特開 2020-205716 モータ制御装置およびオフセット量算出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-205716(P2020-205716A)

(43)【公開日】2020年12月24日

(54)【発明の名称】モータ制御装置およびオフセット量算出方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/18 20160101AFI20201127BHJP

   H02P 21/22 20160101ALI20201127BHJP

【ＦＩ】

   H02P21/18

   H02P21/22

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2019-113157(P2019-113157)

(22)【出願日】2019年6月18日

(71)【出願人】

【識別番号】000237592

【氏名又は名称】株式会社デンソーテン

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】下村 晃一

(72)【発明者】

【氏名】高木 智也

【テーマコード（参考）】

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H505DD03

5H505DD08

5H505EE41

5H505EE49

5H505GG04

5H505HB01

5H505JJ03

5H505JJ25

5H505LL22

5H505LL39

5H505LL41

5H505MM19

5H505PP01

(57)【要約】

【課題】モータに負荷が接続された状態で角度センサのオフセット量を算出すること。
【解決手段】実施形態に係るモータ制御装置は、電流指示部と、オフセット量算出部とを備える。電流指示部は、ｄ―ｑ電流の電流位相に基づいて、３相交流モータのトルクが反転するように３相電流を制御する。オフセット量算出部は、ｄ―ｑ電流の電流位相と、角度センサによって検出される３相交流モータの回転角度とに基づき、当該回転角度に含まれるオフセット量を算出する。また、オフセット量算出部は、３相交流モータに接続されたギアの遊びに基づいて変化する記回転角度を用いて、オフセット量を算出する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ｄ―ｑ電流の電流位相に基づいて、３相交流モータのトルクが反転するように３相電流を制御する電流指示部と、
前記電流指示部によって制御される前記ｄ―ｑ電流の電流位相と、角度センサによって検出される前記３相交流モータの回転角度とに基づいて、当該回転角度に含まれるオフセット量を算出するオフセット量算出部と
を備え、
前記オフセット量算出部は、
前記３相交流モータに接続されたギアの遊びに基づいて変化する前記回転角度を用いて、前記オフセット量を算出すること
を特徴とするモータ制御装置。

【請求項2】

前記オフセット量算出部は、
前記ギアの遊びに基づいて変化する前記回転角度と、前記電流位相が示す回転角度との差分を前記オフセット量として算出すること
を特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。

【請求項3】

前記電流指示部は、
前記トルクが正方向および逆方向にそれぞれ反転するように、前記３相電流を制御し、
前記オフセット量算出部は、
前記正方向および前記逆方向のそれぞれの前記オフセット量に基づいて、最終的なオフセット量を決定すること
を特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。

【請求項4】

ｄ―ｑ電流の電流位相に基づいて、３相交流モータのトルクが反転するように３相電流を制御する電流指示工程と、
前記電流指示工程によって制御される前記ｄ―ｑ電流の電流位相と、角度センサによって検出される前記３相交流モータの回転角度とに基づいて、当該回転角度に含まれるオフセット量を算出するオフセット量算出工程と
を含み、
前記オフセット量算出工程は、
前記３相交流モータに接続されたギアの遊びに基づいて変化する前記回転角度を用いて、前記オフセット量を算出すること
を特徴とするオフセット量算出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータ制御装置およびオフセット量算出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、モータの回転角度を検出する角度センサのオフセット量を算出するモータ制御装置がある。かかるモータ制御装置は、モータを外部から回転させたときに生じる誘起電圧に基づいて、オフセット量を算出する（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平９−５６１９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来技術では、モータに負荷が接続された状態で角度センサのオフセット量を算出することができなかった。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、モータに負荷が接続された状態で角度センサのオフセット量を算出することができるモータ制御装置およびオフセット量算出方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、実施形態に係るモータ制御装置は、電流指示部と、オフセット量算出部とを備える。前記電流指示部は、ｄ―ｑ電流の電流位相に基づいて、３相交流モータのトルクが反転するように３相電流を制御する。前記オフセット量算出部は、前記電流指示部によって制御される前記ｄ―ｑ電流の電流位相と、角度センサによって検出される前記３相交流モータの回転角度とに基づき、当該回転角度に含まれるオフセット量を算出する。また、前記オフセット量算出部は、前記３相交流モータに接続されたギアの遊びに基づいて変化する前記回転角度を用いて、前記オフセット量を算出する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、モータに負荷が接続された状態で角度センサのオフセット量を算出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1A】図１Ａは、モータシステムの概要を示す図である。

【図1B】図１Ｂは、ギアの遊びを示す模式図である。

【図2】図２は、制御装置のブロック図である。

【図3】図３は、電流位相とセンサ値との関係を示す図（その１）である。

【図4】図４は、電流位相とセンサ値との関係を示す図（その２）である。

【図5】図５は、オフセット量とｄ−ｑ電流の関係を示す図である。

【図6】図６は、モータ制御装置が実行する処理手順を示すフローチャート（その１）である。

【図7】図７は、モータ制御装置が実行する処理手順を示すフローチャート（その２）である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付図面を参照して、実施形態に係るモータ制御装置およびオフセット量算出方法について説明する。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。

【0010】

まず、図１Ａを用いて、実施形態に係るモータ制御装置およびオフセット量算出方法の概要について説明する。図１Ａは、モータ制御システムの概要を示す図である。図１Ａに示すモータシステム１００は、モータ制御装置１と、モータ２と、角度センサ３と、インバータ４とを備える。

【0011】

モータ２は、例えば、永久磁石をロータ表面に貼り付けた表面磁石型（ＳＰＭ：Surface Permanent Magnet）の同期モータであり、例えば負荷５に接続される。角度センサ３は、モータ２に設けられ、モータ２が基準位置からどれだけ回転したかを示す角度位置を検出する。

【0012】

モータ制御装置１は、電流ベクトル制御によってモータ２の制御を行う。モータ制御装置１は、ｄ-ｑ座標系において電流制御を実施し、３相座標系に変換した電圧をインバータ４を介してモータ２に出力することでモータ２の制御を行う。

【0013】

また、モータ制御装置１は、角度センサ３が検出したモータ２の回転角度に基づいて、モータ２の制御を行う。ここで、例えば、角度センサ３の取付誤差によって、角度センサ３の設置位置が基準位置からずれてしまう場合がある。この場合、角度センサ３の設置位置のずれ量に応じたオフセット量が角度センサ３の検出結果（以下、センサ値と記載する）に含まれる場合がある。

【0014】

このため、一般的に、角度センサのセンサ値に含まれるオフセット量を予め算出しておくことで、角度センサのセンサ値を補正する補正処理が行われる。かかるオフセット量の算出方法として、外部からモータを回転させたときに生じる誘起電圧に基づいて、オフセット量を算出する技術がある。

【0015】

しかしながら、かかる技術においては、角度センサに負荷が接続されている状況において、オフセット量を算出することができなかった。このため、モータの設置時においては、モータに負荷が接続されていない状況で、オフセット量を算出しなければならず、製造工程が制約されてしまう。

【0016】

そこで、実施形態に係るモータ制御装置１は、モータ２に負荷５が接続された状況であっても、オフセット量を算出可能とすることにした。具体的には、実施形態に係るモータ制御装置１では、モータに接続されたギアの遊び、いわゆるバックラッシュに着目し、オフセット量を算出する。

【0017】

図１Ｂは、ギアの遊びを示す模式図である。なお、図１Ｂでは、第１ギアＧ１または第２ギアＧ２のいずれかに一方にモータ２が接続され、他方に負荷５が接続されているものとする。

【0018】

図１Ｂに示すように、遊びＡは、第１ギアＧ１の歯と、第２ギアＧ２の歯との隙間のことを指す。すなわち、実施形態に係るモータ制御装置１では、モータ２に負荷５が接続された状況であっても、モータ２が遊びＡの分だけ無負荷状態で回転する点に着目し、オフセット量を算出することとした。

【0019】

これにより、実施形態に係るモータ制御装置１では、モータ２に負荷５が接続された状況であっても、負荷５が接続されていない状況と同等の状況で、オフセット量を算出することが可能となる。なお、かかるオフセット量の算出方法の具体例については、図３Ａ以降の図面を用いて説明する。

【0020】

次に、図２を用いて実施形態に係るモータ制御装置１の構成例について説明する。図２は、モータ制御装置１のブロック図である。なお、図２においては、モータシステム１００を併せて示す。

【0021】

図２に示すように、モータ制御装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や記憶部（図示せず）などを備えたマイクロコンピュータであり、モータシステム１００全体を制御する。

【0022】

モータ制御装置１は、電流指示部１０と、電流制御部２０と、オフセット量算出部３０とを備える。

【0023】

モータ制御装置１のＣＰＵは、例えばＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、電流指示部１０、電流制御部２０およびオフセット量算出部３０として機能する。

【0024】

また、電流指示部１０、電流制御部２０およびオフセット量算出部３０の少なくともいずれか一つまたは全部をＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成することもできる。

【0025】

電流指示部１０は、インバータ４を介してモータ２へ通電させる各相電流の電流値を決定し、かかる電流値に基づく指令情報を電流制御部２０へ通知する。この指令情報には、電流位相に関する情報、電流の大きさに関する情報などが含まれる。

【0026】

ところで、上述したように、モータ制御装置１では、オフセット量を算出する「算出モード」を有する。この算出モードは、例えば、製造段階等の製品の出荷前に行われるモードである。

【0027】

電流指示部１０は、算出モードにおいて、角度センサ３のセンサ値に含まれるオフセット量を算出するための指令情報を電流制御部２０へ通知する。本実施形態において、電流指示部１０は、算出モードにおいては、ｄ−ｑ電流の電流位相に基づき、モータ２のトルクが反転するように３相電流を制御する。

【0028】

また、算出モードにおいて、電流指示部１０は、現在の角度センサ３のセンサ値に基づき、各相電流の初期値を設定し、かかる初期値から徐々に一方向（正方向又は負方向）へ電流位相を変化させることで、モータ２のトルクを反転させる。

【0029】

このとき、電流指示部１０は、角度センサ３のセンサ値を監視しておき、かかるセンサ値に基づいて、トルクが反転したか否かを判定することができる。そして、電流指示部１０は、センサ値が変化しなかった場合、すなわち、トルクが反転しなかった場合に、電流位相を更新していき、センサ値が変化したときの電流位相に関する情報をオフセット量算出部３０へ通知する。

【0030】

電流制御部２０は、電流指示部１０から通知される指令情報に基づき、ＰＷＭ信号を生成し、インバータ４へ出力する。これにより、インバータ４から指令情報に応じた３相電流がモータ２へ通電されることになる。また、電流制御部２０は、モータ２に流れる３相電流の値を、指令情報に基づく電流位相と、各相電流の実際の電流位相とのズレおよび電流の大きさのズレとを補正するフィードバック制御を行う。

【0031】

オフセット量算出部３０は、ｄ―ｑ電流の電流位相と、角度センサ３によって検出されるモータ２の回転角度（センサ値）とに基づき、当該回転角度（センサ値）に含まれるオフセット量を算出する。本実施形態において、オフセット量算出部３０は、モータ２のトルクが反転した際に、モータ２に接続されたギアの遊びＡに基づいて変化する回転角度に基づいてオフセット量を算出する。

【0032】

図３および図４は、電流位相とセンサ値との関係を示す図である。なお、図３のＡおよび図４のＡには、ｄ−ｑ電流の電流位相をそれぞれ示し、図３のＢおよび図４のＢには、角度センサ３のセンサ値をそれぞれ示す。また、ここでは、オフセット量がある程度小さい場合（電流位相で−３０°〜３０°の範囲）を想定して説明する。

【0033】

図３に示すように、電流位相を−３０°から徐々に増加させた場合、オフセット量が「０」であれば、すなわち、角度センサ３のセンサ値にオフセット量が含まれなければ、電流位相が「０°」になる時刻ｔ１において、モータ２のトルクが負トルクから正トルクへ反転する。

【0034】

これに対して、オフセット量が「０」以外である場合、図３に示すように、電流位相が「０°」以外で、センサ値が正方向に変化する。

【0035】

オフセット量算出部３０は、センサ値が正方向に変化した時の電流位相に基づき、正トルク側の第１オフセット量θ１を算出する。図３に示す例では、センサ値が正方向に変化したときの電流位相がθ１だけ０°からずれていることを示す。したがって、角度センサ３の設置位置と基準位置とのズレは、「θ１−０°」となり、第１オフセット量θ１となる。

【0036】

また、図４に示すように、電流指示部１０は、モータ２のトルクが正トルクから負トルクへ反転するように電流位相を変化させ、オフセット量算出部３０は、センサ値が負へ変化した時の電流位相の値に基づいて、第２オフセット量θ２を算出することも可能である。

【0037】

このように、モータ制御装置１は、トルクが反転するまでｄ−ｑ電流の電流位相を変化させ、センサ値が変化したときの電流位相に基づいてオフセット量を算出する。また、モータ制御装置１では、図１Ｂに示した遊びＡに着目したことで、モータ２に負荷５が接続された状態で、オフセット量を算出することが可能となる。

【0038】

なお、上記の例では、電流位相を−３０°〜＋３０°の範囲で変化させる場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、電流位相の初期値や電流位相を変化させる範囲については、任意に変更することにしてもよい。

【0039】

また、トルクが反転した時点で、オフセット量を算出することができるので、トルクが反転した時点で、「算出モード」を終了することにしてもよい。

【0040】

ところで、モータ制御装置１は、図３および図４にそれぞれ示した第１オフセット量θ１および第２オフセット量θ２に基づいて、最終的なオフセット量を決定することも可能である。具体的には、例えば、オフセット量算出部３０は、第１オフセット量θ１および第２オフセット量θ２の平均値を最終的なオフセット量θとして算出する。

【0041】

つまり、実施形態に係るモータ制御装置１では、負トルクから正トルク、正トルクから負トルクに反転させたときの双方のオフセット量に基づき、最終的なオフセット量θを算出する。

【0042】

これにより、実施形態に係るモータ制御装置１では、オフセット量θの算出精度を高めることが可能となる。図５は、オフセット量とｄ−ｑ電流との関係を示す模式図である。図５に示すように、補正前のｄ軸およびｑ軸は、真のｄ軸および真のｑ軸である真ｄ軸、真ｑ軸からオフセット量θだけずれていることになる。

【0043】

このため、モータ制御装置１は、ｄ軸およびｑ軸をオフセット量θだけ回転させることで、真ｄ軸および真ｑ軸を求めることができる。

【0044】

次に、図６および図７を用いて、実施形態に係るモータ制御装置１が実行する処理手順について説明する。図６および図７は、モータ制御装置１が実行する処理手順を示すフローチャートである。図６では、第１オフセット量θ１または第２オフセット量θ２の算出手順を示す。

【0045】

まず、図６に示すように、モータ制御装置１は、まず、角度センサ３のセンサ値を取得すると（ステップＳ１０１）、かかるセンサ値に基づいて電流位相の初期値を設定する（ステップＳ１０２）。

【0046】

続いて、モータ制御装置１は、かかる初期値にてモータ２へ通電を行い（ステップＳ１０３）、その後、角度センサ３のセンサ値が所定方向に変化したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。

【0047】

モータ制御装置１は、ステップＳ１０４の判定処理において、センサ値が所定方向に変化していなかった場合（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、電流位相を更新して（ステップＳ１０５）、ステップＳ１０３の処理へ移行する。

【0048】

一方、モータ制御装置１は、ステップＳ１０４の判定処理において、センサ値が所定方向に変化した場合（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、センサ値が変化した時の電流位相の値を取得し（ステップＳ１０６）、かかる電流位相の値に基づいて、オフセット量（第１オフセット量θ１または第２オフセット量θ２）を算出し（ステップＳ１０７）、処理を終了する。

【0049】

続いて、図７を用いて、第１オフセット量θ１および第２オフセット量θ２に基づいて、最終的なオフセット量θを決定する際の処理手順について説明する。図７に示すように、モータ制御装置１は、図６に示したような処理手順によって、第１オフセット量θ１、第２オフセット量θ２をそれぞれ算出する（ステップＳ１１１）。

【0050】

続いて、モータ制御装置１は、第１オフセット量θ１および第２オフセット量θ２に基づいて、最終的なオフセット量θを決定して（ステップＳ１１２）、処理を終了する。

【0051】

上述したように、実施形態に係るモータ制御装置１は、電流指示部１０と、オフセット量算出部３０とを備える。電流指示部１０は、ｄ―ｑ電流の電流位相に基づき、モータ２（３相交流モータに対応）のトルクが反転するように３相電流を制御する。オフセット量算出部３０は、ｄ―ｑ電流の電流位相と、角度センサ３によって検出される３相交流モータの回転角度とに基づき、当該回転角度に含まれるオフセット量を算出する。

【0052】

また、オフセット量算出部３０は、前記３相交流モータに接続されたギアの遊びに基づいて変化する回転角度を用いて、オフセット量を算出する。したがって、実施形態に係るモータ制御装置１によれば、モータ２に負荷５が接続された状態で角度センサ３のオフセット量を算出することができる。

【0053】

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。また、本実施形態に係るギアに限定されず例えばベルトのたるみにも応用可能である。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。

【符号の説明】

【0054】

１ モータ制御装置
２ モータ
３ 角度センサ
４ インバータ
５ 負荷
１０ 電流指示部
２０ 電流制御部
３０ オフセット量算出部
１００ モータシステム
Ａ 遊び

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】