JP2001128484A - 同期モータの検出位置補正方法 - Google Patents
同期モータの検出位置補正方法Info
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Abstract
的に補正することによりコスト低減を図った同期モータ
の検出位置補正方法を提供する。 【解決手段】 2相を短絡した3相同期モータに所定の
電流し、3相同期モータを所定の位置に停止させる。3
相同期モータが所定の位置に停止するとレゾルバ101
はモータの位置検出を行い、検出したモータ位置をR/
D変換器102へ出力する。R/D変換器102は、レ
ゾルバ101の出力からモータ位置を算出し、このモー
タ位置をディジタル変換したものをマイコン103へ出
力する。マイコン103は、受信したモータの位置と、
予めEEPROM104に記憶されていた理論位置との
差を求め補正値を算出する。マイコン103は、この補
正値をEEPROM104格納し、以後、モータの検出
時には、検出されたモータ位置をこの補正値に基づいて
補正する。
Description
位置検出値を予め設定された補正値に基づいて自動補正
し、この値に基づいてモータを制御する同期モータの検
出位置補正方法に関する。
るパラレルハイブリッド車両がある。このパラレルハイ
ブリッド車両は、例えば、加速時においてはモータによ
ってエンジンの出力をアシストし、減速時においては、
減速回生によってバッテリ等への充電を行うなど、様々
な制御を行い、バッテリの残容量を確保しつつ運転者の
要求を満足できるようになっている。
パラメータの一つとして、モータの位置検出があるが、
このモータの位置検出については、モータに取り付けら
れているセンサによって行われている。しかし、モータ
に対して、このモータの位置を検出するモータ位置セン
サの取り付け位置がずれていた場合、このセンサによっ
て検出されるモータ位置には誤差が生じてしまう。この
ようにモータの位置検出に誤差が生じると、この値に基
づいて算出されるモータの実トルクの値などに大きく影
響してしまうため、算出される実トルクの値には大きな
誤差が生じることとなった。
るべく生じさせないために、モータ位置センサをモータ
に正確に取りつけることが必要であった。しかし、この
ような高精度なモータへの取り付けは、人による最終調
整などが必要となり、大変な時間とコストがかかるとい
う問題があった。
もので、取り付け位置のずれで生じる検出誤差を自動的
に補正することによりコスト低減を図った同期モータの
検出位置補正方法を提供することを目的とする。また、
これによりモータ位置センサの検出精度を向上させた同
期モータの検出位置補正方法を提供することを目的とす
る。
に、本発明は、3相同期モータ(実施形態ではモータ
2)のコイルに所定の直流電流を流し(実施形態では、
ステップSA1)、前記所定の電流(モータの回転子を
動かすだけのトルクを発生する電流)を流すことで理論
位置(前記電流をモータに流すことにより固定子に発生
する磁極と回転子の永久磁石との相互関係によりモータ
が停止する位置)に停止した該3相同期モータの位置を
検出し(実施形態では、ステップSA3)、検出された
前記モータ位置と予め設定されている理論位置との差を
求めて補正値とし(実施形態ではステップSA4)、前
記補正値に基づいて検出された前記モータ位置を補正す
る(実施形態では、SB1)ことを特徴とする。
2相(実施形態では、v相、w相)を短絡し、短絡され
た該コイル2相と残りのコイル1相(実施形態ではu
相)に所定の電流(モータの回転子を動かすだけのトル
クを発生する電流)を流し(実施形態ではSA1)、前
記所定の電流を流すことで理論位置に停止した該3相同
期モータの位置を検出し(実施形態では、ステップSA
3)、検出された前記モータ位置と予め設定されている
理論位置との差を求めて補正値とし(実施形態ではSA
4)、前記補正値に基づいて検出された前記モータ位置
を補正する(実施形態ではステップSB1)ことを特徴
とする。
2相(実施形態では、u相、v相)に所定の電流を流し
(実施形態では、ステップSA1)、前記所定の電流を
流すことで理論位置に停止した該3相同期モータの位置
を検出し(実施形態では、ステップSA3)、検出され
た前記モータ位置と予め設定されている理論位置との差
を求めて補正値とし(実施形態では、ステップSA
4)、前記補正値に基づいて検出された前記モータ位置
を補正する(実施形態では、ステップSB1)ことを特
徴とする。
高精度位置補正が可能となる。また、センサを任意に取
りつけることができるため、人による最終調整等の工数
を自動化することができ、コスト削減の効果を得ること
ができる。
モリ(実施形態では、EEPROM104)に記憶する
ことを特徴とする。これにより、モータ位置検出のたび
に、補正値を算出する必要がなくなり、モータ位置検出
に要する時間の短縮化及び簡単化を図ることができる。
性メモリ(実施形態では、EEPROM104)と、前
記モータの位置を検出する位置センサ(実施形態では、
レゾルバ101)と、前記不揮発性メモリに格納された
補正値と、前記位置センサにより検出されたモータ位置
とに基づいてモータを制御する制御手段(実施形態で
は、マイコン103)とを具備することを特徴とする。
このように構成されることにより、モータ位置の高精度
検出が可能であるモータ式車両を実現することができ
る。
共に説明する。図1は、本発明の第1の実施形態におけ
るモータ位置補正量算出装置の構成を示すブロック図で
ある。
り、所定の分解能でモータ位置を検出するモータ位置セ
ンサである。このレゾルバによれば、モータの基準位置
が検出されるまで絶対位置が検出不可能となるエンコー
ダ等のモータ位置検出センサと異なり、システム起動直
後、即ち、駆動電源オン、オフ直後でもモータの絶対位
置を確定できる。
ログ信号であるモータの検出位置は、R/D変換器10
2によりディジタル信号に変換され、マイコン103へ
出力される。マイコン103は、レゾルバ101の取り
付け時には、レゾルバから出力された実際のモータの検
出位置と、予めメモリに格納されている理論値とを比較
し、補正量を算出する処理を行い、また、モータの駆動
時には、レゾルバ101によって検出されたモータ位置
に基づいてモータの制御を行う。マイコン103は、レ
ゾルバ101からの正確な磁極位置情報の供給を受け
て、任意の磁極位置にて最適な電圧値を算出し、モータ
制御を行う。
出処理について図1〜図3を参照し説明する。このモー
タ位置補正量算出処理にあたって、まず、3相同期モー
タのそのコイルの2相(v相、w相)を図2に示すよう
に短絡する。3相同期モータを上述のように接続した
後、図3のステップSA1において、図2のスイッチS
W1をオンする。スイッチSW1がオンされることによ
り、2相(v相、w相)を短絡した3相同期モータに所
定の直流電圧が印加され、所定の直流電流が3相同期モ
ータの各相に所定の電流が流れる。
相、w相)に流れる交流電流が変化することにより回転
磁界が発生し、これによりモータが駆動される。しか
し、ここでは2相が短絡されているため、3相同期モー
タ2には回転磁界が発生せず、3相同期モータの磁石位
置と、所定の電流をコイルに流すことによって生じる磁
極の位置との相互関係により、3相同期モータが所定の
位置に停止することとなる(図3のステップSA2)。
なお、3相同期モータが停止する位置についての詳細は
後述する。
停止すると、モータに設置されているレゾルバ101か
ら、モータの位置に関する信号が出力される。レゾルバ
101の検出結果(データ)がR/D変換器102へ出
力されると、R/D変換器(レゾルバ/ディジタル変換
器)は、レゾルバ101から受信した信号に基づいてモ
ータ位置を算出し、このモータ位置データをディジタル
変換し、マイコン103へ出力する(図2のステップS
A3)。
て検出されたモータ位置と、予めEEPROM104に
記憶されていた理論位置とを比較する。この理論位置と
は、図1のように3相同期モータの2相を短絡して所定
の電圧を印加した時に、3相同期モータが停止するであ
ろう位置についての位置データである。マイコン103
は、この理論位置と、レゾルバ101からR/D変換器
102を介して入力された実際のモータ位置とを比較し
て、補正量を算出する。この補正量は下記の式で与えら
れる(図3のステップSA4)。 補正値=理論位置−レゾルバによって検出されたモータ位置 (1)
出すると、算出した補正値を位置補正量格納部であるE
EPROM104へ出力し、EEPROM104に算出
された補正値が格納される(図3のステップSA5)。
なお、このモータ位置補正量算出処理は、製品の出荷時
等(モータへのレゾルバ取り付け時)に行われ、以後、
この処理によって得られた補正値は、制御装置内の記憶
部(EEPROM104)に格納され、モータが取り外
されたりすることが無い限り、例えば、工場での耐久劣
化などで部品を取り替えない限り、EEPROM104
に格納されている補正値に基づいて、モータの絶対位置
の補正が行われる。また、上述のステップSA1〜SA
5までの一連の処理は、本実施形態においては、プログ
ラムなどにより自動的に行われるものである。
された後の、モータ位置検出処理について図4を参照し
て説明する。図1のR/D変換器102は、所定のタイ
ミングでレゾルバ101へ励磁信号を出力する。これに
より、レゾルバ101はモータ位置を検出すると、この
検出位置データをR/D変換器102へ送信する。R/
D変換器102は、レゾルバ101によって検出された
モータ検出位置をディジタル変換し、このディジタル信
号をマイコン103へ出力する。
らモータ位置に関する信号を受信すると、これと同時に
EEPROM104に格納されている補正値を読み出
し、この補正値にしたがって、R/D変換器102から
送信されたモータ検出位置を補正する(図4ステップS
B1)。これにより、レゾルバ101の設置位置にずれ
が生じている場合でも、正確なモータの絶対位置を検出
することが可能となる。
の構造とともに、補正値算出時におけるモータの回転子
の動作について図を参照して説明する。図7において、
符号51はモータシャフトである。符号71は回転子で
あり外周周辺には永久磁石73が所定の間隔で埋め込ま
れている。符号72は固定子であり、u相、v相、w相
74に所定の電流が流れることによりその付近に磁束が
発生し、回転子71が回転する。
タにおいて、図2に示したように3相同期モータの2相
を短絡して所定の電流を印加した場合の3相同期モータ
の磁石位置と、固定子に生じる磁極との位置関係につい
て図6を参照して説明する。なお、簡単のため図6に
は、3相同期モータにおける回転子71の永久磁石73
及び固定子72の各相のみを示し、これらの相互関係に
ついて説明する。
モータの固定子及び回転子の位置関係である。このよう
に無通電状態においては、固定子の各相に電流が流れて
いないため、固定子と回転子は任意の位置関係にある。
次に、図2に示すように2相(v相、w相)を短絡した
3相同期モータに所定の電圧を印加すると、図6(b)
にしめすような電流が各u相、v相、w相に流れ、これ
により、図中矢印で示すような磁束が固定子側に発生す
る。この結果、固定子側には、それぞれN、Sの磁極が
現れる。
ると、図6(c)に示すように固定子側に発生した磁極
性と反対の極である回転子側の永久磁石が引き寄せら
れ、回転子は磁力の釣り合いによって停止する。なお、
上記説明で3相同期モータに印加する電圧は、回転子を
動かすだけのトルクを発生する電流を発生するべき電圧
である。即ち、上述のように固定子側に磁極が発生し、
反対の極である永久磁石がこれに引き付けられ磁力の釣
り合いによって3相同期モータが停止する程度の電流を
流すことができる電圧である。
01について図5を参照して詳細に説明する。レゾルバ
101は、図5(a)に示すように回転子と固定子で形
成されている。図5(a)において、51はモータシャ
フトであり、被測定モータのモータシャフトにレゾルバ
101が設置されている。52は回転子であり、モータ
シャフト51とともに回転する。この回転子52の外周
は、モータシャフト51の突起部に対応したなだらかな
曲線の突起部が形成されている。符号53は、固定子で
あり、回転子52側の外周53−1には、図5の(b)
に示すように、巻き線が設けられている。
ータの位置検出の動作を簡単に説明する。図1のR/D
変換器102からレゾルバ励磁信号が出力されると、こ
の信号に基づいた正弦波(交流)などの励磁電圧が、レ
ゾルバ101内の固定子53の外周に設けられた巻き線
53−1に印加される。これにより、出力には、回転子
52と、固定子53とのギャップ長に応じた誘導電圧が
出力コイルに発生し、この誘導電圧がR/D変換器10
2へ出力信号として出力される。そして、R/D変換器
102によってこの誘導電圧が回転角度に変換され、モ
ータの絶対位置が検出されることとなる。
明する。第1の実施形態においては、モータ位置補正量
算出処理において、3相同期モータの2相を短絡し、こ
れに所定の電圧を印加することにより同モータを所定の
位置に停止させたが、本実施形態においては、所定の2
相、即ちu相、v相のみに所定の電圧を印加することに
より、同モータを所定の位置へと停止させ、補正量を算
出する。
8を参照して説明する。まず、第1の実施形態と同様、
スイッチSW2をオンすることにより、所定の電圧が3
相同期モータに印加され、所定の電流がu相及び、v相
に流れる。これにより3相同期モータは所定の位置に停
止する。このモータが停止する位置については図9を参
照して説明する。
においては、固定子の各相に電流が流れていないため、
3相同期モータの固定子及び回転子は任意の位置関係に
ある。次に、図8に示すように3相同期モータのu相、
v相のみに所定の電圧を印加すると、図9(b)に示す
ような電流が各u相、v相に流れ、これにより、図中矢
印で示すような磁束が固定子側に発生する。この結果、
固定子側には、それぞれN、Sの磁極が現れる。
ると、図9(c)に示すように固定子側に発生した磁極
性と反対の極である回転子側の永久磁石が引き寄せら
れ、回転子は磁力の釣り合いによって停止する。なお、
上記説明で3相同期モータに印加する電圧は、回転子を
動かすだけのトルクを発生する電流を発生するべき電圧
である。即ち、上述のように固定子側に磁極が発生し、
反対の極である永久磁石がこれに引き付けられ磁力の釣
り合いによって3相同期モータが停止する程度の電流を
流すことができる電圧である。
に停止すると、モータに設置されているレゾルバ101
から、モータの位置に関する信号が出力される。レゾル
バ101の検出結果(データ)がR/D変換器102へ
出力されると、R/D変換器(レゾルバ/ディジタル変
換器)は、レゾルバ101から受信した信号に基づいて
モータ位置を算出し、このモータ位置データをディジタ
ル変換し、マイコン103へ出力する。
て検出されたモータ位置と、予めEEPROM104に
記憶されていた理論位置とを比較する。この理論位置と
は、図8のように3相同期モータの2相(u相、v相)
のみに所定の電圧を印加した時に、3相同期モータが停
止するであろう位置についての位置データである。
ルバ101からR/D変換器102を介して入力された
実際のモータの絶対位置とを比較して、補正量を算出
し、算出した補正値は、位置補正量格納部であるEEP
ROM104へ格納される。そして、以後、レゾルバ1
01によって検出されたモータの絶対位置はEEPRO
M104に格納されている補正値に基づいて補正され、
補正された正確なモータ位置にしたがってマイコン10
3はモータの制御を行う。
の検出位置補正方法をパラレルハイブリッド車において
適応した応用例について説明する。図10にパラレルハ
イブリッド車両の概略構成図を示す。この図において、
符号1は燃料の燃焼エネルギーで作動するエンジンであ
り、符号2はエンジン1と併用して用いられ、電気エネ
ルギーで作動するモータである。エンジン1及びモータ
2の両方の駆動力は、オートマチックトランスミッショ
ンあるいはマニュアルトランスミッションよりなるトラ
ンスミッション(図示せず)を介して駆動輪(図示せ
ず)に伝達される。また、ハイブリッド車両の減速時に
は、駆動輪からモータ2に駆動力が伝達され、モータ2
は発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、
バッテリ3の充電を行う。なお、駆動用のモータ2とは
別に、バッテリ3の充電用の発電機を備える構成として
もよい。
位置センサとして、本発明の3相同期モータの制御装置
の一部であるレゾルバ101がモータ2のモータシャフ
トに取りつけられている。バッテリ3は、高圧系のバッ
テリであり、複数のセルを直列に接続したモジュールを
1単位として、更に複数個のモジュールを直列に接続し
て構成されている。符号4はパワードライブユニットで
あり、スイッチング素子が2つ直列接続されたものが3
つ並列接続されて構成されている。
置6からの制御指令を受けてパワードライブユニット4
により行われる。このモータ制御装置6は、本発明の3
相同期モータの制御装置の構成要件であるR/D変換器
102を有しており、また、マイコン103の機能を有
するCPU及びEEPROM104等のメモリ部から構
成される。また、モータ制御装置6は、パワードライブ
ユニット4内部のスイッチング素子を制御することによ
り、バッテリ3からの電力が3相線を介してモータ2に
供給されたり、あるいは、モータ2の回生電力がバッテ
リ3に供給される。
リ1を構成する各セル10−1〜10−Nの電圧V1〜
Vn、温度T1〜Tn、及び、バッテリ1を流れるバッ
テリ電流Ibattを所定のタイミングで検知し、これ
らの出力値から各セル10−1〜10−Nの残容量SO
Cを算出する。
ジン回転数NE、車速等を所定期間毎にモニタして、モ
ータ2の回生や、アシスト、減速などのモードを判断す
る。また同時に、エンジン制御装置7は、上述のモード
判定の結果と、バッテリ制御装置5から送信された残容
量SOCからアシスト/回生量の決定を行う。なお、バ
ッテリ制御装置5、モータ制御装置6、エンジン制御装
置7は、CPU(中央演算装置)およびメモリにより構
成され、制御装置の機能を実現するためのプログラムを
実行することによりその機能を実現させる。
両の出荷時等におけるモータ位置補正値算出処理につい
て説明する。まず、パワードライブユニット4のスイッ
チング素子を、3相同期モータであるモータ2を図2あ
るいは図8に示した接続とするようにオン、オフする。
次に、所定の電流をモータ2に印加すると、モータ2内
の固定子に磁極が発生し、この磁極と反対の磁極である
永久磁石が引き付けられ、この結果、回転子が停止す
る。モータ2が所定の位置で停止すると、モータ2の位
置センサであるレゾルバ1010は、モータ制御装置6
内に設けられたR/D変換器102からの励磁信号によ
りモータ2の位置検出を行う。
ると、モータ制御装置6内のR/D変換器102へモー
タ位置の情報を出力する。R/D変換器102は、レゾ
ルバ101からモータ位置情報を受信すると、この値を
ディジタル信号に変換し、モータ制御装置6内のCPU
へ出力する。CPUは、ROMに予め格納されているモ
ータの理論位置、即ち、モータ2が停止すべき位置につ
いてのデータを読み出し、この理論位置とレゾルバ10
1によって検出されたモータ位置とを比較する。
って検出されたモータ位置との差を求めることにより、
補正値を算出しこの補正値を不揮発性のメモリであるR
OMへ出力する。ROMは、この補正値を格納する。そ
して、補正値が上述したように求められ、モータ制御装
置6内のROMに格納されると、以後、モータ位置の検
出時には上述の補正値によりモータ位置が補正されるこ
ととなる。
単に説明する。先ず、バッテリ制御装置5がバッテリ3
側における電流Ibatt、電圧Vbatt、温度Tb
att等の値により残容量SOCを算出し、その値をモ
ータ制御装置6へ出力する。モータ制御装置6は、受信
したバッテリ1の残容量SOCの値をエンジン制御装置
7へ出力する。
から受信した残容量SOC、また、エンジン回転数、ス
ロットル開度、エンジントルクなどによりモード(アシ
スト、回生、始動、減速など)と、モータ2における必
要電力とを決定し、決定したモードと要求電力とをモー
タ制御装置6へ出力する。
からモード及び要求電力を受信すると、アシスト及び減
速時においては、パワードライブユニット7の入力側の
電力が、エンジン制御装置7から受信した要求電力にな
るように、また、クルーズ時においてはバッテリ3の出
力電力が要求電力になるように、目標トルクを算出す
る。
制御装置6は算出されたトルクにしたがってパワードラ
イブユニット4を制御する。また、モータ制御装置6
は、始動時において、パワードライブユニット4を制御
することにより、モータ2によるエンジン始動制御を行
う。
いて、レゾルバ101へ励磁信号を出力する。レゾルバ
101内の巻き線には、この信号に基づいた交流の励磁
電圧が印加され、固定子と回転子のギャップ長に応じた
誘導電圧が出力コイルに発生する。この誘導電圧は、モ
ータ制御装置6内に設けられたR/D変換器102へ出
力信号として出力される。R/D変換器102は、レゾ
ルバ101からモータ2の絶対位置の情報である誘導電
圧を受信すると、この誘導電圧を回転角度に変換し、モ
ータ2の絶対位置として同じくモータ制御装置6内のC
PUへと出力する。
置データを受信すると同時に、ROMに格納されている
補正値を読み出す。そして、この補正値に基づいて、R
/D変換器から受信したモータ2の検出位置データを補
正する。これにより、正確なモータ2の位置が検出され
ると、このモータ2の位置情報を元に、フィードバック
を行うとともに、モータ2の実トルクを算出する。モー
タ制御装置6は、このようにして実トルクを算出すると
この値をエンジン制御装置5へ出力する。
装置6、バッテリ制御装置5は上述した処理を所定のタ
イミングで随時行うことによりエンジン1、モータ2、
バッテリ3の制御を行い、パラレルハイブリッド車両を
駆動させる。
の際には、モータの位置検出が重要となる。例えば、上
述のパラレルハイブリッド車両では、レゾルバ101に
よって検出されたモータ位置が実際の値と1.4度程度
のずれが生じると、モータの実トルクとして算出される
値は、約4KWの誤差が生じることとなる。このため、
正確にモータ位置を検出することのできる高精度のモー
タ位置センサが必要とされる。この高精度のモータ位置
センサに本発明の3相同期モータの検出位置補正方法を
用いれば、検出されたモータ位置を正確に補正すること
ができる。この結果、モータの実トルクを正確に算出す
ることができる。なお、本発明を適用した応用例として
ハイブリッド車両を例に挙げ説明したが、電気自動車に
も適用可能である。
3相同期モータのコイルに所定の直流電流を流し、前記
所定の電流を流すことで理論位置に停止した該3相同期
モータの位置を検出し、検出された前記モータ位置と予
め設定されている理論位置との差を求めて補正値とし、
補正値に基づいて検出されたモータ位置を補正する。
置補正が可能となった。また、センサを任意に取りつけ
ることができるため、人による最終調整等の工数を自動
化することができ、コスト削減の効果が得られる。
出装置を示すブロック図である。
ータの接続を示す回路図である。
補正値算出処理について説明するフローチャートであ
る。
検出処理について説明するフローチャートである。
ある。
止する位置についての説明図である。
示す図である。
ータの接続を示す回路図である。
止する位置についての説明図である。
イブリッド車両の全体構成を示すブロック図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 3相同期モータのコイルに所定の直流電
流を流し、 前記所定の電流を流すことで理論位置に停止した該3相
同期モータの位置を検出し、 検出された前記モータ位置と予め設定されている理論位
置との差を求めて補正値とし、 前記補正値に基づいて検出された前記モータ位置を補正
することを特徴とする同期モータの検出位置補正方法。 - 【請求項2】 3相同期モータのコイル2相を短絡し、
短絡された該コイル2相と残りのコイル1相に所定の電
流を流し、 前記所定の電流を流すことで理論位置に停止した該3相
同期モータの位置を検出し、 検出された前記モータ位置と予め設定されている理論位
置との差を求めて補正値とし、 前記補正値に基づいて検出された前記モータ位置を補正
することを特徴とする同期モータの検出位置補正方法。 - 【請求項3】 3相同期モータのコイル2相に所定の電
流を流し、 前記所定の電流を流すことで理論位置に停止した該3相
同期モータの位置を検出し、 検出された前記モータ位置と予め設定されている理論位
置との差を求めて補正値とし、 前記補正値に基づいて検出された前記モータ位置を補正
することを特徴とする同期モータの検出位置補正方法。 - 【請求項4】 前記補正値を不揮発性メモリに記憶する
ことを特徴とする請求項1乃至2のいずれかに記載の同
期モータの検出位置補正方法。 - 【請求項5】 請求項4に記載の不揮発性メモリと、 前記モータの位置を検出する位置センサと、 前記不揮発性メモリに格納された補正値と、前記位置セ
ンサにより検出されたモータ位置とに基づいてモータを
制御する制御手段と、 を具備することを特徴とするモータ式車両。
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