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JP2018128321A - Rotation angle detection device and rotation angle detection method - Google Patents

Rotation angle detection device and rotation angle detection method Download PDF

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JP2018128321A
JP2018128321A JP2017020641A JP2017020641A JP2018128321A JP 2018128321 A JP2018128321 A JP 2018128321A JP 2017020641 A JP2017020641 A JP 2017020641A JP 2017020641 A JP2017020641 A JP 2017020641A JP 2018128321 A JP2018128321 A JP 2018128321A
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rotation angle
calculation unit
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JP2017020641A
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Japanese (ja)
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智也 高木
Tomoya Takagi
智也 高木
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Denso Ten Ltd
Original Assignee
Denso Ten Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotation angle detection device and rotation angle detection method that accurately detect a rotation angle of a rotor.SOLUTION: A rotation angle detection device according to an embodiment comprises: a first calculation unit; a second calculation unit; a third calculation unit; a fourth calculation unit; and an output unit. The first calculation unit is configured to calculate a first rotation angle of a rotor on the basis of signals output from a magnet type angular sensor detecting a magnetic field of a rotation angle detection magnet attached to the rotor, and the second calculation unit is configured to calculate an estimation angular velocity by feed-back control so that a deviation between the first rotation angle and a previously calculated second rotation angle stands at zero. The third calculation unit is configured to calculate an amount of change in the rotation angle on the basis of the estimation angular velocity, and the fourth calculation unit is configured to add the amount of change in the rotation angle to the previously calculated second rotation angle to calculate a second rotation angle. The output unit is configured to output the second rotation angle calculated by the fourth calculation unit as a rotor rotation angle.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

開示の実施形態は、回転角度検出装置および回転角度検出方法に関する。   Embodiments disclosed herein relate to a rotation angle detection device and a rotation angle detection method.

従来、磁気式角度センサを用いてモータの回転体の回転位置、すなわち回転角度を検出する回転角度検出装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, a rotation angle detection device that detects a rotation position of a rotating body of a motor, that is, a rotation angle, using a magnetic angle sensor is known (for example, see Patent Document 1).

上記回転角度検出装置では、磁気式角度センサによって検出した値から回転体の回転速度を積分し、回転体の回転角度を算出している。また、センサで検出した値(sin信号、cos信号)から角度を算出し、角度の微分で角速度を求める手法も取られている。   In the rotation angle detection device, the rotation speed of the rotating body is integrated from the value detected by the magnetic angle sensor to calculate the rotation angle of the rotating body. In addition, a method of calculating an angle from values (sin signal, cos signal) detected by a sensor and obtaining an angular velocity by differential of the angle is also taken.

特開2012−10589号公報JP 2012-10589 A

しかしながら、上記回転角度検出装置では、モータに流れる電流によって生じる磁界の影響によって、算出された回転体の回転角度に誤差が生じるおそれがある。すなわち、回転体の回転角度を正確に算出することができない。   However, in the rotation angle detection device, there is a possibility that an error occurs in the calculated rotation angle of the rotating body due to the influence of the magnetic field generated by the current flowing through the motor. That is, the rotation angle of the rotating body cannot be accurately calculated.

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、回転体の回転角度を正確に検出する回転角度検出装置および回転角度検出方法を提供することを目的とする。   One aspect of the embodiments has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a rotation angle detection device and a rotation angle detection method for accurately detecting the rotation angle of a rotating body.

実施形態の一態様に係る回転角度検出装置は、第1算出部と、第2算出部と、第3算出部と、第4算出部と、出力部とを備える。第1算出部は、回転体に取り付けられた回転角度検出用の磁石の磁界を検出する磁気式角度センサから出力された信号に基づいて回転体の第1回転角度を算出する。第2算出部は、第1回転角度と、前回算出された第2回転角度との偏差がゼロとなるようなフィードバック制御により推定角速度を算出する。第3算出部は、推定角速度に基づいて回転角度変化量を算出する。第4算出部は、前回算出された第2回転角度に回転角度変化量を加算して新たな第2回転角度を算出する。出力部は、第4算出部によって算出された第2回転角度を、回転体回転角度として出力する。   The rotation angle detection device according to an aspect of the embodiment includes a first calculation unit, a second calculation unit, a third calculation unit, a fourth calculation unit, and an output unit. The first calculation unit calculates a first rotation angle of the rotating body based on a signal output from a magnetic angle sensor that detects a magnetic field of a magnet for detecting a rotation angle attached to the rotating body. The second calculation unit calculates the estimated angular velocity by feedback control such that the deviation between the first rotation angle and the previously calculated second rotation angle is zero. The third calculation unit calculates the rotation angle change amount based on the estimated angular velocity. The fourth calculation unit calculates a new second rotation angle by adding the rotation angle change amount to the previously calculated second rotation angle. The output unit outputs the second rotation angle calculated by the fourth calculation unit as a rotating body rotation angle.

実施形態の一態様によれば、回転体の回転角度を正確に検出することができる。   According to one aspect of the embodiment, the rotation angle of the rotating body can be accurately detected.

図1は、実施形態に係る回転角度検出の概要を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an outline of rotation angle detection according to the embodiment. 図2は、モータ、磁気式角度センサおよび回転角度検出装置の関係を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the relationship among a motor, a magnetic angle sensor, and a rotation angle detection device. 図3は、ロータおよび検出用永久磁石を軸方向から見た場合の概略構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration when the rotor and the permanent magnet for detection are viewed from the axial direction. 図4は、回転角度検出装置の概略ブロック図である。FIG. 4 is a schematic block diagram of the rotation angle detection device. 図5は、第2算出部、第3算出部および第4算出部における処理を伝達関数で示した図である。FIG. 5 is a diagram illustrating processes in the second calculation unit, the third calculation unit, and the fourth calculation unit in terms of transfer functions. 図6は、カットオフ周波数を有するフィルタのゲイン−角周波数特性を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a gain-angular frequency characteristic of a filter having a cutoff frequency. 図7は、本実施形態に係る回転角度検出処理を説明するフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart illustrating the rotation angle detection process according to the present embodiment.

以下、添付図面を参照して、本願の開示する回転角度検出装置および回転角度検出方法を説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。   Hereinafter, a rotation angle detection device and a rotation angle detection method disclosed in the present application will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by embodiment shown below.

ここでは、交流電流が流れるモータの回転体であるロータの回転角度を検出する場合について説明するが、これに限られることはなく、発電機などの回転体の回転角度を検出するものであればよい。   Here, the case of detecting the rotation angle of a rotor that is a rotating body of a motor through which an alternating current flows will be described. However, the present invention is not limited to this, as long as it detects the rotation angle of a rotating body such as a generator. Good.

<回転角度検出の概要>
本実施形態に係る回転角度検出の概要について図1を参照し説明する。図1は、本実施形態に係る回転角度検出の概要を示す図である。
<Outline of rotation angle detection>
An outline of rotation angle detection according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing an outline of rotation angle detection according to the present embodiment.

回転角度検出装置は、モータ(外部部材)の回転軸に取り付けられた磁石の磁気を検出する磁気式角度センサから出力される信号に基づいて第1回転角度θを算出する(S1)。   The rotation angle detection device calculates the first rotation angle θ based on a signal output from a magnetic angle sensor that detects the magnetism of a magnet attached to the rotation shaft of the motor (external member) (S1).

回転角度検出装置は、算出した第1回転角度θと、前回算出された第2回転角度θ’との偏差Δθを算出する(S2)。   The rotation angle detection device calculates a deviation Δθ between the calculated first rotation angle θ and the previously calculated second rotation angle θ ′ (S2).

回転角度検出装置は、偏差Δθがゼロとなるようにフィードバック制御、例えば、PI制御(比例積分)により推定角速度ω’を算出する(S3)。なお、フィードバック制御は、PID(比例積分微分)制御であってもよい。   The rotation angle detection device calculates the estimated angular velocity ω ′ by feedback control, for example, PI control (proportional integration) so that the deviation Δθ becomes zero (S3). The feedback control may be PID (proportional integral derivative) control.

回転角度検出装置は、算出された推定角速度ω’に制御周期Δtを乗算し、回転角度変化量dθを算出し、前回算出された第2回転角度θ’に回転角度変化量dθを加算し、新たな第2回転角度θ’を算出する(S4)。すなわち、第2回転角度θ’が更新される。更新された第2回転角度θ’は、次回の演算時に偏差Δθを算出する際に用いられる。   The rotation angle detection device multiplies the calculated estimated angular velocity ω ′ by the control period Δt to calculate the rotation angle change amount dθ, adds the rotation angle change amount dθ to the previously calculated second rotation angle θ ′, A new second rotation angle θ ′ is calculated (S4). That is, the second rotation angle θ ′ is updated. The updated second rotation angle θ ′ is used when calculating the deviation Δθ in the next calculation.

回転角度検出装置は、新たに算出した第2回転角度θ’をモータの回転角度(回転体回転速度)として出力する。   The rotation angle detection device outputs the newly calculated second rotation angle θ ′ as the rotation angle of the motor (rotating body rotation speed).

このように、磁気式角度センサによって算出された第1回転角度θと前回算出された第2回転角度θ’との偏差Δθがゼロとなるようにフィードバック制御により推定角速度ω’を算出し、さらに推定角速度ω’に基づいて算出される回転角度変化量dθを前回算出された第2回転角度θ’に加算することで、モータに流れる交流電流の磁界によって生じる周波数成分(ノイズ)の影響を低減した回転角度を算出することができる。   Thus, the estimated angular velocity ω ′ is calculated by feedback control so that the deviation Δθ between the first rotation angle θ calculated by the magnetic angle sensor and the previously calculated second rotation angle θ ′ is zero, and By adding the rotation angle change amount dθ calculated based on the estimated angular velocity ω ′ to the previously calculated second rotation angle θ ′, the influence of frequency components (noise) generated by the magnetic field of the alternating current flowing in the motor is reduced. The calculated rotation angle can be calculated.

<回転角度検出装置10の概要>
まず、モータ1、磁気式角度センサ20および回転角度検出装置10の関係について図2を参照し説明する。図2は、モータ1、磁気式角度センサ20および回転角度検出装置10の関係を示す概略図である。
<Outline of the rotation angle detection device 10>
First, the relationship among the motor 1, the magnetic angle sensor 20, and the rotation angle detection device 10 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing the relationship among the motor 1, the magnetic angle sensor 20, and the rotation angle detector 10.

モータ1は、埋込磁石同期モータである。モータ1は、回転軸2に取り付けられたロータ3と、ハウジング5に取り付けられたステータ4とを備える。なお、モータ1は、埋込磁石同期モータに限られず、表面磁石同期モータなどであってもよい。   The motor 1 is an embedded magnet synchronous motor. The motor 1 includes a rotor 3 attached to the rotating shaft 2 and a stator 4 attached to the housing 5. The motor 1 is not limited to an embedded magnet synchronous motor, and may be a surface magnet synchronous motor or the like.

回転軸2は、ベアリング6を介してハウジング5に回転自在に支持される。これにより、ロータ3が、回転自在となる。回転軸2は、ハウジング5から外部へ突出する。回転軸2の一方の端部は負荷(不図示)に接続され、もう一方の端部には検出用永久磁石7が取り付けられる。   The rotating shaft 2 is rotatably supported by the housing 5 via a bearing 6. Thereby, the rotor 3 becomes rotatable. The rotary shaft 2 protrudes from the housing 5 to the outside. One end of the rotating shaft 2 is connected to a load (not shown), and a detection permanent magnet 7 is attached to the other end.

ロータ3には、図3に示すように、永久磁石3aが埋め込まれている。図3は、ロータ3および検出用永久磁石7を軸方向から見た場合の概略構成を示す図である。ロータ3には、6つの永久磁石3aが埋め込まれており、ロータ3の極対数は3である。なお、ロータ3の極対数はこれに限られることはなく、極対数は、4、6などであってもよい。   As shown in FIG. 3, a permanent magnet 3 a is embedded in the rotor 3. FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration when the rotor 3 and the detection permanent magnet 7 are viewed from the axial direction. Six permanent magnets 3 a are embedded in the rotor 3, and the number of pole pairs of the rotor 3 is three. The number of pole pairs of the rotor 3 is not limited to this, and the number of pole pairs may be 4, 6 or the like.

ハウジング5から外部へ突出する回転軸2の先端には、検出用永久磁石7が取り付けられている。検出用永久磁石7の極対数は1である。なお、検出用永久磁石7の極対数はこれに限られることはなく、複数の極対数であってもよく、ロータ3の極対数よりも少ない極対数である。   A detection permanent magnet 7 is attached to the tip of the rotating shaft 2 that protrudes outward from the housing 5. The number of pole pairs of the detection permanent magnet 7 is one. Note that the number of pole pairs of the detection permanent magnet 7 is not limited to this, and may be a plurality of pole pairs, which is smaller than the number of pole pairs of the rotor 3.

図2に戻り、ステータ4は、例えば、電磁鋼板を積層して形成されるステータコアにコイルが巻回されて構成される。コイルには、U相、V相、W相の交流電流が流れる。また、コイルには、ロータ3の極対数および回転速度に対応した周波数の交流電流が流れる。   Returning to FIG. 2, the stator 4 is configured by, for example, winding a coil around a stator core formed by stacking electromagnetic steel plates. A U-phase, V-phase, and W-phase alternating current flows through the coil. Further, an alternating current having a frequency corresponding to the number of pole pairs and the rotational speed of the rotor 3 flows through the coil.

磁気式角度センサ20は、ロータ3の回転軸2に取り付けられた検出用永久磁石7に向かい合うように配置される。磁気式角度センサ20は、磁気抵抗素子やホール素子などを用いて検出用永久磁石7により発生する磁界を検出し、磁界に基づくロータ3の回転角度(回転位置)に関する信号を出力する。   The magnetic angle sensor 20 is disposed so as to face the detection permanent magnet 7 attached to the rotating shaft 2 of the rotor 3. The magnetic angle sensor 20 detects a magnetic field generated by the detection permanent magnet 7 using a magnetoresistive element or a Hall element, and outputs a signal related to the rotation angle (rotation position) of the rotor 3 based on the magnetic field.

次に、回転角度検出装置10について図4を参照し説明する。図4は、回転角度検出装置10の概略ブロック図である。   Next, the rotation angle detection device 10 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic block diagram of the rotation angle detection device 10.

回転角度検出装置10は、受信部11と、検出部12とを備える。受信部11は、磁気式角度センサ20からの信号を受信する。   The rotation angle detection device 10 includes a reception unit 11 and a detection unit 12. The receiving unit 11 receives a signal from the magnetic angle sensor 20.

検出部12は、第1算出部13と、第2算出部14と、第3算出部15と、第4算出部16と、出力部17とを備える。   The detection unit 12 includes a first calculation unit 13, a second calculation unit 14, a third calculation unit 15, a fourth calculation unit 16, and an output unit 17.

第1算出部13は、受信部11によって受信した信号に基づいてロータ3の第1回転角度θを算出する。   The first calculator 13 calculates the first rotation angle θ of the rotor 3 based on the signal received by the receiver 11.

ロータ3が1回転すると、ロータ3と共に回転する検出用永久磁石7による磁界が変化し、1周期分の正弦波(余弦波)が現れる。   When the rotor 3 rotates once, the magnetic field generated by the detection permanent magnet 7 that rotates with the rotor 3 changes, and a sine wave (cosine wave) for one cycle appears.

しかし、磁気式角度センサ20からの信号に基づいて算出される第1回転角度θは、モータ1(磁界発生部)のコイルに流れる交流電流によって生じる磁界の影響を受ける。そのため、磁気式角度センサ20によって検出される第1回転角度θには、コイルに流れる交流電流によって生じる磁界の周波数成分が重畳される。コイルに流れる交流電流によって生じる磁界の周波数成分は、ロータ3の極対数および回転速度に応じた成分である。つまり、ロータ3の極対数に応じて、検出用永久磁石7によって生じる磁界の周波数成分の3倍の周波数成分が、第1回転角度θには含まれる。   However, the first rotation angle θ calculated based on the signal from the magnetic angle sensor 20 is affected by the magnetic field generated by the alternating current flowing in the coil of the motor 1 (magnetic field generating unit). Therefore, the frequency component of the magnetic field generated by the alternating current flowing through the coil is superimposed on the first rotation angle θ detected by the magnetic angle sensor 20. The frequency component of the magnetic field generated by the alternating current flowing through the coil is a component according to the number of pole pairs and the rotational speed of the rotor 3. That is, according to the number of pole pairs of the rotor 3, a frequency component that is three times the frequency component of the magnetic field generated by the detection permanent magnet 7 is included in the first rotation angle θ.

第2算出部14は、第1回転角度θと前回算出された第2回転角度θ’との偏差Δθを算出する。   The second calculator 14 calculates a deviation Δθ between the first rotation angle θ and the previously calculated second rotation angle θ ′.

第3算出部15は、第2算出部14によって算出された偏差Δθがゼロとなるようにフィードバック制御を行い、偏差Δθに応じた推定角速度ω’を式(1)により算出する。第3算出部15は、PI制御によって推定角速度ω’を算出する。

Figure 2018128321
The third calculation unit 15 performs feedback control so that the deviation Δθ calculated by the second calculation unit 14 becomes zero, and calculates the estimated angular velocity ω ′ according to the deviation Δθ by the equation (1). The third calculator 15 calculates the estimated angular velocity ω ′ by PI control.
Figure 2018128321

「Kp」は、比例項のゲインであり、ここでは、「2ζωc」である。「ζ」は、減衰係数であり、0.5〜1.5程度に設定される。「ωc」はカットオフ周波数であり、前回算出された推定角速度ω’に対応する角周波数に、検出用永久磁石7の極対数よりも大きく、かつロータ3の極対数よりも小さい値が乗算された値である。   “Kp” is the gain of the proportional term, and here is “2ζωc”. “Ζ” is an attenuation coefficient, and is set to about 0.5 to 1.5. “Ωc” is a cut-off frequency, and the angular frequency corresponding to the previously calculated estimated angular velocity ω ′ is multiplied by a value larger than the number of pole pairs of the detection permanent magnet 7 and smaller than the number of pole pairs of the rotor 3. Value.

「Ki」は、積分項のゲインであり、ここでは、「ωc」である。 “Ki” is the gain of the integral term, and here is “ωc 2 ”.

また、第3算出部15は、算出した推定角速度ω’に応じてカットオフ周波数ωcを更新する。   The third calculator 15 updates the cutoff frequency ωc according to the calculated estimated angular velocity ω ′.

第4算出部16は、第3算出部15によって算出された推定角速度ω’に制御周期Δtを乗算して回転角度変化量dθを算出する。そして、第4算出部16は、回転角度変化量dθを前回算出された第2回転角度θ’に加算し、新たな第2回転角度θ’を算出する。   The fourth calculation unit 16 multiplies the estimated angular velocity ω ′ calculated by the third calculation unit 15 by the control period Δt to calculate the rotation angle change amount dθ. Then, the fourth calculation unit 16 adds the rotation angle change amount dθ to the previously calculated second rotation angle θ ′ to calculate a new second rotation angle θ ′.

第2回転角度θ’は、詳しくは後述するが、第2算出部14〜第4算出部16までの処理により、コイルに流れる交流電流によって生じる周波数成分の影響が低減された値となる。   As will be described in detail later, the second rotation angle θ ′ is a value in which the influence of the frequency component generated by the alternating current flowing in the coil is reduced by the processing from the second calculation unit 14 to the fourth calculation unit 16.

出力部17は、第2算出部14によって算出された偏差Δθに基づいて第1回転角度θまたは第2回転角度θ’をロータ3の回転角度として出力する。出力部17は、偏差Δθが所定値以下の場合には第2回転角度θ’をロータ3の回転角度として出力する。尚、偏差を所定値以下か、所定値より大きいかを判断する場合は偏差の絶対値を使用する。以下も同様である。また、出力部17は、偏差Δθが所定値よりも大きい場合には第1回転角度θをロータ3の回転角度として出力する。所定値は、予め設定された値であり、第2回転角度θ’に基づいてモータ1の交流電流が制御される場合に脱調が発生しない値である。   The output unit 17 outputs the first rotation angle θ or the second rotation angle θ ′ as the rotation angle of the rotor 3 based on the deviation Δθ calculated by the second calculation unit 14. The output unit 17 outputs the second rotation angle θ ′ as the rotation angle of the rotor 3 when the deviation Δθ is equal to or less than a predetermined value. Note that the absolute value of the deviation is used when determining whether the deviation is less than or equal to a predetermined value. The same applies to the following. The output unit 17 outputs the first rotation angle θ as the rotation angle of the rotor 3 when the deviation Δθ is larger than a predetermined value. The predetermined value is a value set in advance, and is a value at which step-out does not occur when the alternating current of the motor 1 is controlled based on the second rotation angle θ ′.

<フィルタ処理>
回転角度検出装置10は、上記構成によりカットオフ周波数ωcを有するローパスフィルタと同等の機能を発揮させて第2回転角度θ’を算出する。すなわち、第4算出部16は、カットオフ周波数ωcを有するローパスフィルタと同等の機能により、カットオフ周波数ωcよりも大きい周波数が低減(カット)された新たな第2回転角度θ’を算出する。ここで、これらのフィルタ機能について説明する。
<Filter processing>
The rotation angle detection device 10 calculates the second rotation angle θ ′ by performing the same function as the low-pass filter having the cutoff frequency ωc with the above configuration. That is, the fourth calculation unit 16 calculates a new second rotation angle θ ′ in which a frequency larger than the cutoff frequency ωc is reduced (cut) by a function equivalent to that of the low-pass filter having the cutoff frequency ωc. Here, these filter functions will be described.

上記した回転角度検出装置10の第2算出部14、第3算出部15および第4算出部16における処理を伝達関数で示すと図5のようになる。図5は、第2算出部14、第3算出部15および第4算出部16における処理を伝達関数で示した図である。   The processing in the second calculation unit 14, the third calculation unit 15, and the fourth calculation unit 16 of the rotation angle detection device 10 described above is shown in FIG. 5 as a transfer function. FIG. 5 is a diagram showing the processes in the second calculation unit 14, the third calculation unit 15, and the fourth calculation unit 16 in terms of transfer functions.

第3算出部15のフィードバック制御による処理は、図5(a)に示すように、伝達関数では「Kp+(Ki/s)」となり、第4算出部16における処理は、伝達関数では、「1/s」となる。   As shown in FIG. 5A, the process by the feedback control of the third calculation unit 15 is “Kp + (Ki / s)” in the transfer function, and the process in the fourth calculation unit 16 is “1” in the transfer function. / S ".

図5(a)をまとめると、図5(b)に示すように伝達関数は、「(Kps+Ki)/(S+KpS+Ki)」となり、ローパスフィルタとして機能していることがわかる。 When FIG. 5A is summarized, as shown in FIG. 5B, the transfer function is “(Kps + Ki) / (S 2 + KpS + Ki)”, and it can be seen that it functions as a low-pass filter.

そして、ゲイン「Kp」を「2ζωc」、およびゲイン「Ki」を「ωc」とすると、「ωc」は、ローパスフィルタと同等の機能を発揮させるカットオフ周波数となる。 When the gain “Kp” is “2ζωc” and the gain “Ki” is “ωc 2 ”, “ωc” is a cutoff frequency that exhibits the same function as the low-pass filter.

このようなカットオフ周波数ωcを有するフィルタのゲイン−角周波数特性は、図6のようになる。図6は、カットオフ周波数ωcを有するフィルタのゲイン−角周波数特性を示す図である。   The gain-angular frequency characteristic of the filter having such a cutoff frequency ωc is as shown in FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating a gain-angular frequency characteristic of a filter having a cutoff frequency ωc.

本実施形態では、カットオフ周波数ωcは、検出用永久磁石7の極対数よりも大きく、かつロータ3の極対数よりも小さい値を、前回算出された推定角速度ω’に乗算した角速度に対応する角周波数である。すなわち、カットオフ周波数ωcは、検出用永久磁石7によって生じる周波数よりも大きく、かつコイルに流れる交流電流によって生じる周波数よりも小さい値である。   In the present embodiment, the cut-off frequency ωc corresponds to an angular velocity obtained by multiplying the previously calculated estimated angular velocity ω ′ by a value larger than the number of pole pairs of the detection permanent magnet 7 and smaller than the number of pole pairs of the rotor 3. Angular frequency. That is, the cut-off frequency ωc is a value larger than the frequency generated by the detection permanent magnet 7 and smaller than the frequency generated by the alternating current flowing in the coil.

これにより、コイルに流れる交流電流の磁界によって生じる周波数成分である、前回算出された推定角速度ω’にロータ3の極対数を乗算した角速度に対応する角周波数が低減される。一方、検出用永久磁石7の磁界によって生じる周波数成分である、前回算出された推定角速度ω’に対応する角周波数は低減されない。そのため、ロータ3の回転角度を正確に検出することができる。   As a result, the angular frequency corresponding to the angular velocity obtained by multiplying the previously calculated estimated angular velocity ω ′ by the number of pole pairs of the rotor 3, which is a frequency component generated by the magnetic field of the alternating current flowing in the coil, is reduced. On the other hand, the angular frequency corresponding to the estimated angular velocity ω ′ calculated last time, which is a frequency component generated by the magnetic field of the permanent magnet 7 for detection, is not reduced. Therefore, the rotation angle of the rotor 3 can be accurately detected.

なお、カットオフ周波数ωcを大きくすると、コイルに流れる交流電流の磁界によって生じる周波数成分の低減量が小さくなり、ロータ3の回転角度を正確に検出できなくなる。そのため、カットオフ周波数ωcは、小さくすることが望ましい。   If the cutoff frequency ωc is increased, the amount of reduction in the frequency component caused by the magnetic field of the alternating current flowing through the coil is reduced, and the rotation angle of the rotor 3 cannot be detected accurately. For this reason, it is desirable to reduce the cutoff frequency ωc.

しかし、カットオフ周波数ωcを小さくし過ぎると、コイルに流れる交流電流の磁界によって生じる周波数成分を十分に低減させることができるが、ロータ3の回転速度の変化量が大きくなった場合に、検出用永久磁石7の磁界によって生じる周波数成分が低減されるおそれがある。   However, if the cut-off frequency ωc is too small, the frequency component generated by the magnetic field of the alternating current flowing in the coil can be sufficiently reduced. However, when the amount of change in the rotational speed of the rotor 3 becomes large, the detection frequency There is a possibility that the frequency component generated by the magnetic field of the permanent magnet 7 may be reduced.

そのため、カットオフ周波数ωcは、これらの点を考慮し、コイルに流れる交流電流の磁界によって生じる周波数成分を低減しつつ、ロータ3の回転速度の変化量が大きくなった場合でも、ロータ3の回転角度を正確に検出可能となるように設定される。   Therefore, the cut-off frequency ωc takes these points into consideration and reduces the frequency component generated by the magnetic field of the alternating current flowing in the coil, and the rotor 3 rotates even when the amount of change in the rotational speed of the rotor 3 increases. The angle is set so that the angle can be accurately detected.

なお、推定角速度ω’が小さくなりゼロ付近となった場合に、推定角速度ω’に応じたカットオフ周波数ωcを用いると、カットオフ周波数ωcがゼロ付近となり、第2回転角度θ’を用いたロータ3の回転角度を検出できなくなるおそれがある。   When the estimated angular velocity ω ′ decreases and becomes near zero, when the cutoff frequency ωc corresponding to the estimated angular velocity ω ′ is used, the cutoff frequency ωc becomes near zero, and the second rotation angle θ ′ is used. There is a possibility that the rotation angle of the rotor 3 cannot be detected.

そのため、推定角速度ω’が所定の低角速度以下となった場合には、カットオフ周波数ωcは、所定周波数に設定される。所定周波数は、予め設定された値である。   Therefore, when the estimated angular velocity ω ′ is equal to or lower than a predetermined low angular velocity, the cutoff frequency ωc is set to a predetermined frequency. The predetermined frequency is a preset value.

<回転角度検出処理>
次に、本実施形態に係る回転角度検出処理について、図7のフローチャートを用いて説明する。図7は、回転角度検出処理を説明するフローチャートである。
<Rotation angle detection process>
Next, the rotation angle detection process according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. FIG. 7 is a flowchart for explaining the rotation angle detection process.

第1算出部13は、磁気式角度センサ20からの信号に基づいて第1回転角度θを算出する(S10)。第2算出部14は、第1回転角度θと、前回算出された第2回転角度θ’との偏差Δθを算出する(S11)。   The first calculator 13 calculates the first rotation angle θ based on the signal from the magnetic angle sensor 20 (S10). The second calculator 14 calculates a deviation Δθ between the first rotation angle θ and the previously calculated second rotation angle θ ′ (S11).

第3算出部15は、偏差Δθがゼロとなるようにフィードバック制御を行い、推定角速度ω’を算出し(S12)、算出したω’に応じてカットオフ周波数ωcを更新する(S13)。   The third calculator 15 performs feedback control so that the deviation Δθ becomes zero, calculates the estimated angular velocity ω ′ (S12), and updates the cutoff frequency ωc according to the calculated ω ′ (S13).

第4算出部16は、推定角速度ω’に制御周期Δtを乗算し、回転角度変化量dθを算出する(S14)。また、第4算出部16は、前回算出された第2回転角度θ’に回転角度変化量dθを加算し、新たな第2回転角度θ’を算出する(S15)。   The fourth calculator 16 multiplies the estimated angular velocity ω ′ by the control period Δt to calculate the rotation angle change amount dθ (S14). The fourth calculator 16 adds the rotation angle change amount dθ to the previously calculated second rotation angle θ ′ to calculate a new second rotation angle θ ′ (S15).

出力部17は、偏差Δθと所定値とを比較し(S16)、偏差Δθが所定値以下の場合(S16:No)には、第2回転角度θ’をロータ3の回転角度として出力する(S17)。また、出力部17は、偏差Δθが所定値よりも大きい場合(S16:Yes)には、第1回転角度θをロータ3の回転角度として出力する(S18)。   The output unit 17 compares the deviation Δθ with a predetermined value (S16), and when the deviation Δθ is equal to or smaller than the predetermined value (S16: No), outputs the second rotation angle θ ′ as the rotation angle of the rotor 3 ( S17). When the deviation Δθ is larger than the predetermined value (S16: Yes), the output unit 17 outputs the first rotation angle θ as the rotation angle of the rotor 3 (S18).

<実施形態の効果>
磁気式角度センサ20からの信号に基づいて算出された第1回転角度θと、前回算出された第2回転角度θ’との偏差Δθに基づいてフィードバック制御により、偏差Δθがゼロとなるように推定角速度ω’が算出される。また、推定角速度ω’に基づいて回転角度変化量dθが算出され、前回算出された第2回転角度θ’に回転角度変化量dθを加算して第2回転角度θ’が算出される。そして、算出された第2回転角度θ’がロータ3の回転角度として出力される。
<Effect of embodiment>
Based on a deviation Δθ between the first rotation angle θ calculated based on the signal from the magnetic angle sensor 20 and the second rotation angle θ ′ calculated last time, the deviation Δθ becomes zero by feedback control. An estimated angular velocity ω ′ is calculated. Further, the rotation angle change amount dθ is calculated based on the estimated angular velocity ω ′, and the second rotation angle θ ′ is calculated by adding the rotation angle change amount dθ to the previously calculated second rotation angle θ ′. Then, the calculated second rotation angle θ ′ is output as the rotation angle of the rotor 3.

これによりコイルに流れる交流電流の磁界によって生じる周波数成分の影響を低減した回転角度を算出することができる。そのため、例えば、算出されたロータ3の回転角度に応じて、コイルに流れる交流電流を正確に制御することができ、モータ1の効率を向上させ、また脱調の発生を抑制することができる。   Thereby, it is possible to calculate the rotation angle in which the influence of the frequency component generated by the magnetic field of the alternating current flowing through the coil is reduced. Therefore, for example, the alternating current flowing through the coil can be accurately controlled according to the calculated rotation angle of the rotor 3, the efficiency of the motor 1 can be improved, and the occurrence of step-out can be suppressed.

また、磁気式角度センサ20をモータ1に近づけて配置した場合でも、コイルに流れる交流電流によって生じる周波数成分の影響を低減した回転角度を算出することができ、回転角度検出装置10およびモータ1を含むシステムを小型化することができる。   Further, even when the magnetic angle sensor 20 is disposed close to the motor 1, it is possible to calculate a rotation angle in which the influence of the frequency component caused by the alternating current flowing in the coil is reduced, and the rotation angle detection device 10 and the motor 1 can be calculated. The containing system can be miniaturized.

また、前回算出された推定角速度ω’に基づいてカットオフ周波数ωcが設定され、カットオフ周波数ωcよりも大きい周波数を低減された新たな第2回転角度θ’が算出される。そして、この第2回転角度θ’がロータ3の回転角度として出力される。   Further, the cutoff frequency ωc is set based on the previously calculated estimated angular velocity ω ′, and a new second rotation angle θ ′ in which a frequency larger than the cutoff frequency ωc is reduced is calculated. The second rotation angle θ ′ is output as the rotation angle of the rotor 3.

これにより、コイルに流れる交流電流の磁界によって生じる周波数成分を低減した第2回転角度θ’を算出することができ、ロータ3の回転角度を正確に算出することができる。   Thereby, the second rotation angle θ ′ in which the frequency component generated by the magnetic field of the alternating current flowing in the coil is reduced can be calculated, and the rotation angle of the rotor 3 can be accurately calculated.

また、カットオフ周波数ωcは、検出用永久磁石7の磁界によって生じる周波数よりも大きく、かつコイルに流れる交流電流の磁界によって生じる周波数よりも小さい周波数に動的に設定される。   The cut-off frequency ωc is dynamically set to a frequency that is higher than the frequency generated by the magnetic field of the detection permanent magnet 7 and lower than the frequency generated by the magnetic field of the alternating current flowing in the coil.

これにより、検出用永久磁石7の磁界によって生じる周波数成分が低減されることを抑制することができる。また、コイルに流れる交流電流の磁界によって生じる周波数成分を低減することができる。そのため、ロータ3の回転角度を正確に検出することができる。   Thereby, it can suppress that the frequency component produced by the magnetic field of the permanent magnet 7 for a detection is reduced. Moreover, the frequency component produced by the magnetic field of the alternating current which flows into a coil can be reduced. Therefore, the rotation angle of the rotor 3 can be accurately detected.

また、偏差Δθが所定値よりも大きい場合には、第1回転角度θがロータ3の回転角度として出力される。   When the deviation Δθ is larger than a predetermined value, the first rotation angle θ is output as the rotation angle of the rotor 3.

これにより、偏差Δθが大きい場合には、磁気式角度センサ20によって検出された第1回転角度θに基づいて、例えば、コイルの交流電流が制御されることで、モータ1で脱調が生じることを抑制することができる。   Thus, when the deviation Δθ is large, the motor 1 is stepped out by controlling the alternating current of the coil, for example, based on the first rotation angle θ detected by the magnetic angle sensor 20. Can be suppressed.

<変形例>
上記実施形態では、出力部17は、偏差Δθが所定値よりも大きい場合には、第1回転角度θをロータ3の回転角度として出力したが、偏差Δθが第1所定値よりも大きく、かつ第2所定値以下の場合には、第1回転角度θと、第2回転角度θ’との間の回転角度をロータ3の回転角度として出力してもよい。第1所定値および第2所定値は、予め設定された値であり、例えば、第1所定値が所定値に対応する。
<Modification>
In the above embodiment, when the deviation Δθ is larger than the predetermined value, the output unit 17 outputs the first rotation angle θ as the rotation angle of the rotor 3, but the deviation Δθ is larger than the first predetermined value, and In the case of the second predetermined value or less, the rotation angle between the first rotation angle θ and the second rotation angle θ ′ may be output as the rotation angle of the rotor 3. The first predetermined value and the second predetermined value are preset values. For example, the first predetermined value corresponds to the predetermined value.

これにより、例えば、出力された回転角度に基づいてコイルに流れる交流電流が制御される場合に回転角度の切り替えによる電流の急激な変化によりモータ1の電流制御が不安定になることを抑制することができる。   Thereby, for example, when the alternating current flowing through the coil is controlled based on the output rotation angle, the current control of the motor 1 is prevented from becoming unstable due to a sudden change in the current due to the switching of the rotation angle. Can do.

この場合、出力部17は、偏差Δθが第2所定値よりも大きくなると第1回転角度θをロータ3の回転角度として出力する。   In this case, the output unit 17 outputs the first rotation angle θ as the rotation angle of the rotor 3 when the deviation Δθ becomes larger than the second predetermined value.

また、出力部17は、偏差Δθが第1所定値よりも大きく、かつ第2所定値以下の場合には、偏差Δθが大きくなるにつれて回転角度を第1回転角度θに近い値としてもよい。これにより、偏差Δθが大きくなるにつれて回転角度が徐々に第1回転角度θに近い値になり、電流の急激な変化により電流制御が不安定になることをより抑制することができる。   Further, when the deviation Δθ is larger than the first predetermined value and equal to or smaller than the second predetermined value, the output unit 17 may set the rotation angle to a value closer to the first rotation angle θ as the deviation Δθ increases. Thereby, as the deviation Δθ increases, the rotation angle gradually becomes a value close to the first rotation angle θ, and it is possible to further suppress the current control from becoming unstable due to a sudden change in current.

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。   Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Thus, the broader aspects of the present invention are not limited to the specific details and representative embodiments shown and described above. Accordingly, various modifications can be made without departing from the spirit or scope of the general inventive concept as defined by the appended claims and their equivalents.

1 :モータ(磁界発生部)
2 :回転軸
3 :ロータ(回転体)
4 :ステータ
7 :検出用永久磁石(磁石)
10 :回転角度検出装置
12 :検出部
13 :第1算出部
14 :第2算出部
15 :第3算出部
16 :第4算出部
17 :出力部
20 :磁気式角度センサ
1: Motor (magnetic field generator)
2: Rotating shaft 3: Rotor (rotating body)
4: Stator 7: Permanent magnet for detection (magnet)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Rotation angle detection apparatus 12: Detection part 13: 1st calculation part 14: 2nd calculation part 15: 3rd calculation part 16: 4th calculation part 17: Output part 20: Magnetic angle sensor

Claims (7)

回転体に取り付けられた回転角度検出用の磁石の磁界を検出する磁気式角度センサから出力された信号に基づいて前記回転体の第1回転角度を算出する第1算出部と、
前記第1回転角度と、前回算出された第2回転角度との偏差がゼロとなるようなフィードバック制御により推定角速度を算出する第2算出部と、
前記推定角速度に基づいて回転角度変化量を算出する第3算出部と、
前回算出された前記第2回転角度に前記回転角度変化量を加算して新たな前記第2回転角度を算出する第4算出部と、
前記第4算出部によって算出された前記第2回転角度を、回転体回転角度として出力する出力部と
を備えることを特徴とする回転角度検出装置。
A first calculation unit that calculates a first rotation angle of the rotating body based on a signal output from a magnetic angle sensor that detects a magnetic field of a magnet for detecting a rotation angle attached to the rotating body;
A second calculator that calculates an estimated angular velocity by feedback control such that a deviation between the first rotation angle and the previously calculated second rotation angle is zero;
A third calculation unit that calculates a rotation angle change amount based on the estimated angular velocity;
A fourth calculator that calculates the new second rotation angle by adding the rotation angle change amount to the previously calculated second rotation angle;
An output unit that outputs the second rotation angle calculated by the fourth calculation unit as a rotating body rotation angle.
前記第4算出部は、
前回算出された前記第2回転角度に基づいたカットオフ周波数よりも大きい周波数が低減された新たな前記第2回転角度を算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の回転角度検出装置。
The fourth calculation unit includes:
2. The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the second rotation angle is calculated by reducing a frequency greater than a cutoff frequency based on the second rotation angle calculated last time.
前記第4算出部は、
前記磁石の磁界によって発生する周波数よりも大きく、かつ前記磁石以外の磁界発生部の磁界によって発生する周波数よりも小さい周波数である前記カットオフ周波数よりも大きい周波数が低減された新たな前記第2回転角度を算出する
ことを特徴とする請求項2に記載の回転角度検出装置。
The fourth calculation unit includes:
The new second rotation in which a frequency greater than the cutoff frequency, which is a frequency greater than the frequency generated by the magnetic field of the magnet and smaller than the frequency generated by the magnetic field of the magnetic field generation unit other than the magnet, is reduced. The rotation angle detection device according to claim 2, wherein an angle is calculated.
前記出力部は、
前記偏差が所定値よりも大きい場合には、前記第1回転角度を前記回転体回転角度として出力すること
を特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の回転角度検出装置。
The output unit is
The rotation angle detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein when the deviation is larger than a predetermined value, the first rotation angle is output as the rotation body rotation angle.
前記出力部は、
前記偏差が第1所定値よりも大きく、かつ第2所定値以下の場合には、前記第1回転角度と前記第4算出部によって算出された前記第2回転角度との間の回転角度を前記回転体回転角度として出力し、
前記偏差が前記第2所定値よりも大きい場合には、前記第1回転角度を前記回転体回転角度として出力すること
を特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の回転角度検出装置。
The output unit is
When the deviation is greater than a first predetermined value and less than or equal to a second predetermined value, a rotation angle between the first rotation angle and the second rotation angle calculated by the fourth calculation unit is Output as the rotating body rotation angle,
The rotation angle detection according to any one of claims 1 to 3, wherein when the deviation is larger than the second predetermined value, the first rotation angle is output as the rotating body rotation angle. apparatus.
前記出力部は、
前記偏差が第1所定値よりも大きく、かつ前記第2所定値以下の場合には、前記偏差が大きくなるにつれて前記第1回転角度に近い値を前記回転体回転角度として出力すること
を特徴とする請求項5に記載の回転角度検出装置。
The output unit is
When the deviation is greater than a first predetermined value and less than or equal to the second predetermined value, a value close to the first rotation angle is output as the rotating body rotation angle as the deviation increases. The rotation angle detection device according to claim 5.
回転体に取り付けられた回転角度検出用の磁石の磁界を検出する磁気式角度センサから出力された信号に基づいて前記回転体の第1回転角度を算出する第1算出工程と、
前記第1回転角度と、前回算出された第2回転角度との偏差がゼロとなるようなフィードバック制御により推定角速度を算出する第2算出工程と、
前記推定角速度に基づいて回転角度変化量を算出する第3算出工程と、
前回算出された前記第2回転角度に前記回転角度変化量を加算して新たな前記第2回転角度を算出する第4算出工程と、
前記第4算出工程によって算出された前記第2回転角度を、回転体回転角度として出力する出力工程と
を含むことを特徴とする回転角度検出方法。
A first calculation step of calculating a first rotation angle of the rotating body based on a signal output from a magnetic angle sensor for detecting a magnetic field of a rotation angle detecting magnet attached to the rotating body;
A second calculation step of calculating an estimated angular velocity by feedback control such that a deviation between the first rotation angle and the previously calculated second rotation angle is zero;
A third calculation step of calculating a rotation angle change amount based on the estimated angular velocity;
A fourth calculation step of calculating a new second rotation angle by adding the rotation angle change amount to the previously calculated second rotation angle;
An output step of outputting the second rotation angle calculated in the fourth calculation step as a rotating body rotation angle.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113841028A (en) * 2019-05-27 2021-12-24 三菱电机株式会社 Angle detector, control device for AC rotating machine, and electric power steering device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113841028A (en) * 2019-05-27 2021-12-24 三菱电机株式会社 Angle detector, control device for AC rotating machine, and electric power steering device
CN113841028B (en) * 2019-05-27 2023-12-22 三菱电机株式会社 Angle detector, AC rotating motor control device and electric power steering device

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