特開 2020-205718 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2020-205718(P2020-205718A)

(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 23/14 20060101AFI20201127BHJP

【ＦＩ】

   H02P23/14

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2019-113209(P2019-113209)

(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

5H505GG04

5H505HB01

5H505JJ03

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、３相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、３相電流の電流位相と、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、トルクが反転した際に、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に基づいて、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】

３相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３相電流の電流位相と、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】

前記電流指示部は、
前記電流位相が一の方向へ変化するように、前記３相電流を制御し、
前記オフセット量算出部は、
前記トルクが反転する２つの反転ポイントのうち、前記一の方向に対応する反転ポイントに基づく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
を特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。

【請求項3】

前記オフセット量算出部は、
前記回転角度が前記ギアの遊びに基づいて変化する変化区間において、前記オフセット量を少なくとも２回以上算出し、当該２回以上算出した前記オフセット量に基づいて、最終的なオフセット量を算出すること
を特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。

【請求項4】

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算出すること
を特徴とする請求項２または３に記載のモータ制御装置。

【請求項5】

３相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３相電流の電流位相と、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、３相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３相電流の電流位相と、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、前記トルクが反転した際に、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に基づいて、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、モータ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である。

【図4】図４は、変化区間の拡大模式図である。

【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回転角度を検出する。

【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。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が無負荷状態で遊びＡの分だけ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下において、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、製品の出荷前などにおいては、オフセット量を算出する「算出モード」を有する。

【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、３相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、３相電流の初期値を設定し、かかる初期値から徐々に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、センサ値に変動がなければ、３相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から通知された指令情報に基づき、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各相電流がモータ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に流れる各相電流の値を、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、３相電流の電流位相と、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。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センサ値を用いて、オフセット量を算出する。

【0032】

図３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には、３相電流の電流位相を示し、図３のＢには、角度センサ３のセンサ値を示す。また、ここでは、センサ値のオフセット量が全く未知であるものとし、電流位相を０°〜３６０°に変化させる場合を示す。

【0033】

ここで、ｄ−ｑ電流で考えると、ｑ軸電流が「０」を跨いだ場合に、モータ２のトルクが反転し、モータ２のトルクが反転すると、遊びＡ分だけ、モータ２が回転するため、センサ値が変化することになる。

【0034】

また、図３に示すように、電流位相を０°から３６０°まで徐々に増加させた場合、トルクが反転する反転ポイントが２回発生する。図３に示す例では、１回目の反転ポイントが負トルクから正トルクへ反転する反転ポイントであり、２回目の反転ポイントが正トルクから負トルクへ反転する反転ポイントである場合を示す。

【0035】

一回目の反転ポイントを超えると、センサ値が電流位相にあわせて遊びＡ分だけ変化する変化区間（以下、第１区間Ｄ１と記載する）となり、２回目の反転ポイントを超えると、センサ値が一気に変化する変化区間（以下、第２区間Ｄ２と記載する）となる。

【0036】

ここで、第１区間Ｄ１は、モータ２のロータ（不図示）の極（Ｎ極、Ｓ極）が、コイルに生じる極と引き付けあうため、電流位相にあわせてセンサ値が変化し、第２区間Ｄ２においては、ロータの極と、コイルの極とが反発するので、モータ２が一気に回転する。

【0037】

本実施形態において、オフセット量算出部３０は、トルクが反転する２つの反転ポイントのうち、電流位相の変化方向に対応する反転ポイント、すなわち、上記の１回目の反転ポイントに基づくセンサ値を用いて、オフセット量を算出する。

【0038】

より詳しくは、オフセット量算出部３０は、電流位相を増加させる場合、トルクの反転した場合に、センサ値が増加する第１区間Ｄ１をオフセット量の算出対象とし、トルクの反転した場合に、センサ値が減少する第２区間Ｄ２をオフセット量の算出対象外とする。

【0039】

言い換えれば、第２区間Ｄ２では、電流位相と、センサ値との対応関係が崩れるため、第２区間Ｄ２において、オフセット量を算出しない。つまり、オフセット量算出部３０は、第１区間Ｄ１において、オフセット量を算出することで、オフセット量を精度よく算出することが可能となる。

【0040】

図４は、第１区間Ｄ１の拡大模式図である。なお、図４に示すように、第１区間Ｄ１は、電流位相の傾きα１と、センサ値の傾きα２とを等しくなる区間とも言える。

【0041】

図４に示すように、例えば、オフセット量算出部３０は、第１区間Ｄ１の突入時において、オフセット量の算出を開始し、第１区間Ｄ１が終了時にオフセット量の算出を停止する。

【0042】

電流位相が示す回転角度と、センサ値が示す回転角度との差分がオフセット量となり、例えば、オフセット量算出部３０は、第１区間Ｄ１において、オフセット量を逐次算出する。そして、オフセット量算出部３０は、算出したオフセット量の平均値を最終的なオフセット量として求めることができる。

【0043】

このように、オフセット量算出部３０は、第１区間Ｄ１において、オフセット量を算出することで、複数のポイントでオフセット量を算出することができ、複数のポイントで算出したオフセット量に基づいて、最終的なオフセット量を求めることで、オフセット量の精度を向上させることができる。

【0044】

このように、モータ制御装置１は、３相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。

【0045】

なお、第１区間Ｄ１におけるオフセット量の算出回数は、オフセット量に求められる精度に応じて適宜変更することにしてもよい。また、第１区間Ｄ１においては、オフセット量の希望算出回数に応じて電流位相の変化率（傾きα１に対応）を適宜変更することにしてもよい。

【0046】

すなわち、遊びＡが小さい場合には、電流位相をゆっくり変化させることにしてもよいし、あるいは、遊びＡが大きい場合には、電流位相を素早く変化させることにしてもよい。

【0047】

また、オフセット量の精度を向上させる観点から、電流位相を徐々に減少させた場合における第１区間Ｄ１において、オフセット量を算出し、かかるオフセット量と、電流位相を増加させたときのオフセット量とに基づいて、最終的なオフセット量を算出することも有効である。かかる場合、例えば、双方のオフセット量の平均値を最終的なオフセット量として算出する。なお、電流位相を減少させる場合における第１区間Ｄ１とは、トルクが負トルクから正トルクへ反転し、センサ値が減少する区間を示す。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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、オフセット量を第１区間に１回算出する場合の処理手順を示す。

【0051】

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）。

【0052】

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）。

【0053】

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。

【0054】

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θを算出し（ステップＳ１０７）、処理を終了する。

【0055】

続いて、図７を用いて、第１区間Ｄ１において複数回オフセット量を算出する場合における処理手順について説明する。なお、図７では、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０５の処理については、図６の説明と重複するため、説明を省略する。

【0056】

図７に示すように、モータ制御装置１は、センサ値が所定方向に変化した場合、すなわち、第１区間Ｄ１に突入した場合（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、オフセット量の算出を開始する（ステップＳ１１１）。

【0057】

続いて、モータ制御装置１は、電流位相を更新し（ステップＳ１１２）、センサ値の変化が継続しているか否かを判定する（ステップ１１３）。ここで、モータ制御装置１は、センサ値の変化が継続している場合（ステップ１１３，Ｙｅｓ）、ステップＳ１１２の処理へ移行する。すなわち、センサ値の変化が継続している期間については、モータ２が第１区間Ｄ１で回転しているため、オフセット量の算出を継続して行うことになる。

【0058】

また、モータ制御装置１は、センサ値の変化が終了した場合（ステップＳ１１３，Ｎｏ）、オフセット量の算出を停止し（ステップＳ１１４）、最終的なオフセット量を算出して（ステップＳ１１５）、処理を終了する。つまり、モータ制御装置１は、第１区間Ｄ１から逸脱した場合に、オフセット量の算出を停止し、第１区間Ｄ１において算出したオフセット量から最終的なオフセット量を算出することになる。

【0059】

なお、ステップＳ１１１の処理を「電流位相とセンサ値との記録を開始」、ステップＳ１１４の処理を「電流位相とセンサ値との記録を停止」として置き換えることにしてもよい。

【0060】

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、３相電流の電流位相に基づいて、モータ２（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３０は、３相電流の電流位相と、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。

【0061】

また、オフセット量算出部３０は、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。

【0062】

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】

【0063】

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】