assigned pole pair number "0". The magnetic pole pair located in the range of 90° to 180° in mechanical angle is assigned pole pair number "1". The magnetic pole pair located in the range of 180° to 270° in mechanical angle is assigned pole pair number "2". The magnetic pole pair located in the range of 270° to 360° in mechanical angle is assigned pole pair number "3".

例えばセンサ信号Huを基準とする場合、処理部21は、センサ信号Huのゼロクロス点のうち、機械角が0°であるサンプリングタイミング(時刻t1)に得られたゼロクロス点を、極対番号「0」に紐づけられた極対領域の始点として認識する。また、処理部21は、センサ信号Huのゼロクロス点のうち、機械角が90°であるサンプリングタイミング(時刻t2)に得られたゼロクロス点を、極対番号「0」に紐づけられた極対領域の終点として認識する。すなわち、処理部21は、時刻t1に得られたゼロクロス点と、時刻t2に得られたゼロクロス点との間の区間を、極対番号「0」に紐づけられた極対領域として決定する。 For example, when using the sensor signal Hu as a reference, the processing unit 21 recognizes the zero-crossing point of the sensor signal Hu obtained at the sampling timing (time t1) where the mechanical angle is 0° as the starting point of the pole pair region associated with pole pair number "0". The processing unit 21 also recognizes the zero-crossing point of the sensor signal Hu obtained at the sampling timing (time t2) where the mechanical angle is 90° as the ending point of the pole pair region associated with pole pair number "0". In other words, the processing unit 21 determines the interval between the zero-crossing point obtained at time t1 and the zero-crossing point obtained at time t2 as the pole pair region associated with pole pair number "0".

処理部21は、センサ信号Huのゼロクロス点のうち、機械角が90°であるサンプリングタイミング(時刻t2)に得られたゼロクロス点を、極対番号「1」に紐づけられた極対領域の始点としても認識する。また、処理部21は、センサ信号Huのゼロクロス点のうち、機械角180°であるサンプリングタイミング(時刻t3)に得られたゼロクロス点を、極対番号「1」に紐づけられた極対領域の終点として認識する。すなわち、処理部21は、時刻t2に得られたゼロクロス点と、時刻t3に得られたゼロクロス点との間の区間を、極対番号「1」に紐づけられた極対領域として決定する。 The processing unit 21 recognizes the zero-crossing point of the sensor signal Hu obtained at the sampling timing (time t2) where the mechanical angle is 90° as the starting point of the pole pair region associated with pole pair number "1". The processing unit 21 also recognizes the zero-crossing point of the sensor signal Hu obtained at the sampling timing (time t3) where the mechanical angle is 180° as the ending point of the pole pair region associated with pole pair number "1". In other words, the processing unit 21 determines the interval between the zero-crossing point obtained at time t2 and the zero-crossing point obtained at time t3 as the pole pair region associated with pole pair number "1".

処理部21は、センサ信号Huのゼロクロス点のうち、機械角が180°であるサンプリングタイミング(時刻t3)に得られたゼロクロス点を、極対番号「2」に紐づけられた極対領域の始点としても認識する。また、処理部21は、センサ信号Huのゼロクロス点のうち、機械角270°であるサンプリングタイミング(時刻t4)に得られたゼロクロス点を、極対番号「2」に紐づけられた極対領域の終点として認識する。すなわち、処理部21は、時刻t3に得られたゼロクロス点と、時刻t4に得られたゼロクロス点との間の区間を、極対番号「2」に紐づけられた極対領域として決定する。 The processing unit 21 recognizes the zero-crossing point of the sensor signal Hu obtained at the sampling timing (time t3) where the mechanical angle is 180° as the starting point of the pole pair region associated with pole pair number "2". Furthermore, the processing unit 21 recognizes the zero-crossing point of the sensor signal Hu obtained at the sampling timing (time t4) where the mechanical angle is 270° as the ending point of the pole pair region associated with pole pair number "2". In other words, the processing unit 21 determines the interval between the zero-crossing point obtained at time t3 and the zero-crossing point obtained at time t4 as the pole pair region associated with pole pair number "2".

処理部21は、センサ信号Huのゼロクロス点のうち、機械角が270°であるサンプリングタイミング(時刻t4)に得られたゼロクロス点を、極対番号「3」に紐づけられた極対領域の始点としても認識する。また、処理部21は、センサ信号Huのゼロクロス点のうち、機械角360°であるサンプリングタイミング(時刻t5)に得られたゼロクロス点を、極対番号「3」に紐づけられた極対領域の終点として認識する。すなわち、処理部21は、時刻t4に得られたゼロクロス点と、時刻t5に得られたゼロクロス点との間の区間を、極対番号「3」に紐づけられた極対領域として決定する。 The processing unit 21 recognizes the zero-crossing point of the sensor signal Hu obtained at the sampling timing (time t4) where the mechanical angle is 270° as the starting point of the pole pair region associated with pole pair number "3". Furthermore, the processing unit 21 recognizes the zero-crossing point of the sensor signal Hu obtained at the sampling timing (time t5) where the mechanical angle is 360° as the ending point of the pole pair region associated with pole pair number "3". In other words, the processing unit 21 determines the interval between the zero-crossing point obtained at time t4 and the zero-crossing point obtained at time t5 as the pole pair region associated with pole pair number "3".

図2に示すように、処理部21は、交点及びゼロクロス点の抽出結果に基づいて、4つの極対領域のそれぞれをセクション番号に紐づけられた12個のセクションに分割する。図2において、「No.A」は、各セクションに紐づけられたセクション番号を示す。図2に示すように、4つの極対領域のそれぞれに含まれる12個のセクションには、「0」から「11」までのセクション番号が紐づけられる。 As shown in Figure 2, the processing unit 21 divides each of the four pole-pair regions into 12 sections, each associated with a section number, based on the extraction results of intersection points and zero-crossing points. In Figure 2, "No. A" indicates the section number associated with each section. As shown in Figure 2, the 12 sections contained in each of the four pole-pair regions are associated with section numbers from "0" to "11".

図3は、図2に示される1つの極対領域に含まれるセンサ信号Hu、Hv及びHwの拡大図である。図3において、振幅の基準値(基準信号レベル)は「0」である。図3において、正値である振幅のデジタル値は、一例として、N極の磁界強度のデジタル値を表す。また、負値である振幅のデジタル値は、一例として、S極の磁界強度のデジタル値を表す。 Figure 3 is an enlarged view of the sensor signals Hu, Hv, and Hw included in one pole-pair region shown in Figure 2. In Figure 3, the reference value of the amplitude (reference signal level) is "0". In Figure 3, a positive digital value of the amplitude represents, for example, the digital value of the magnetic field strength of the north pole. A negative digital value of the amplitude represents, for example, the digital value of the magnetic field strength of the south pole.

図3において、点P1、点P3、点P5、点P7、点P9、点P11、及び点P13が、1つの極対領域に含まれるセンサ信号Hu、Hv及びHwのデジタル値から抽出されたゼロクロス点である。また、図3において、点P2、点P4、点P6、点P8、点P10、及び点P12が、1つの極対領域に含まれるセンサ信号Hu、Hv及びHwのデジタル値から抽出された交点である。図3に示すように、処理部21は、互いに隣り合うゼロクロス点と交点との間の区間をセクションとして決定する。 In Figure 3, points P1, P3, P5, P7, P9, P11, and P13 are zero-crossing points extracted from the digital values of the sensor signals Hu, Hv, and Hw contained within one pole-pair region. Also in Figure 3, points P2, P4, P6, P8, P10, and P12 are intersection points extracted from the digital values of the sensor signals Hu, Hv, and Hw contained within one pole-pair region. As shown in Figure 3, the processing unit 21 determines the intervals between adjacent zero-crossing points and intersection points as sections.

処理部21は、ゼロクロス点P1と交点P2との間の区間を、セクション番号「0」に紐づけられたセクションとして決定する。処理部21は、交点P2とゼロクロス点P3との間の区間を、セクション番号「1」に紐づけられたセクションとして決定する。処理部21は、ゼロクロス点P3と交点P4との間の区間を、セクション番号「2」に紐づけられたセクションとして決定する。処理部21は、交点P4とゼロクロス点P5との間の区間を、セクション番号「3」に紐づけられたセクションとして決定する。処理部21は、ゼロクロス点P5と交点P6との間の区間を、セクション番号「4」に紐づけられたセクションとして決定する。処理部21は、交点P6とゼロクロス点P7との間の区間を、セクション番号「5」に紐づけられたセクションとして決定する。 The processing unit 21 determines that the section between zero-crossing point P1 and intersection point P2 is the section associated with section number "0". The processing unit 21 determines that the section between intersection point P2 and zero-crossing point P3 is the section associated with section number "1". The processing unit 21 determines that the section between zero-crossing point P3 and intersection point P4 is the section associated with section number "2". The processing unit 21 determines that the section between intersection point P4 and zero-crossing point P5 is the section associated with section number "3". The processing unit 21 determines that the section between zero-crossing point P5 and intersection point P6 is the section associated with section number "4". The processing unit 21 determines that the section between intersection point P6 and zero-crossing point P7 is the section associated with section number "5".

処理部21は、ゼロクロス点P7と交点P8との間の区間を、セクション番号「6」に紐づけられたセクションとして決定する。処理部21は、交点P8とゼロクロス点P9との間の区間を、セクション番号「7」に紐づけられたセクションとして決定する。処理部21は、ゼロクロス点P9と交点P10との間の区間を、セクション番号「8」に紐づけられたセクションとして決定する。処理部21は、交点P10とゼロクロス点P11との間の区間を、セクション番号「9」に紐づけられたセクションとして決定する。処理部21は、ゼロクロス点P11と交点P12との間の区間を、セクション番号「10」に紐づけられたセクションとして決定する。処理部21は、交点P12とゼロクロス点P13との間の区間を、セクション番号「11」に紐づけられたセクションとして決定する。 The processing unit 21 determines that the section between zero-crossing point P7 and intersection point P8 is the section associated with section number "6". The processing unit 21 determines that the section between intersection point P8 and zero-crossing point P9 is the section associated with section number "7". The processing unit 21 determines that the section between zero-crossing point P9 and intersection point P10 is the section associated with section number "8". The processing unit 21 determines that the section between intersection point P10 and zero-crossing point P11 is the section associated with section number "9". The processing unit 21 determines that the section between zero-crossing point P11 and intersection point P12 is the section associated with section number "10". The processing unit 21 determines that the section between intersection point P12 and zero-crossing point P13 is the section associated with section number "11".

なお、以下の説明において、例えば、セクション番号「0」が割り当てられたセクションを、「0番セクション」と呼称し、セクション番号「11」が割り当てられたセクションを、「11番セクション」と呼称する。 In the following explanation, for example, a section assigned section number "0" will be referred to as "Section 0," and a section assigned section number "11" will be referred to as "Section 11."

図2に示すように、機械角1周期の全期間にわたって連続する番号がセグメント番号として各セクション番号に紐づけられる。図2において、「No.B」は、各セクション番号に紐づけられたセグメント番号を示す。なお、セグメントとは、互いに隣り合う交点とゼロクロス点とを結ぶ直線を表す用語である。言い換えれば、各セクションの始点と終点とを結ぶ直線がセグメントと呼ばれる。図3において、例えば、0番セクションの始点はゼロクロス点P1であり、0番セクションの終点は交点P2である。従って、0番セクションに対応するセグメントは、ゼロクロス点P1と交点P2とを結ぶ直線である。同様に、図3において、例えば、1番セクションの始点は交点P2であり、1番セクションの終点はゼロクロス点P3である。従って、1番セクションに対応するセグメントは、交点P2とゼロクロス点P3とを結ぶ直線である。 As shown in Figure 2, a number that is continuous throughout the entire period of one machine angle cycle is associated with each section number as a segment number. In Figure 2, "No. B" indicates the segment number associated with each section number. A segment is a term that represents a straight line connecting adjacent intersection points and zero-crossing points. In other words, a straight line connecting the start and end points of each section is called a segment. In Figure 3, for example, the start point of section 0 is the zero-crossing point P1, and the end point of section 0 is the intersection point P2. Therefore, the segment corresponding to section 0 is the straight line connecting the zero-crossing point P1 and the intersection point P2. Similarly, in Figure 3, for example, the start point of section 1 is the intersection point P2, and the end point of section 1 is the zero-crossing point P3. Therefore, the segment corresponding to section 1 is the straight line connecting the intersection point P2 and the zero-crossing point P3.

図2に示すように、極対番号「0」に紐づけられた極対領域では、セクション番号「0」から「11」までに対して、セグメント番号「0」から「11」までが紐づけられる。極対番号「1」に紐づけられた極対領域では、セクション番号「0」から「11」までに対して、セグメント番号「12」から「23」までが紐づけられる。極対番号「2」に紐づけられた極対領域では、セクション番号「0」から「11」までに対して、セグメント番号「24」から「35」までが紐づけられる。極対番号「3」に紐づけられた極対領域では、セクション番号「0」から「11」までに対して、セグメント番号「36」から「4
7」までが紐づけられる。
As shown in Figure 2, in the pole pair area associated with pole pair number "0", segment numbers "0" to "11" are associated with section numbers "0" to "11". In the pole pair area associated with pole pair number "1", segment numbers "12" to "23" are associated with section numbers "0" to "11". In the pole pair area associated with pole pair number "2", segment numbers "24" to "35" are associated with section numbers "0" to "11". In the pole pair area associated with pole pair number "3", segment numbers "36" to "4
Up to "7" is linked.

なお、以下の説明において、例えば、セグメント番号「0」が割り当てられたセグメントを、「1番セグメント」と呼称し、セグメント番号「11」が割り当てられたセグメントを、「11番セグメント」と呼称する。 In the following explanation, for example, a segment assigned segment number "0" will be referred to as "Segment 1," and a segment assigned segment number "11" will be referred to as "Segment 11."

処理部21は、各セグメントを表す一次関数θ(Δx)を生成する。Δxはセグメントの始点からセグメント上の任意の点までの長さ(デジタル値)であり、θはセグメント上の任意の点に対応する機械角である。図3において、例えば、0番セクションに対応するセグメントの始点はゼロクロス点P1であり、0番セクションに対応するセグメントの終点は交点P2である。同様に、図3において、例えば、1番セクションに対応するセグメントの始点は交点P2であり、1番セクションに対応するセグメントの終点はゼロクロス点P3である。 The processing unit 21 generates a linear function θ(Δx) representing each segment. Δx is the length (digital value) from the starting point of the segment to any point on the segment, and θ is the mechanical angle corresponding to any point on the segment. In Figure 3, for example, the starting point of the segment corresponding to section 0 is the zero-crossing point P1, and the ending point of the segment corresponding to section 0 is the intersection point P2. Similarly, in Figure 3, for example, the starting point of the segment corresponding to section 1 is the intersection point P2, and the ending point of the segment corresponding to section 1 is the zero-crossing point P3.

例えば、セグメントを表す一次関数θ(Δx)は下式(1)で表される。下式(1)において、「i」はセグメント番号であり、0から47までの整数である。以下の説明において、下式(1)で表される一次関数θ(Δx)を機械角推定式と呼称し、下式(1)によって算出される機械角θを機械角推定値と呼称する場合がある。

θ(Δx)=k[i]×Δx+θres[i] …(1)
For example, the linear function θ(Δx) representing a segment is given by equation (1) below. In equation (1), "i" is the segment number and is an integer from 0 to 47. In the following explanation, the linear function θ(Δx) expressed in equation (1) below may be referred to as the machine angle estimation formula, and the machine angle θ calculated by equation (1) below may be referred to as the machine angle estimate.

θ(Δx)=k[i]×Δx+θres[i]…(1)

上式(1)において、k[i]は、正規化係数と呼ばれる係数である。言い換えれば、k[i]は、i番セグメントの傾きを表す係数である。正規化係数k[i]は、下式(2)で表される。下式(2)において、ΔXnorm[i]は、i番セグメントの始点と終点との間のデジタル値の偏差である。図3において、例えば、0番セクションに対応するセグメントのΔXnorm[i]は、ゼロクロス点P1と交点P2との間のデジタル値の偏差である。同様に、図3において、例えば、1番セクションに対応するセグメントのΔXnorm[i]は、交点P2とゼロクロス点P3との間のデジタル値の偏差である。

k[i]=θnorm[i]/ΔXnorm[i] …(2)
In equation (1) above, k[i] is a coefficient called the normalization coefficient. In other words, k[i] is a coefficient that represents the slope of segment i. The normalization coefficient k[i] is expressed by equation (2) below. In equation (2) below, ΔXnorm[i] is the deviation of the digital value between the start point and the end point of segment i. In Figure 3, for example, ΔXnorm[i] of the segment corresponding to section 0 is the deviation of the digital value between the zero-crossing point P1 and the intersection point P2. Similarly, in Figure 3, for example, ΔXnorm[i] of the segment corresponding to section 1 is the deviation of the digital value between the intersection point P2 and the zero-crossing point P3.

k[i]=θnorm[i]/ΔXnorm[i]...(2)

上式(2)において、θnorm[i]は、i番セグメントの始点と終点との間の機械角の偏差であり、下式(3)で表される。下式(3)において、t[i]はi番セグメントの始点と終点との間の時間であり、t[0]は0番セグメントの始点と終点との間の時間であり、t[47]は、47番セグメントの始点と終点との間の時間である。図3において、例えば、0番セクションに対応するセグメントが0番セグメントである場合、t[0]はゼロクロス点P1と交点P2との間の時間である。

θnorm[i]={t[i]/(t[0]+…+t[47])}×360[degM] …(3)
In equation (2) above, θnorm[i] is the deviation of the machine angle between the start and end points of segment i, and is expressed by equation (3) below. In equation (3) below, t[i] is the time between the start and end points of segment i, t[0] is the time between the start and end points of segment 0, and t[47] is the time between the start and end points of segment 47. In Figure 3, for example, if the segment corresponding to section 0 is segment 0, then t[0] is the time between the zero-crossing point P1 and the intersection point P2.

θnorm[i] = {t[i]/(t[0]+...+t[47])}×360[degM]...(3)

上式(1)において、θres[i]は、i番セグメントの角度リセット値と呼ばれる定数(一次関数θ(Δx)の切片)である。セグメント番号「i」が「0」であるとき、角度リセット値θres[i]は下式(4)で表される。セグメント番号「i」が「1」から「47」のいずれかであるとき、角度リセット値θres[i]は下式(5)で表される。なお、上記のようにθnorm[i]をt[i]から求めるのではなく、機械角真値(例えばロータシャフト110に取り付けられたエンコーダの出力信号によって示される機械角)から求めてもよい。

θres[i]=0[degM] …(4)

θres[i]=Σ(θnorm[i-1]) …(5)
In equation (1) above, θres[i] is a constant called the angle reset value of segment i (the intercept of the linear function θ(Δx)). When segment number "i" is "0", the angle reset value θres[i] is expressed by equation (4) below. When segment number "i" is any of "1" to "47", the angle reset value θres[i] is expressed by equation (5) below. Note that θnorm[i] may be obtained from the true mechanical angle (for example, the mechanical angle indicated by the output signal of an encoder attached to the rotor shaft 110) instead of from t[i] as described above.

θres[i]=0[degM]...(4)

θres[i]=Σ(θnorm[i-1])...(5)

処理部21は、上記のような学習処理を行うことにより、極対番号と、セクション番号と、セグメント番号との対応関係、各セクションの特徴データ、および各セグメントの機械角推定式を取得し、取得したこれらのデータを学習データとして記憶部22に記憶させる。なお、各セクションの特徴データとは、各セクションに含まれるセンサ信号Hu、Hv及びHwのデジタル値の大小関係及び正負の符号などである。また、各セグメントの機械角推定式を構成する正規化係数k[i]及び角度リセット値θres[i]が、学習データとして記憶部22に記憶される。 The processing unit 21 performs the learning process described above to obtain the correspondence between pole pair numbers, section numbers, and segment numbers, characteristic data for each section, and the mechanical angle estimation formula for each segment, and stores this obtained data in the storage unit 22 as learning data. The characteristic data for each section refers to the relative magnitudes and signs of the digital values of the sensor signals Hu, Hv, and Hw included in each section. In addition, the normalization coefficient k[i] and angle reset value θres[i] that constitute the mechanical angle estimation formula for each segment are stored in the storage unit 22 as learning data.

続いて、基本特許方法において処理部21が実行する角度推定処理について説明する。 処理部21は、磁気センサ11、12及び13から出力されるセンサ信号Hu、Hv及びHwを取得する。具体的には、処理部21は、A/D変換器によってU相センサ信号Hu、V相センサ信号Hv及びW相センサ信号Hwのそれぞれを所定のサンプリング周波数でデジタル変換することにより、U相センサ信号Hu、V相センサ信号Hv及びW相センサ信号Hwのデジタル値を取得する。 Next, the angle estimation process performed by the processing unit 21 in the basic patent method will be described. The processing unit 21 acquires the sensor signals Hu, Hv, and Hw output from the magnetic sensors 11, 12, and 13. Specifically, the processing unit 21 acquires the digital values of the U-phase sensor signal Hu, the V-phase sensor signal Hv, and the W-phase sensor signal Hw by digitally converting each of them at a predetermined sampling frequency using an A/D converter.

そして、処理部21は、今回のサンプリングタイミングで得られたセンサ信号Hu、Hv及びHwのデジタル値に基づいて、現在のセクション番号及び極対番号を特定する。例えば図3において、U相センサ信号Huの波形上に位置する点PHuと、V相センサ信号Hvの波形上に位置する点PHvと、W相センサ信号Hwの波形上に位置する点PHwとが、今回のサンプリングタイミングで得られた各センサ信号Hu、Hv及びHwのデジタル値であると仮定する。処理部21は、点PHu、点PHv及び点PHwのデジタル値の大小関係及び正負の符号などの特徴データを、記憶部22に記憶された学習データに含まれる各セクションの特徴データと照合することにより、現在のセクション(セクション番号)を特定する。図3の例では、9番セクションが現在のセクションとして特定される。なお、本明細書では極対番号の特定方法については説明しない。極対番号の特定方法については、特許第6233532号公報を参照されたい。今回のサンプリングタイミングにおける極対番号として、例えば極対番号「2」が特定されたと仮定する。 The processing unit 21 then identifies the current section number and pole pair number based on the digital values of the sensor signals Hu, Hv, and Hw obtained at the current sampling timing. For example, in Figure 3, it is assumed that the point PHu located on the waveform of the U-phase sensor signal Hu, the point PHv located on the waveform of the V-phase sensor signal Hv, and the point PHw located on the waveform of the W-phase sensor signal Hw are the digital values of the respective sensor signals Hu, Hv, and Hw obtained at the current sampling timing. The processing unit 21 identifies the current section (section number) by comparing the characteristic data, such as the magnitude relationship and sign (positive or negative), of the digital values of points PHu, PHv, and PHw with the characteristic data of each section included in the learning data stored in the storage unit 22. In the example in Figure 3, section 9 is identified as the current section. Note that the method for identifying the pole pair number is not described in this specification. For information on how to identify the pole pair number, please refer to Japanese Patent No. 6233532. Let's assume that, for example, pole pair number "2" was identified as the pole pair number at this sampling timing.

そして、処理部21は、特定された現在のセクション番号及び極対番号に基づいて、現在のセグメント番号を特定する。例えば、処理部21は、「セグメント番号=12×極対番号+セクション番号」という式により、現在のセグメント番号を特定する。上記のように、セクション番号「9」が現在のセクション番号として特定され、極対番号「2」が現在の極対番号として特定されたと仮定する。この場合、処理部21は、セグメント番号「33」を現在のセグメント番号として特定する(図2参照)。 Then, the processing unit 21 identifies the current segment number based on the identified current section number and pole pair number. For example, the processing unit 21 identifies the current segment number using the formula "Segment number = 12 × pole pair number + section number". Assuming that section number "9" is identified as the current section number and pole pair number "2" is identified as the current pole pair number, the processing unit 21 identifies segment number "33" as the current segment number (see Figure 2).

処理部21は、記憶部22に記憶された学習データから、特定されたセグメント番号「i」に対応する正規化係数k[i]及び角度リセット値θres[i]を読み出し、上式(1)で表される機械角推定式によって機械角推定値θを算出する。ここで、機械角推定式に代入されるΔxとして、特定されたセグメントに対応するセンサ信号のデジタル値が用いられる。例えば、上記のように、セグメント番号「33」が現在のセグメント番号として特定された場合、処理部21は、記憶部22から正規化係数k[33]及び角度リセット値θres[33]を読み出し、点PHvのデジタル値(図3参照)をΔxとして機械角推定式に代入することにより、今回のサンプリングタイミングにおける機械角推定値θを算出する。 The processing unit 21 reads the normalization coefficient k[i] and angle reset value θres[i] corresponding to the identified segment number "i" from the learning data stored in the storage unit 22, and calculates the estimated mechanical angle θ using the mechanical angle estimation formula shown in equation (1) above. Here, the digital value of the sensor signal corresponding to the identified segment is used as Δx to be substituted into the mechanical angle estimation formula. For example, if segment number "33" is identified as the current segment number as described above, the processing unit 21 reads the normalization coefficient k[33] and angle reset value θres[33] from the storage unit 22, and calculates the estimated mechanical angle θ at the current sampling timing by substituting the digital value of point PHv (see Figure 3) as Δx into the mechanical angle estimation formula.

以上が、本発明の基礎となる基本特許方法における機械角の基本的な推定手順である。 基本特許方法では、機械角の推定精度(機械角推定値θの精度)を向上するために、センサ信号Hu、Hv及びHwの補正処理が行われる。例えば、図2に示すように、各センサ信号Hu、Hv及びHwの振幅値は必ずしも一致しない。また、例えば、図4に示すように、各センサ信号Hu、Hv及びHwには、ノイズ成分である同相信号(直流信号及び第3次高調波信号など)が含まれる場合がある。図4は、ノイズ成分である同相信号を含むセンサ信号Hu、Hv及びHwの波形の一例を示す図である。図4において、縦軸はデジタル値を示し、横軸は電気角を示す。 The above describes the basic procedure for estimating the mechanical angle in the basic patent method that forms the basis of the present invention. In the basic patent method, correction processing is performed on the sensor signals Hu, Hv, and Hw in order to improve the accuracy of the mechanical angle estimation (accuracy of the estimated mechanical angle value θ). For example, as shown in Figure 2, the amplitude values of each sensor signal Hu, Hv, and Hw do not necessarily coincide. Also, for example, as shown in Figure 4, each sensor signal Hu, Hv, and Hw may contain common-mode signals (such as DC signals and third-harmonic signals) which are noise components. Figure 4 is a diagram showing an example of the waveforms of sensor signals Hu, Hv, and Hw that include common-mode signals which are noise components. In Figure 4, the vertical axis shows the digital value and the horizontal axis shows the electrical angle.

そのため、基本特許方法における処理部21は、学習処理及び角度推定処理の実行時にセンサ信号Hu、Hv及びHwのデジタル値を取得すると、まず、下式(6)、(7)及び(8)に基づいて、センサ信号Hu、Hv及びHwから同相信号を除去するための第1の補正処理を実行する。

Hiu0=Hu-(Hv+Hw)/2 …(6)

Hiv0=Hv-(Hu+Hw)/2 …(7)

Hiw0=Hw-(Hu+Hv)/2 …(8)
Therefore, when the processing unit 21 in the basic patent method acquires digital values of the sensor signals Hu, Hv, and Hw during the execution of the learning process and the angle estimation process, it first performs a first correction process to remove common-mode signals from the sensor signals Hu, Hv, and Hw based on the following equations (6), (7), and (8).

Hiu0=Hu-(Hv+Hw)/2...(6)

Hiv0=Hv-(Hu+Hw)/2...(7)

Hiw0=Hw-(Hu+Hv)/2...(8)

式(6)において、Hiu0は、U相センサ信号Huに対して第1の補正処理を行うことにより得られたU相センサ信号のデジタル値である。式(7)において、Hiv0は、V相センサ信号Hvに対して第1の補正処理を行うことにより得られたV相センサ信号のデジタル値である。式(8)において、Hiw0は、W相センサ信号Hwに対して第1の補正処理を行うことにより得られたW相センサ信号のデジタル値である。図5は、第1の補正処理の実行後に得られたセンサ信号Hiu0、Hiv0及びHiw0の波形の一例を示す図である。図5において、縦軸はデジタル値を示し、横軸は電気角を示す。 In equation (6), Hiu0 is the digital value of the U-phase sensor signal obtained by performing a first correction process on the U-phase sensor signal Hu. In equation (7), Hiv0 is the digital value of the V-phase sensor signal obtained by performing a first correction process on the V-phase sensor signal Hv. In equation (8), Hiw0 is the digital value of the W-phase sensor signal obtained by performing a first correction process on the W-phase sensor signal Hw. Figure 5 shows an example of the waveforms of the sensor signals Hiu0, Hiv0, and Hiw0 obtained after performing the first correction process. In Figure 5, the vertical axis represents the digital value and the horizontal axis represents the electrical angle.

第1の補正処理を実行した後、基本特許方法における処理部21は、下式(9)から下式(14)に基づいて、センサ信号Hiu0、Hiv0及びHiw0に対して振幅値を一致させるための第2の補正処理を実行する。

Hiu1(ppn)=au_max(ppn)×Hiu0(ppn)+bu …(9)

Hiu1(ppn)=au_min(ppn)×Hiu0(ppn)+bu …(10)

Hiv1(ppn)=av_max(ppn)×Hiv0(ppn)+bv …(11)

Hiv1(ppn)=av_min(ppn)×Hiv0(ppn)+bv …(12)

Hiw1(ppn)=aw_max(ppn)×Hiw0(ppn)+bw …(13)

Hiw1(ppn)=aw_min(ppn)×Hiw0(ppn)+bw …(14)
After performing the first correction process, the processing unit 21 in the basic patent method performs a second correction process to match the amplitude values of the sensor signals Hiu0, Hiv0, and Hiw0 based on the following equations (9) to (14).

Hiu1(ppn)=au_max(ppn)×Hiu0(ppn)+bu...(9)

Hiu1(ppn)=au_min(ppn)×Hiu0(ppn)+bu...(10)

Hiv1(ppn)=av_max(ppn)×Hiv0(ppn)+bv…(11)

Hiv1(ppn)=av_min(ppn)×Hiv0(ppn)+bv…(12)

Hiw1(ppn)=aw_max(ppn)×Hiw0(ppn)+bw…(13)

Hiw1(ppn)=aw_min(ppn)×Hiw0(ppn)+bw…(14)

処理部21は、U相センサ信号Hiu0の正側のデジタル値に対して、記憶部22に記憶されている情報を用いて上式(9)によって第2の補正処理を行う。また、処理部21は、U相センサ信号Hiu0の負側のデジタル値に対して、記憶部22に記憶されている情報を用いて上式(10)によって第2の補正処理を行う。 処理部21は、V相センサ信号Hiv0の正側のデジタル値に対して、記憶部22に記憶されている情報を用いて上式(11)によって第2の補正処理を行う。また、処理部21は、V相センサ信号Hiv0の負側のデジタル値に対して、記憶部22に記憶されている情報を用いて上式(12)によって第2の補正処理を行う。 処理部21は、W相センサ信号Hiw0の正側のデジタル値に対して、記憶部22に記憶されている情報を用いて上式(13)によって第2の補正処理を行う。また、処理部21は、W相センサ信号Hiw0の負側のデジタル値に対して、記憶部22に記憶されている情報を用いて上式(14)によって第2の補正処理を行う。 The processing unit 21 performs a second correction process on the positive digital value of the U-phase sensor signal Hiu0 using the information stored in the storage unit 22 according to equation (9) above. The processing unit 21 also performs a second correction process on the negative digital value of the U-phase sensor signal Hiu0 using the information stored in the storage unit 22 according to equation (10) above. The processing unit 21 performs a second correction process on the positive digital value of the V-phase sensor signal Hiv0 using the information stored in the storage unit 22 according to equation (11) above. The processing unit 21 also performs a second correction process on the negative digital value of the V-phase sensor signal Hiv0 using the information stored in the storage unit 22 according to equation (12) above. The processing unit 21 also performs a second correction process on the positive digital value of the W-phase sensor signal Hiw0 using the information stored in the storage unit 22 according to equation (13) above. Furthermore, the processing unit 21 performs a second correction process on the negative digital value of the W-phase sensor signal Hiw0 using the information stored in the storage unit 22 according to the above equation (14).

式(9)および式(10)において、Hiu1は、U相センサ信号Hiu0に対して第2の補正処理を行うことにより得られたU相センサ信号のデジタル値である。式(11)および式(12)において、Hiv1は、V相センサ信号Hiv0に対して第2の補正処理を行うことにより得られたV相センサ信号のデジタル値である。式(13)および式(14)において、Hiw1は、W相センサ信号Hiw0に対して第2の補正処理を行うことにより得られたW相センサ信号のデジタル値である。図6は、第2の補正処理の実行後に得られたセンサ信号Hiu1、Hiv1及びHiw1の波形の一例を示す図である。図6において、縦軸はデジタル値を示し、横軸は電気角を示す。 In equations (9) and (10), Hiu1 is the digital value of the U-phase sensor signal obtained by performing a second correction process on the U-phase sensor signal Hiu0. In equations (11) and (12), Hiv1 is the digital value of the V-phase sensor signal obtained by performing a second correction process on the V-phase sensor signal Hiv0. In equations (13) and (14), Hiw1 is the digital value of the W-phase sensor signal obtained by performing a second correction process on the W-phase sensor signal Hiw0. Figure 6 shows an example of the waveforms of the sensor signals Hiu1, Hiv1 and Hiw1 obtained after performing the second correction process. In Figure 6, the vertical axis represents the digital value and the horizontal axis represents the electrical angle.

また、式(9)から式(14)において、ppnは、0~3までの極対番号である。式(9)、式(11)、および式(13)において、au_max(ppn)、av_max(ppn)、およびaw_max(ppn)のそれぞれは、記憶部22に予め記憶されている各磁極対に対応する電気角1周期分の正側のデジタル値に対する正側ゲイン補正値である。式(10)、式(12)、および式(14)において、au_min(ppn)、av_min(ppn)、およびaw_min(ppn)のそれぞれは、記憶部22に予め記憶されている各磁極対に対応する電気角1周期分の負側のデジタル値に対する負側ゲイン補正値である。式(9)から式(14)において、bu、bv、およびbwそれぞれは、記憶部22に記憶されている各相のオフセット補正値である。なお、au_max(ppn)、av_max(ppn)、aw_max(ppn)、au_min(ppn)、av_min(ppn)、およびaw_min(ppn)それぞれは、極対毎の補正値である。このため、正側ゲイン補正値の個数は、12個(=3相×4極対数)である。同様に、負側ゲイン補正値の個数は、12個である。 Furthermore, in equations (9) to (14), ppn is the pole pair number from 0 to 3. In equations (9), (11), and (13), au_max(ppn), av_max(ppn), and aw_max(ppn) are each positive-side gain correction values for the positive-side digital value for one period of electrical angle corresponding to each magnetic pole pair, which are pre-stored in the memory unit 22. In equations (10), (12), and (14), au_min(ppn), av_min(ppn), and aw_min(ppn) are each negative-side gain correction values for the negative-side digital value for one period of electrical angle corresponding to each magnetic pole pair, which are pre-stored in the memory unit 22. In equations (9) to (14), bu, bv, and bw are each the offset correction values for each phase, which are stored in the memory unit 22. Note that au_max(ppn), av_max(ppn), aw_max(ppn), au_min(ppn), av_min(ppn), and aw_min(ppn) are correction values for each pole pair. Therefore, the number of positive-side gain correction values is 12 (= 3 phases × 4 pole pairs). Similarly, the number of negative-side gain correction values is 12.

第2の補正処理を実行した後、基本特許方法における処理部21は、センサ信号Hiu1、Hiv1及びHiw1に対して、各セグメントに対応するセンサ信号の一部(分割信号)を直線化するための第3の補正処理を実行する。図3において、例えば0番セクションに対応するセグメントが0番セグメントである場合、その0番セグメントに対応する分割信号とは、U相センサ信号Huのうち、ゼロクロス点P1と交点P2とを結ぶ部分の信号である。同様に、図3において、例えば1番セクションに対応するセグメントが1番セグメントである場合、その1番セグメントに対応する分割信号とは、W相センサ信号Hwのうち、交点P2とゼロクロス点P3とを結ぶ部分の信号である。 After performing the second correction process, the processing unit 21 in the basic patent method performs a third correction process on the sensor signals Hiu1, Hiv1, and Hiw1 to linearize a portion of the sensor signal (divided signal) corresponding to each segment. In Figure 3, for example, if the segment corresponding to section 0 is segment 0, the divided signal corresponding to segment 0 is the signal of the portion of the U-phase sensor signal Hu that connects the zero-crossing point P1 and the intersection point P2. Similarly, in Figure 3, for example, if the segment corresponding to section 1 is segment 1, the divided signal corresponding to segment 1 is the signal of the portion of the W-phase sensor signal Hw that connects the intersection point P2 and the zero-crossing point P3.

処理部21は、センサ信号Hiu1、Hiv1及びHiw1に対して、記憶部22に予め記憶されている値を係数として用いることで、各センサ信号のスケールを変更する第3の補正処理を行う。第3の補正処理を行うことで、各セグメントに対応する分割信号の略S字状の形状を直線化することができる。ここで、記憶部22に記憶されている値とは予め設計された値である。この第3の補正処理は、予め設計された値を用いて、二次関数、三次関数、或いは三角関数等の補正式により計算処理を行う。 The processing unit 21 performs a third correction process on the sensor signals Hiu1, Hiv1, and Hiw1, changing the scale of each sensor signal by using values pre-stored in the storage unit 22 as coefficients. By performing this third correction process, the roughly S-shaped form of the segmented signal corresponding to each segment can be straightened. Here, the values stored in the storage unit 22 are pre-designed values. This third correction process is performed using the pre-designed values and calculations are carried out using correction formulas such as quadratic functions, cubic functions, or trigonometric functions.

一例として、処理部21は、下式(15)から下式(17)に基づいて、センサ信号Hiu1、Hiv1及びHiw1に対して第3の補正処理を実行する。下式(15)から下式(17)において、a及びbは、記憶部22に予め記憶された係数である。

Hiu2=b×tan(a×Hiu1) …(15)

Hiv2=b×tan(a×Hiv1) …(16)

Hiw2=b×tan(a×Hiw1) …(17)
As an example, the processing unit 21 performs a third correction process on the sensor signals Hiu1, Hiv1, and Hiw1 based on the following equations (15) to (17). In the following equations (15) to (17), a and b are coefficients pre-stored in the storage unit 22.

Hiu2=b×tan(a×Hiu1)…(15)

Hiv2=b×tan(a×Hiv1)…(16)

Hiw2=b×tan(a×Hiw1)…(17)

式(15)において、Hiu2は、U相センサ信号Hiu1に対して第3の補正処理を行うことにより得られたU相センサ信号のデジタル値である。式(16)において、Hiv2は、V相センサ信号Hiv1に対して第3の補正処理を行うことにより得られたV相センサ信号のデジタル値である。式(17)において、Hiw2は、W相センサ信号Hiw1に対して第3の補正処理を行うことにより得られたW相センサ信号のデジタル値である。図7は、第3の補正処理の実行後に得られたセンサ信号Hiu2、Hiv2及びHiw2の波形の一例を示す図である。図7において、縦軸はデジタル値を示し、横軸は電気角を示す。 In equation (15), Hiu2 is the digital value of the U-phase sensor signal obtained by performing a third correction process on the U-phase sensor signal Hiu1. In equation (16), Hiv2 is the digital value of the V-phase sensor signal obtained by performing a third correction process on the V-phase sensor signal Hiv1. In equation (17), Hiw2 is the digital value of the W-phase sensor signal obtained by performing a third correction process on the W-phase sensor signal Hiw1. Figure 7 shows an example of the waveforms of the sensor signals Hiu2, Hiv2, and Hiw2 obtained after performing the third correction process. In Figure 7, the vertical axis represents the digital value and the horizontal axis represents the electrical angle.

以上のように、基本特許方法では、第1の補正処理によって、センサ信号Hu、HvおよびHwに含まれる同相ノイズを低減することができる。また、基本特許方法では、第2の補正処理によって、各センサ信号の相互ばらつきを補正することができる。ここで、相互ばらつきとは、例えば、各センサ信号の振幅値及びオフセット成分のばらつき等である。さらに、基本特許方法では、第3の補正処理によって、各センサ信号の波形の曲線部分を直線化することができる。特に、第2の補正処理を行うことでセグメントに対応するセンサ信号の一部(分割信号)の長さが均一化されるため、第3の補正処理において、すべての分割信号に一律の計算処理を適用しやすい。したがって、第2の補正処理は、第3の補正処理の前に行うことにより、より波形の曲線部分を直線化することができる。 その結果、基本特許方法では、上式(1)に基づく機械角推定値θの演算に必要な信号部分(分割信号)がより直線化し、機械角推定値θと機械角真値(例えばロータシャフト110に取り付けられたエンコーダの出力信号によって示される機械角)との差を小さくすることができるので、高精度な機械角推定を行うことができる。 As described above, the basic patent method can reduce common-mode noise contained in the sensor signals Hu, Hv, and Hw through the first correction process. Furthermore, the basic patent method can correct the mutual variations of each sensor signal through the second correction process. Here, mutual variations refer to, for example, variations in the amplitude value and offset component of each sensor signal. Moreover, the basic patent method can straighten the curved portion of the waveform of each sensor signal through the third correction process. In particular, since the length of a portion of the sensor signal corresponding to a segment (divided signal) is made uniform by performing the second correction process, it is easier to apply a uniform calculation process to all divided signals in the third correction process. Therefore, by performing the second correction process before the third correction process, the curved portion of the waveform can be straightened more effectively. As a result, in the basic patent method, the signal portion (divided signal) required for calculating the estimated mechanical angle θ based on equation (1) above is more linearized, and the difference between the estimated mechanical angle θ and the true mechanical angle (for example, the mechanical angle indicated by the output signal of an encoder attached to the rotor shaft 110) can be reduced, thus enabling highly accurate mechanical angle estimation.

上記のように、基本特許方法では、第1の補正処理によって、各センサ信号Hu、HvおよびHwに含まれる同相ノイズを低減することができる。しかしながら、第1の補正処理後に得られるセンサ信号Hiu0、Hiv0及びHiw0は、互いに電気角で120度の位相差を有することが理想的であるが、上式(6)、(7)及び(8)を用いて同相ノイズを低減するため、センサ信号Hiu0、Hiv0及びHiw0の位相差を正確に120度にすることができない場合がある。また、基本特許方法では、第3の補正処理によって、各センサ信号の波形の曲線部分を直線化することができる。しかしながら、第3の補正処理では、テーブルデータを使って上式(15)、(16)及び(17)で表される演算を行うが、全ての曲線部分(分割信号)に対して同一のテーブルデータを使うため、分割信号の位置によっては誤差が生じる場合がある。 As described above, in the basic patent method, the common-mode noise contained in each sensor signal Hu, Hv, and Hw can be reduced by the first correction process. However, although it is ideal for the sensor signals Hiu0, Hiv0, and Hiw0 obtained after the first correction process to have a phase difference of 120 degrees in electrical angle, it may not be possible to make the phase difference of the sensor signals Hiu0, Hiv0, and Hiw0 exactly 120 degrees because the common-mode noise is reduced using equations (6), (7), and (8) above. Furthermore, in the basic patent method, the curved portion of the waveform of each sensor signal can be straightened by the third correction process. However, in the third correction process, calculations expressed by equations (15), (16), and (17) above are performed using table data, but since the same table data is used for all curved portions (divided signals), errors may occur depending on the position of the divided signal.

本発明は、上記の基本特許方法と比較して、機械角推定値θと機械角真値との間の角度誤差をより低減でき、もって回転軸の機械角検出精度の向上を実現することを目的とする。 The present invention aims to further reduce the angular error between the estimated mechanical angle θ and the true mechanical angle compared to the basic patent method described above, thereby improving the accuracy of detecting the mechanical angle of a rotating shaft.

以下、上記の技術課題を解決するために、本実施形態における三相信号生成装置1の処理部21が実行する三相信号生成処理について説明する。 The following describes the three-phase signal generation process performed by the processing unit 21 of the three-phase signal generation device 1 in this embodiment in order to solve the above technical problems.

図8は、本実施形態における三相信号生成装置1の処理部21が実行する三相信号生成処理を示すフローチャートである。処理部21は、上述した基本特許方法の学習処理を実行する前に、図8に示す三相信号生成処理を実行する。より具体的には、処理部21は、第1の補正処理及び第2の補正処理を実行せずに、第3の補正処理を実行する前に三相信号生成処理を実行する。 Figure 8 is a flowchart showing the three-phase signal generation process performed by the processing unit 21 of the three-phase signal generation device 1 in this embodiment. The processing unit 21 performs the three-phase signal generation process shown in Figure 8 before performing the learning process of the basic patent method described above. More specifically, the processing unit 21 performs the three-phase signal generation process before performing the third correction process, without performing the first correction process and the second correction process.

図8に示すように、処理部21は、ロータシャフト110とともにセンサマグネット120を回転させた状態で、各磁気センサ11、12及び13から出力される各センサ信号Hu、Hv及びHwの瞬時値(デジタル値)を取得する(ステップS1)。このステップS1は第1ステップに相当し、ステップS1で実行される処理は第1処理に相当する。以下では、U相センサ信号Huの瞬時値をHu0(t)で表し、V相センサ信号Hvの瞬時値をHv0(t)で表し、W相センサ信号Hwの瞬時値をHw0(t)で表す。 As shown in Figure 8, the processing unit 21 rotates the sensor magnet 120 together with the rotor shaft 110 and acquires the instantaneous values (digital values) of the sensor signals Hu, Hv, and Hw output from each magnetic sensor 11, 12, and 13 (step S1). This step S1 corresponds to the first step, and the processing performed in step S1 corresponds to the first processing. Hereafter, the instantaneous value of the U-phase sensor signal Hu is represented by Hu0(t), the instantaneous value of the V-phase sensor signal Hv is represented by Hv0(t), and the instantaneous value of the W-phase sensor signal Hw is represented by Hw0(t).

続いて、処理部21は、U相センサ信号Huの瞬時値Hu0(t)、V相センサ信号Hvの瞬時値Hv0(t)、及びW相センサ信号Hwの瞬時値Hw0(t)に基づいて、U相センサ信号Huの複素ベクトルであるU相複素ベクトル(第1複素ベクトル)と、V相センサ信号Hvの複素ベクトルであるV相複素ベクトル(第2複素ベクトル)と、W相センサ信号Hwの複素ベクトルであるW相複素ベクトル(第3複素ベクトル)とを算出する(ステップS2)。このステップS2は第2ステップに相当し、ステップS2で実行される処理は第2処理に相当する。以下では、U相複素ベクトルをHu1(t)で表し、V相複素ベクトルをHv1(t)で表し、W相複素ベクトルをHw1(t)で表す。 Next, the processing unit 21 calculates the U-phase complex vector (first complex vector), which is the complex vector of the U-phase sensor signal Hu, the V-phase complex vector (second complex vector), which is the complex vector of the V-phase sensor signal Hv, and the W-phase complex vector (third complex vector), which is the complex vector of the W-phase sensor signal Hw, based on the instantaneous value Hu0(t) of the U-phase sensor signal Hu, the instantaneous value Hv0(t) of the V-phase sensor signal Hv, and the instantaneous value Hw0(t) of the W-phase sensor signal Hw (step S2). This step S2 corresponds to the second step, and the processing performed in step S2 corresponds to the second processing. Hereafter, the U-phase complex vector will be represented by Hu1(t), the V-phase complex vector by Hv1(t), and the W-phase complex vector by Hw1(t).

図9は、U相センサ信号Huの瞬時値Hu0(t)と、V相センサ信号Hvの瞬時値Hv0(t)と、W相センサ信号Hwの瞬時値Hw0(t)と、U相複素ベクトルHu1(t)と、V相複素ベクトルHv1(t)と、W相複素ベクトルHw1(t)とを、複素数平面におけるベクトルとして表した図である。図9において、横軸は実数軸であり、縦軸は虚数軸である。U相複素ベクトルHu1(t)、V相複素ベクトルHv1(t)、及びW相複素ベクトルHw1(t)は、複素数平面上において矢印の方向に角速度ω(t)で回転するベクトルである。U相センサ信号Huの瞬時値Hu0(t)と、V相センサ信号Hvの瞬時値Hv0(t)と、W相センサ信号Hwの瞬時値Hw0(t)とは、実数軸上で絶対値(ノルム)と符号(ベクトルの向き)とが変化するベクトルである。 Figure 9 shows the instantaneous values Hu0(t) of the U-phase sensor signal Hu, Hv0(t) of the V-phase sensor signal Hv, Hw0(t) of the W-phase sensor signal Hw, and the U-phase complex vectors Hu1(t), Hv1(t), and Hw1(t) of the V-phase and W-phase complex vectors as vectors in the complex plane. In Figure 9, the horizontal axis is the real axis and the vertical axis is the imaginary axis. The U-phase complex vector Hu1(t), V-phase complex vector Hv1(t), and W-phase complex vector Hw1(t) are vectors that rotate in the direction of the arrows with angular velocity ω(t) in the complex plane. The instantaneous value Hu0(t) of the U-phase sensor signal Hu, the instantaneous value Hv0(t) of the V-phase sensor signal Hv, and the instantaneous value Hw0(t) of the W-phase sensor signal Hw are vectors whose absolute value (norm) and sign (direction of the vector) change on the real axis.

図9では図示を省略しているが、U相センサ信号Huの瞬時値Hu0(t)と、V相センサ信号Hvの瞬時値Hv0(t)と、W相センサ信号Hwの瞬時値Hw0(t)とのそれぞれは、基本波信号と同相信号との合成ベクトルで表される。同相信号は、直流信号および第3次高調波信号などを含むノイズ信号である。 Although not shown in Figure 9, the instantaneous values Hu0(t) of the U-phase sensor signal Hu, Hv0(t) of the V-phase sensor signal Hv, and Hw0(t) of the W-phase sensor signal Hw are each represented by a composite vector of the fundamental wave signal and the in-phase signal. The in-phase signal is a noise signal that includes DC signals and third-harmonic signals.

U相複素ベクトルHu1(t)は、行列Aを用いて下記演算式(18)で表される。 The U-phase complex vector Hu1(t) can be expressed using matrix A by the following equation (18).

V相複素ベクトルHv1(t)は、行列Aを用いて下記演算式(19)で表される。 The V-phase complex vector Hv1(t) can be expressed using matrix A by the following formula (19).

W相複素ベクトルHw1(t)は、行列Aを用いて下記演算式(20)で表される。 The W-phase complex vector Hw1(t) can be expressed using matrix A by the following equation (20).

行列Aは、下記演算式(21)で表される。 Matrix A is represented by the following equation (21).

すなわち、処理部21は、ステップS2において、下記演算式(22)、(23)及び(24)に基づいて、U相複素ベクトルHu1(t)、V相複素ベクトルHv1(t)、及びW相複素ベクトルHw1(t)を算出する。 In other words, in step S2, the processing unit 21 calculates the U-phase complex vector Hu1(t), the V-phase complex vector Hv1(t), and the W-phase complex vector Hw1(t) based on the following calculation formulas (22), (23), and (24).

続いて、処理部21は、図10に示すように、複素数平面において、U相複素ベクトルHu1(t)の頂点とW相複素ベクトルHw1(t)の頂点とを結ぶ直線を一辺として有する三角形31の重心を第1重心Hu2(t)として算出する(ステップS3)。このステップS3は第3ステップに相当し、ステップS3で実行される処理は第3処理に相当する。なお、U相複素ベクトルHu1(t)の頂点とW相複素ベクトルHw1(t)の頂点とを結ぶ直線を一辺として有する三角形31は、正三角形でもよいし、二等辺三角形でもよい。 Next, as shown in Figure 10, the processing unit 21 calculates the centroid of a triangle 31 in the complex plane, which has a line connecting the vertex of the U-phase complex vector Hu1(t) and the vertex of the W-phase complex vector Hw1(t) as one of its sides, as the first centroid Hu2(t) (step S3). This step S3 corresponds to the third step, and the processing performed in step S3 corresponds to the third processing. Note that the triangle 31, which has a line connecting the vertex of the U-phase complex vector Hu1(t) and the vertex of the W-phase complex vector Hw1(t) as one of its sides, may be an equilateral triangle or an isosceles triangle.

また、処理部21は、図10に示すように、複素数平面において、U相複素ベクトルHu1(t)の頂点とV相複素ベクトルHv1(t)の頂点とを結ぶ直線を一辺として有する三角形32の重心を第2重心Hv2(t)として算出する(ステップS4)。このステップS4は第4ステップに相当し、ステップS4で実行される処理は第4処理に相当する。なお、U相複素ベクトルHu1(t)の頂点とV相複素ベクトルHv1(t)の頂点とを結ぶ直線を一辺として有する三角形32は、正三角形でもよいし、二等辺三角形でもよい。 Furthermore, as shown in Figure 10, the processing unit 21 calculates the centroid of a triangle 32 in the complex plane, which has a line connecting the vertex of the U-phase complex vector Hu1(t) and the vertex of the V-phase complex vector Hv1(t) as one of its sides, as the second centroid Hv2(t) (step S4). This step S4 corresponds to the fourth step, and the processing performed in step S4 corresponds to the fourth processing. Note that the triangle 32, which has a line connecting the vertex of the U-phase complex vector Hu1(t) and the vertex of the V-phase complex vector Hv1(t) as one of its sides, may be an equilateral triangle or an isosceles triangle.

さらに、処理部21は、図10に示すように、V相複素ベクトルHv1(t)の頂点とW相複素ベクトルHw1(t)の頂点とを結ぶ直線を一辺として有する三角形33の重心を第3重心Hw2(t)として算出する(ステップS5)。このステップS5は第5ステップに相当し、ステップS5で実行される処理は第5処理に相当する。なお、V相複素ベクトルHv1(t)の頂点とW相複素ベクトルHw1(t)の頂点とを結ぶ直線を一辺として有する三角形33は、正三角形でもよいし、二等辺三角形でもよい。 Furthermore, as shown in Figure 10, the processing unit 21 calculates the centroid of the triangle 33 having a straight line connecting the vertex of the V-phase complex vector Hv1(t) and the vertex of the W-phase complex vector Hw1(t) as one of its sides, and defines the third centroid Hw2(t) as the third centroid (step S5). This step S5 corresponds to the fifth step, and the processing performed in step S5 corresponds to the fifth processing. Note that the triangle 33 having a straight line connecting the vertex of the V-phase complex vector Hv1(t) and the vertex of the W-phase complex vector Hw1(t) as one of its sides may be an equilateral triangle or an isosceles triangle.

具体的には、処理部21は、第3ステップにおいて下記演算式(25)及び(28)に基づいて第1重心Hu2(t)を算出し、第4ステップにおいて下記演算式(26)及び(29)に基づいて第2重心Hv2(t)を算出し、第5ステップにおいて下記演算式(27)及び(30)に基づいて第3重心Hw2(t)を算出する。 Specifically, in the third step, the processing unit 21 calculates the first centroid Hu2(t) based on the following calculation formulas (25) and (28), in the fourth step, the second centroid Hv2(t) based on the following calculation formulas (26) and (29), and in the fifth step, the third centroid Hw2(t) based on the following calculation formulas (27) and (30).

続いて、処理部21は、第1重心Hu2(t)、第2重心Hv2(t)及び第3重心Hw2(t)を頂点として有する三角形の重心G’(t)を算出する(ステップS6)。このステップS6は第6ステップに相当し、ステップS6で実行される処理は第6処理に相当する。図10に示すように、第1重心Hu2(t)、第2重心Hv2(t)及び第3重心Hw2(t)を頂点として有する三角形の重心G’(t)は、複素数平面の原点P0と異なる。具体的には、処理部21は、ステップS6において、下記演算式(31)に基づいて、第1重心Hu2(t)、第2重心Hv2(t)及び第3重心Hw2(t)を頂点として有する三角形の重心G’(t)を算出する。 Next, the processing unit 21 calculates the centroid G'(t) of the triangle having the first centroid Hu2(t), the second centroid Hv2(t), and the third centroid Hw2(t) as vertices (step S6). This step S6 corresponds to the sixth step, and the processing performed in step S6 corresponds to the sixth processing. As shown in Figure 10, the centroid G'(t) of the triangle having the first centroid Hu2(t), the second centroid Hv2(t), and the third centroid Hw2(t) as vertices is different from the origin P0 of the complex plane. Specifically, in step S6, the processing unit 21 calculates the centroid G'(t) of the triangle having the first centroid Hu2(t), the second centroid Hv2(t), and the third centroid Hw2(t) as vertices based on the following calculation formula (31).

そして、処理部21は、図11に示すように、重心G’(t)を複素数平面の原点P0に変換することにより、U相複素ベクトルHu1(t)、V相複素ベクトルHv1(t)及びW相複素ベクトルHw1(t)を補正する(ステップS7)。このステップS7は第7ステップに相当し、ステップS7で実行される処理は第7処理に相当する。具体的には、処理部21は、ステップS7において下記演算式(32)から(34)に基づいて、U相複素ベクトルHu1(t)、V相複素ベクトルHv1(t)及びW相複素ベクトルHw1(t)を補正する。図11と、下記演算式(32)から(34)において
、Hu3(t)は補正後のU相複素ベクトル、Hv3(t)は補正後のV相複素ベクトル、Hw3(t)は補正後のW相複素ベクトルを表す。
Then, as shown in Figure 11, the processing unit 21 corrects the U-phase complex vector Hu1(t), V-phase complex vector Hv1(t), and W-phase complex vector Hw1(t) by converting the centroid G'(t) to the origin P0 of the complex plane (step S7). This step S7 corresponds to the seventh step, and the processing performed in step S7 corresponds to the seventh processing. Specifically, in step S7, the processing unit 21 corrects the U-phase complex vector Hu1(t), V-phase complex vector Hv1(t), and W-phase complex vector Hw1(t) based on the following calculation formulas (32) to (34). In Figure 11 and the following calculation formulas (32) to (34), Hu3(t) represents the corrected U-phase complex vector, Hv3(t) represents the corrected V-phase complex vector, and Hw3(t) represents the corrected W-phase complex vector.

図12において、上段のグラフは、U相センサ信号Huの瞬時値Hu0(t)と、V相センサ信号Hvの瞬時値Hv0(t)と、W相センサ信号Hwの瞬時値Hw0(t)との電気角一周期分の波形の一例を示す。図12において、中段のグラフは、U相複素ベクトルHu1(t)の実数部と、V相複素ベクトルHv1(t)の実数部と、W相複素ベクトルHw1(t)の実数部との電気角一周期分の波形の一例を示す。図12において、下段のグラフは、U相複素ベクトルHu1(t)の虚数部と、V相複素ベクトルHv1(t)の虚数部と、W相複素ベクトルHw1(t)の虚数部との電気角一周期分の波形の一例を示す。 In Figure 12, the upper graph shows an example of the waveforms for one electrical angle period of the instantaneous value Hu0(t) of the U-phase sensor signal Hu, the instantaneous value Hv0(t) of the V-phase sensor signal Hv, and the instantaneous value Hw0(t) of the W-phase sensor signal Hw. In Figure 12, the middle graph shows an example of the waveforms for one electrical angle period of the real part of the U-phase complex vector Hu1(t), the real part of the V-phase complex vector Hv1(t), and the real part of the W-phase complex vector Hw1(t). In Figure 12, the lower graph shows an example of the waveforms for one electrical angle period of the imaginary part of the U-phase complex vector Hu1(t), the imaginary part of the V-phase complex vector Hv1(t), and the imaginary part of the W-phase complex vector Hw1(t).

図13において、上段のグラフは、ステップS7の補正処理の実行後に得られるU相複素ベクトルHu3(t)、V相複素ベクトルHv3(t)、及びW相複素ベクトルHw3(t)のそれぞれのノルムを示す。図13において、中段のグラフは、ステップS7の補正処理の実行後に得られるU相複素ベクトルHu3(t)、V相複素ベクトルHv3(t)、及びW相複素ベクトルHw3(t)のそれぞれの偏角を示す。図13において、下段のグラフは、U相複素ベクトルHu3(t)とV相複素ベクトルHv3(t)との位相差θuvと、V相複素ベクトルHv3(t)とW相複素ベクトルHw3(t)との位相差θvwと、W相複素ベクトルHw3(t)とU相複素ベクトルHu3(t)との位相差θwuとを示す。 In Figure 13, the upper graph shows the norms of the U-phase complex vector Hu3(t), V-phase complex vector Hv3(t), and W-phase complex vector Hw3(t) obtained after the correction process in step S7. In Figure 13, the middle graph shows the angles of the U-phase complex vector Hu3(t), V-phase complex vector Hv3(t), and W-phase complex vector Hw3(t) obtained after the correction process in step S7. In Figure 13, the lower graph shows the phase difference θuv between the U-phase complex vector Hu3(t) and the V-phase complex vector Hv3(t), the phase difference θvw between the V-phase complex vector Hv3(t) and the W-phase complex vector Hw3(t), and the phase difference θwu between the W-phase complex vector Hw3(t) and the U-phase complex vector Hu3(t).

図13に示すように、U相複素ベクトルHu3(t)、V相複素ベクトルHv3(t)、及びW相複素ベクトルHw3(t)のそれぞれのノルムは一致する。また、U相複素ベクトルHu3(t)とV相複素ベクトルHv3(t)との位相差θuvと、V相複素ベクトルHv3(t)とW相複素ベクトルHw3(t)との位相差θvwと、W相複素ベクトルHw3(t)とU相複素ベクトルHu3(t)との位相差θwuとは、それぞれ電気角で120度である。 As shown in Figure 13, the norms of the U-phase complex vector Hu3(t), V-phase complex vector Hv3(t), and W-phase complex vector Hw3(t) are all the same. Furthermore, the phase difference θuv between the U-phase complex vector Hu3(t) and the V-phase complex vector Hv3(t), the phase difference θvw between the V-phase complex vector Hv3(t) and the W-phase complex vector Hw3(t), and the phase difference θwu between the W-phase complex vector Hw3(t) and the U-phase complex vector Hu3(t) are all 120 degrees in electrical angle.

このように、三相信号生成処理を実行することにより、ノルムが同一で且つ互いに電気角で120度の位相差を有する三相信号(U相複素ベクトルHu3(t)、V相複素ベクトルHv3(t)、及びW相複素ベクトルHw3(t))を得ることができる。また、U相複素ベクトルHu3(t)、V相複素ベクトルHv3(t)、及びW相複素ベクトルHw3(t)は、同相信号が除去された信号であるとともに、振幅値及びオフセット成分のばらつき等の相互ばらつきが補正された信号である。すなわち、三相信号生成処理を実行することにより、第1の補正処理及び第2の補正処理と同等の補正処理を行うことができるとともに、正確に120度の位相差を有する三相信号を得ることができる。 In this way, by performing the three-phase signal generation process, it is possible to obtain three-phase signals (U-phase complex vector Hu3(t), V-phase complex vector Hv3(t), and W-phase complex vector Hw3(t)) that have the same norm and a phase difference of 120 degrees in electrical angle from each other. Furthermore, the U-phase complex vector Hu3(t), V-phase complex vector Hv3(t), and W-phase complex vector Hw3(t) are signals from which in-phase signals have been removed, and signals from which mutual variations such as variations in amplitude values and offset components have been corrected. In other words, by performing the three-phase signal generation process, it is possible to perform correction processing equivalent to the first and second correction processes, and to obtain three-phase signals with a precise phase difference of 120 degrees.

処理部21は、上記の三相信号生成処理を実行することによって、U相複素ベクトルHu3(t)、V相複素ベクトルHv3(t)、及びW相複素ベクトルHw3(t)を得た後、これらの正確に120度の位相差を有する三相信号に対して第3の補正処理を実行する。この場合、三相信号に含まれる全ての曲線部分(分割信号)に対して同一のテーブルデータを使って第3の補正処理を行ったとしても、分割信号の位置によって生じる誤差を低減することができる。 The processing unit 21 performs the above-described three-phase signal generation process to obtain the U-phase complex vector Hu3(t), the V-phase complex vector Hv3(t), and the W-phase complex vector Hw3(t). After that, it performs a third correction process on these three-phase signals, which have a phase difference of exactly 120 degrees. In this case, even if the third correction process is performed on all curve portions (divided signals) included in the three-phase signal using the same table data, it is possible to reduce errors caused by the position of the divided signals.

処理部21は、U相複素ベクトルHu3(t)、V相複素ベクトルHv3(t)、及びW相複素ベクトルHw3(t)に対して第3の補正処理を行った後、基本特許方法の学習処理を実行することにより、極対番号と、セクション番号と、セグメント番号との対応関係、各セクションの特徴データ、および各セグメントの機械角推定式を取得し、取得したこれらのデータを学習データとして記憶部22に記憶させる。 The processing unit 21 performs a third correction process on the U-phase complex vector Hu3(t), the V-phase complex vector Hv3(t), and the W-phase complex vector Hw3(t), and then executes a learning process of the basic patent method to obtain the correspondence between pole pair numbers, section numbers, and segment numbers, the characteristic data of each section, and the mechanical angle estimation formula for each segment, and stores these obtained data as learning data in the storage unit 22.

なお、本実施形態における処理部21がオンライン処理として実行する角度推定処理は、基本特許方法の角度推定処理と基本的に同じである。ただし、本実施形態における処理部21は、角度推定処理を実行するときに、上記の三相信号生成処理を実行することにより、U相複素ベクトルHu3(t)、V相複素ベクトルHv3(t)、及びW相複素ベクトルHw3(t)を取得し、これらの三相信号に基づいて現在のセクション番号及び極対番号を特定する点で基本特許方法と異なる。 The angle estimation process performed by the processing unit 21 as an online process in this embodiment is basically the same as the angle estimation process in the basic patent method. However, the processing unit 21 in this embodiment differs from the basic patent method in that, when performing the angle estimation process, it performs the above-mentioned three-phase signal generation process to obtain the U-phase complex vector Hu3(t), the V-phase complex vector Hv3(t), and the W-phase complex vector Hw3(t), and identifies the current section number and pole pair number based on these three-phase signals.

以上のように、本実施形態によれば、ノルムが同一で且つ互いに電気角で120度の位相差を有する三相信号(U相複素ベクトルHu3(t)、V相複素ベクトルHv3(t)、及びW相複素ベクトルHw3(t))を得ることができる。従って、本実施形態によれば、特許第6233532号公報に開示された基本特許方法と比較して、機械角推定値θと機械角真値との間の角度誤差をより低減でき、もって回転軸の機械角検出精度の向上を実現することができる。 また、本実施形態によれば、三相センサ信号を瞬時値(実数)から複素ベクトルに変換することで、幾何学的なアプローチ(ベクトルの回転及び平行移動など)が可能となり、フィルタなどの信号遅延を招く要素を用いることなく、容易に複素数平面上で計算を行うことができる。 As described above, according to this embodiment, it is possible to obtain three-phase signals (U-phase complex vector Hu3(t), V-phase complex vector Hv3(t), and W-phase complex vector Hw3(t)) that have the same norm and a phase difference of 120 degrees in electrical angle from each other. Therefore, according to this embodiment, the angular error between the estimated mechanical angle θ and the true mechanical angle can be further reduced compared to the basic patent method disclosed in Japanese Patent No. 6233532, thereby improving the accuracy of mechanical angle detection of the rotating shaft. Furthermore, according to this embodiment, by converting the three-phase sensor signal from an instantaneous value (real number) to a complex vector, a geometrical approach (such as vector rotation and translation) becomes possible, and calculations can be easily performed on the complex plane without using elements that cause signal delay, such as filters.

(変形例)

本発明は上記実施形態に限定されず、本明細書において説明した各構成は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜組み合わせることができる。 例えば、上記実施形態では、モータ100と三相信号発生装置1との組み合わせを例示したが、本発明はこの形態に限定されず、回転軸に取り付けられたセンサマグネットと三相信号発生装置との組み合わせもあり得る。
(Variant)

The present invention is not limited to the embodiments described above, and the configurations described herein can be combined as appropriate within the bounds of mutual non-inconsistency. For example, the above embodiment illustrates a combination of a motor 100 and a three-phase signal generator 1, but the present invention is not limited to this form, and a combination of a sensor magnet attached to a rotating shaft and a three-phase signal generator is also possible.

例えば、上記実施形態では、ロータシャフト110の軸方向において、第1磁気センサ11、第2磁気センサ12及び第3磁気センサ13が、円板状のセンサマグネット120に対向する状態で配置される形態を例示したが、本発明はこの形態に限定されない。例えば、円板状のセンサマグネットの代わりにリング状磁石を用いる場合、リング状磁石の半径方向に磁束が流入するため、リング状磁石の半径方向において、第1磁気センサ11、第2磁気センサ12及び第3磁気センサ13が、リング状磁石と対向する状態で配置されてもよい。 For example, in the above embodiment, the first magnetic sensor 11, the second magnetic sensor 12, and the third magnetic sensor 13 are arranged in the axial direction of the rotor shaft 110 so as to face the disc-shaped sensor magnet 120, but the present invention is not limited to this embodiment. For example, when a ring-shaped magnet is used instead of a disc-shaped sensor magnet, magnetic flux flows in the radial direction of the ring-shaped magnet, so the first magnetic sensor 11, the second magnetic sensor 12, and the third magnetic sensor 13 may be arranged in the radial direction of the ring-shaped magnet so as to face the ring-shaped magnet.

例えば、上記実施形態では、回転する磁石として、モータ100のロータシャフト110に取り付けられるセンサマグネット120を使用する場合を例示したが、モータ100のロータに取り付けられるロータマグネットを、回転する磁石として用いてもよい。ロータマグネットもロータシャフト110に同期して回転する磁石であり、複数の磁極対を有する。 For example, in the above embodiment, a sensor magnet 120 attached to the rotor shaft 110 of the motor 100 was used as the rotating magnet, but a rotor magnet attached to the rotor of the motor 100 may also be used as the rotating magnet. The rotor magnet is also a magnet that rotates in sync with the rotor shaft 110 and has multiple magnetic pole pairs.

上記実施形態では、センサ群10に3つの磁気センサ11、12及び13が含まれる場合を例示したが、磁気センサの個数は3つに限定されずN個(Nは3の倍数)であればよい。また、上記実施形態では、センサマグネット120が4つの磁極対を有する場合を例示したが、センサマグネット120の極対数は4つに限定されない。位置検出用の磁石としてロータマグネットを用いる場合も同様に、ロータマグネットの極対数は4つに限定されない。In the above embodiment, an example was given in which the sensor group 10 includes three magnetic sensors 11, 12, and 13. However, the number of magnetic sensors is not limited to three, but can be N (where N is a multiple of 3). Also, in the above embodiment, an example was given in which the sensor magnet 120 has four magnetic pole pairs. However, the number of pole pairs of the sensor magnet 120 is not limited to four. Similarly, when a rotor magnet is used as a magnet for position detection, the number of pole pairs of the rotor magnet is not limited to four.

1…三相信号生成装置、10…センサ群、11…第1磁気センサ、12…第2磁気センサ、13…第3磁気センサ、20…信号処理部、21…処理部、22…記憶部、100…モータ、110…ロータシャフト、120…センサマグネット1...Three-phase signal generator, 10...Sensor group, 11...First magnetic sensor, 12...Second magnetic sensor, 13...Third magnetic sensor, 20...Signal processing unit, 21...Processing unit, 22...Storage unit, 100...Motor, 110...Rotor shaft, 120...Sensor magnet

Claims (10)

回転する磁石に対向し、磁界強度を示す第1信号を出力する第1磁気センサと、
前記磁石に対向し、前記第1信号に対して電気角で120°の位相遅れを有する第2信号を出力する第2磁気センサと、
前記磁石に対向し、前記第2信号に対して電気角で120°の位相遅れを有する第3信号を出力する第3磁気センサと、
前記第1信号、前記第2信号及び前記第3信号を処理する信号処理部と、
を備え、
前記信号処理部は、
前記第1信号、前記第2信号及び前記第3信号をデジタル変換することより、前記第1信号の瞬時値、前記第2信号の瞬時値及び前記第3信号の瞬時値を取得する第1処理と、
前記第1信号の瞬時値、前記第2信号の瞬時値及び前記第3信号の瞬時値に基づいて、前記第1信号の複素ベクトルである第1複素ベクトルと、前記第2信号の複素ベクトルである第2複素ベクトルと、前記第3信号の複素ベクトルである第3複素ベクトルとを算出する第2処理と、
複素数平面において、前記第1複素ベクトルの頂点と前記第3複素ベクトルの頂点とを結ぶ直線を一辺として有する三角形の重心を第1重心として算出する第3処理と、
前記複素数平面において、前記第1複素ベクトルの頂点と前記第2複素ベクトルの頂点とを結ぶ直線を一辺として有する三角形の重心を第2重心として算出する第4処理と、
前記複素数平面において、前記第2複素ベクトルの頂点と前記第3複素ベクトルの頂点とを結ぶ直線を一辺として有する三角形の重心を第3重心として算出する第5処理と、
前記第1重心、前記第2重心及び前記第3重心を頂点として有する三角形の重心を算出する第6処理と、
前記重心を前記複素数平面の原点に変換することにより、前記第1複素ベクトル、前記第2複素ベクトル及び前記第3複素ベクトルを補正する第7処理と、
を実行
前記第1複素ベクトルの頂点と前記第3複素ベクトルの頂点とを結ぶ直線を一辺として有する前記三角形と、前記第1複素ベクトルの頂点と前記第2複素ベクトルの頂点とを結ぶ直線を一辺として有する前記三角形と、前記第2複素ベクトルの頂点と前記第3複素ベクトルの頂点とを結ぶ直線を一辺として有する前記三角形とは、正三角形又は二等辺三角形である、三相信号生成装置。
A first magnetic sensor that opposes a rotating magnet and outputs a first signal indicating the magnetic field strength,
A second magnetic sensor, which faces the magnet and outputs a second signal having a phase delay of 120° in electrical angle with respect to the first signal,
A third magnetic sensor that faces the magnet and outputs a third signal having a phase delay of 120° in electrical angle with respect to the second signal,
A signal processing unit that processes the first signal, the second signal, and the third signal,
Equipped with,
The signal processing unit,
A first process that obtains the instantaneous values of the first signal, the second signal, and the third signal by digitally converting the first signal, the second signal, and the third signal,
A second process that calculates a first complex vector which is the complex vector of the first signal, a second complex vector which is the complex vector of the second signal, and a third complex vector which is the complex vector of the third signal, based on the instantaneous value of the first signal, the instantaneous value of the second signal, and the instantaneous value of the third signal.
A third process in which, in the complex plane, the centroid of a triangle having a line connecting the vertex of the first complex vector and the vertex of the third complex vector as one of its sides is calculated as the first centroid,
A fourth process in which, in the complex plane, the centroid of a triangle having a line connecting the vertex of the first complex vector and the vertex of the second complex vector as one of its sides is calculated as the second centroid,
A fifth process in which, in the complex plane, the centroid of a triangle having a line connecting the vertex of the second complex vector and the vertex of the third complex vector as one of its sides is calculated as the third centroid,
A sixth process for calculating the centroid of a triangle having the first centroid, the second centroid, and the third centroid as its vertices,
A seventh process that corrects the first complex vector, the second complex vector, and the third complex vector by transforming the centroid to the origin of the complex plane,
Execute ,
A three-phase signal generator in which the triangle having a straight line connecting the vertex of the first complex vector and the vertex of the third complex vector as one side, the triangle having a straight line connecting the vertex of the first complex vector and the vertex of the second complex vector as one side, and the triangle having a straight line connecting the vertex of the second complex vector and the vertex of the third complex vector as one side are equilateral triangles or isosceles triangles .
前記信号処理部は、前記第2処理において演算式(22)、(23)及び(24)に基づいて、前記第1複素ベクトル、前記第2複素ベクトル及び前記第3複素ベクトルを算出し、
Hu0(t)は前記第1信号の瞬時値、Hv0(t)は前記第2信号の瞬時値、Hw0(t)は前記第3信号の瞬時値、Hu1(t)は前記第1複素ベクトル、Hv1(t)は前記第2複素ベクトル、Hw1(t)は前記第3複素ベクトルである、
請求項1に記載の三相信号生成装置。
The signal processing unit calculates the first complex vector, the second complex vector, and the third complex vector based on the calculation formulas (22), (23), and (24) in the second processing,
Hu0(t) is the instantaneous value of the first signal, Hv0(t) is the instantaneous value of the second signal, Hw0(t) is the instantaneous value of the third signal, Hu1(t) is the first complex vector, Hv1(t) is the second complex vector, and Hw1(t) is the third complex vector.
The three-phase signal generating device according to claim 1.
前記信号処理部は、前記第3処理において演算式(25)及び(28)に基づいて前記第1重心を算出し、前記第4処理において演算式(26)及び(29)に基づいて前記第2重心を算出し、前記第5処理において演算式(27)及び(30)に基づいて前記第3重心を算出し、
Hu2(t)は前記第1重心、Hv2(t)は前記第2重心、Hw2(t)は前記第3重心である、
請求項2に記載の三相信号生成装置。
The signal processing unit calculates the first centroid in the third process based on calculation formulas (25) and (28), calculates the second centroid in the fourth process based on calculation formulas (26) and (29), and calculates the third centroid in the fifth process based on calculation formulas (27) and (30).
Hu2(t) is the first centroid, Hv2(t) is the second centroid, and Hw2(t) is the third centroid.
The three-phase signal generating device according to claim 2.
前記信号処理部は、前記第6処理において演算式(31)に基づいて、前記第1重心、前記第2重心及び前記第3重心を頂点として有する前記三角形の前記重心を算出し、
G’(t)は前記重心である、
請求項3に記載の三相信号生成装置。
The signal processing unit calculates the centroid of the triangle having the first centroid, second centroid, and third centroid as vertices in the sixth process based on the calculation formula (31),
G'(t) is the centroid mentioned above.
The three-phase signal generating device according to claim 3.
前記信号処理部は、前記第7処理において演算式(32)から(34)に基づいて前記第1複素ベクトル、前記第2複素ベクトル及び前記第3複素ベクトルを補正し、
Hu3(t)は補正後の第1複素ベクトル、Hv3(t)は補正後の第2複素ベクトル、Hw3(t)は補正後の第3複素ベクトルである、
請求項4に記載の三相信号生成装置。
The signal processing unit corrects the first complex vector, the second complex vector, and the third complex vector in the seventh process based on the calculation formulas (32) to (34).
Hu3(t) is the first corrected complex vector, Hv3(t) is the second corrected complex vector, and Hw3(t) is the third corrected complex vector.
The three-phase signal generating device according to claim 4.
回転する磁石に対向し、磁界強度を示す第1信号を出力する第1磁気センサと、
前記磁石に対向し、前記第1信号に対して電気角で120°の位相遅れを有する第2信号を出力する第2磁気センサと、
前記磁石に対向し、前記第2信号に対して電気角で120°の位相遅れを有する第3信号を出力する第3磁気センサと、を用いる三相信号生成方法であって、
前記第1信号、前記第2信号及び前記第3信号をデジタル変換することより、前記第1信号の瞬時値、前記第2信号の瞬時値及び前記第3信号の瞬時値を取得する第1ステップと、
前記第1信号の瞬時値、前記第2信号の瞬時値及び前記第3信号の瞬時値に基づいて、前記第1信号の複素ベクトルである第1複素ベクトルと、前記第2信号の複素ベクトルである第2複素ベクトルと、前記第3信号の複素ベクトルである第3複素ベクトルとを算出する第2ステップと、
複素数平面において、前記第1複素ベクトルの頂点と前記第3複素ベクトルの頂点とを結ぶ直線を一辺として有する三角形の重心を第1重心として算出する第3ステップと、
前記複素数平面において、前記第1複素ベクトルの頂点と前記第2複素ベクトルの頂点とを結ぶ直線を一辺として有する三角形の重心を第2重心として算出する第4ステップと、
前記複素数平面において、前記第2複素ベクトルの頂点と前記第3複素ベクトルの頂点とを結ぶ直線を一辺として有する三角形の重心を第3重心として算出する第5ステップと、
前記第1重心、前記第2重心及び前記第3重心を頂点として有する三角形の重心を算出する第6ステップと、
前記重心を前記複素数平面の原点に変換することにより、前記第1複素ベクトル、前記第2複素ベクトル及び前記第3複素ベクトルを補正する第7ステップと、
を有
前記第1複素ベクトルの頂点と前記第3複素ベクトルの頂点とを結ぶ直線を一辺として有する前記三角形と、前記第1複素ベクトルの頂点と前記第2複素ベクトルの頂点とを結ぶ直線を一辺として有する前記三角形と、前記第2複素ベクトルの頂点と前記第3複素ベクトルの頂点とを結ぶ直線を一辺として有する前記三角形とは、正三角形又は二等辺三角形である、三相信号生成方法。
A first magnetic sensor that opposes a rotating magnet and outputs a first signal indicating the magnetic field strength,
A second magnetic sensor, which faces the magnet and outputs a second signal having a phase delay of 120° in electrical angle with respect to the first signal,
A three-phase signal generation method using a third magnetic sensor that faces the magnet and outputs a third signal having a phase delay of 120° in electrical angle with respect to the second signal,
The first step involves obtaining the instantaneous values of the first signal, the second signal, and the third signal by digitally converting the first signal, the second signal, and the third signal;
A second step of calculating a first complex vector which is the complex vector of the first signal, a second complex vector which is the complex vector of the second signal, and a third complex vector which is the complex vector of the third signal, based on the instantaneous value of the first signal, the instantaneous value of the second signal, and the instantaneous value of the third signal.
In the complex plane, the third step is to calculate the centroid of a triangle having a line connecting the vertex of the first complex vector and the vertex of the third complex vector as one of its sides, and the centroid of the triangle is defined as the first centroid.
In the complex plane, the fourth step is to calculate the centroid of a triangle having a line connecting the vertex of the first complex vector and the vertex of the second complex vector as one of its sides, and the centroid of the triangle is then calculated as the second centroid.
In the complex plane, the fifth step is to calculate the centroid of a triangle having a line connecting the vertex of the second complex vector and the vertex of the third complex vector as one of its sides, and the centroid of the triangle is defined as the third centroid.
A sixth step of calculating the centroid of a triangle having the first centroid, the second centroid, and the third centroid as its vertices,
A seventh step involves correcting the first complex vector, the second complex vector, and the third complex vector by transforming the centroid to the origin of the complex plane,
It has ,
A three-phase signal generation method wherein the triangle having a straight line connecting the vertex of the first complex vector and the vertex of the third complex vector as one side, the triangle having a straight line connecting the vertex of the first complex vector and the vertex of the second complex vector as one side, and the triangle having a straight line connecting the vertex of the second complex vector and the vertex of the third complex vector as one side are equilateral triangles or isosceles triangles .
前記第2ステップにおいて、演算式(22)、(23)及び(24)に基づいて、前記第1複素ベクトル、前記第2複素ベクトル及び前記第3複素ベクトルを算出し、
Hu0(t)は前記第1信号の瞬時値、Hv0(t)は前記第2信号の瞬時値、Hw0(t)は前記第3信号の瞬時値、Hu1(t)は前記第1複素ベクトル、Hv1(t)は前記第2複素ベクトル、Hw1(t)は前記第3複素ベクトルである、
請求項6に記載の三相信号生成方法。
In the second step, the first complex vector, the second complex vector, and the third complex vector are calculated based on the calculation formulas (22), (23), and (24).
Hu0(t) is the instantaneous value of the first signal, Hv0(t) is the instantaneous value of the second signal, Hw0(t) is the instantaneous value of the third signal, Hu1(t) is the first complex vector, Hv1(t) is the second complex vector, and Hw1(t) is the third complex vector.
The method for generating a three-phase signal according to claim 6.
前記第3ステップにおいて、演算式(25)及び(28)に基づいて前記第1重心を算出し、前記第4ステップにおいて演算式(26)及び(29)に基づいて前記第2重心を算出し、前記第5ステップにおいて演算式(27)及び(30)に基づいて前記第3重心を算出し、
Hu2(t)は前記第1重心、Hv2(t)は前記第2重心、Hw2(t)は前記第3重心である、
請求項7に記載の三相信号生成方法。
In the third step, the first centroid is calculated based on calculation formulas (25) and (28); in the fourth step, the second centroid is calculated based on calculation formulas (26) and (29); and in the fifth step, the third centroid is calculated based on calculation formulas (27) and (30).
Hu2(t) is the first centroid, Hv2(t) is the second centroid, and Hw2(t) is the third centroid.
The method for generating a three-phase signal according to claim 7.
前記第6ステップにおいて、演算式(31)に基づいて、前記第1重心、前記第2重心及び前記第3重心を頂点として有する前記三角形の前記重心を算出し、
G’(t)は前記重心である、
請求項8に記載の三相信号生成方法。
In the sixth step, the centroid of the triangle having the first centroid, the second centroid, and the third centroid as vertices is calculated based on the calculation formula (31),
G'(t) is the centroid mentioned above.
The method for generating a three-phase signal according to claim 8.
前記第7ステップにおいて、演算式(32)から(34)に基づいて前記第1複素ベクトル、前記第2複素ベクトル及び前記第3複素ベクトルを補正し、
Hu3(t)は補正後の第1複素ベクトル、Hv3(t)は補正後の第2複素ベクトル、Hw3(t)は補正後の第3複素ベクトルである、
請求項9に記載の三相信号生成方法。
In the seventh step, the first complex vector, the second complex vector, and the third complex vector are corrected based on the calculation formulas (32) to (34),
Hu3(t) is the first corrected complex vector, Hv3(t) is the second corrected complex vector, and Hw3(t) is the third corrected complex vector.
The method for generating a three-phase signal according to claim 9.
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