JP2003037989A - Ｐｍモータの自動位相調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＰＭモータの誘起電圧に位置センサの位相信
号を合わせる自動位相調整では、モータの誘起電圧の歪
みで誤差が発生する。 【解決手段】 ＰＭモータの誘起電圧波形のゼロクロス
点をエッジＡとして検出し、モータの位置センサからの
位相波形の立ち下がりをエッジＢとして検出し、信号Ａ
と信号Ｂとの位相オフセット量を検出する（Ｓ１１）。
このオフセット量のずれが一定の誤差範囲内で連続して
複数回得られる場合にその平均値を最終的な位相オフセ
ット量とする（Ｓ１２〜Ｓ１９）。多数回求めるオフセ
ット量のヒストグラムを作成し、その分布状態から最も
高い頻度になる範囲の平均値を最終的な位相オフセット
量とすることも含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンコーダやレゾ
ルバなどの位置センサによってＰＭモータを制御する装
置において、回転子に位置センサを取り付ける初回工程
にて位置と巻線の位置との関係（位相）を自動的に検出
・調整する自動位相調整装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車やハイブリット電気自動車等
の駆動源にされるＰＭモータは、その回転位置検出手段
としてエンコーダなどの位置センサが設けられ、この位
置センサによる位相検出によってＰＭモータの速度や回
転位置が制御される。

【０００３】ＰＭモータは、磁石がロータに取り付けら
れており、図４に示すように、ロータの回転位置によっ
て磁束が変化し、この磁束変化に対してステータ巻線の
誘起電圧が変化する。このような位相関係にあるＰＭモ
ータをマイクロコンピュータ等でモータ電流を制御する
場合、磁石の位置関係をあらかじめ把握する必要があ
り、磁束密度のピークとなる回転位置、つまり誘起電圧
の立ち下がりのゼロクロス点を基準とし、その基準点を
位相信号の０点と一致させる必要がある。

【０００４】ＰＭモータの磁石の位置関係は、ＰＭモー
タに取り付ける位置センサから得ることができ、ＰＭモ
ータの軸に位置センサを取り付ける際、ＰＭモータを外
部から無負荷で回転させ、ＵＶＷ相からの誘起電圧波形
と位置センサの出力波形をオシロスコープで計測し、そ
の位置関係は誘起電圧のゼロクロス点と位置センサの０
点が一致するように、位置センサの取り付け位置を調整
している。

【０００５】この位相調整方法は、オシロスコープで波
形を観測しながら位置センサの取り付け位置を調整して
おり、位置センサの取り付け位置を調整する手間と時間
を要する。また、調整にオシロスコープを用意する必要
がある。さらに、人が波形を確認するため、調整にバラ
ツキが発生するし、調整精度が悪くなる。

【０００６】このオシロスコープによる調整を不要にし
た自動位相調整装置を本願出願人は既に提案している。
この装置は、ＰＭモータの誘起電圧と位置センサの位相
信号のずれをそれらの波形信号から検出し、このずれを
０にする値をオフセット量として求めて保存しておき、
このオフセット量をモータ制御における補正量とするこ
とで位相調整するものであり、図５に示す構成で実現さ
れる。

【０００７】同図において、ＰＭモータ１のロータ軸に
は位置センサ２が適当な回転角度位置にして機械結合さ
れる。誘起電圧検出器３は、ＰＭモータ１を無負荷回転
させたときのＵＶＷ相の誘起電圧のうち、誘起電圧を波
形として検出する。この検出には、ＰＭモータのＵＶＷ
相を開放状態（電源遮断）にして外部からトルクを与え
ることでロータを回転させ、巻線端子には回転数に応じ
た無負荷線間電圧を発生させ、誘起電圧検出器３として
は同一抵抗によるスター結線構成にして巻線端子間に接
続する。

【０００８】コンパレータ４は、誘起電圧検出器３が検
出する誘起電圧のうち、１相分の誘起電圧とスター結線
の中性点電位（０ｖ）とをレベル比較することにより、
ゼロクロス点を検出する。エッジ検出回路５は、コンパ
レータ４で検出するゼロクロスをエッジとするタイミン
グ信号を得る。

【０００９】位置信号エッジ検出回路６は、位置センサ
２の検出する位相波形の立ち下がりエッジをエッジ信号
として検出する。位置センサ２からの位相波形は、０度
から３６０度までを繰り返すノコギリ歯状の波形にな
り、この波形の立ち下がりのエッジを検出回路６がエッ
ジタイミング信号として検出する。

【００１０】オフセット調整回路７は、エッジ検出回路
６からのエッジタイミング信号の位相をオフセット制御
信号に応じて調整する。オフセット調整制御部８は、Ｐ
Ｍモータ１の誘起電圧波形から求めた方形波信号のエッ
ジタイミング信号と、位置センサ２の位置信号から求め
たノコギリ歯状の波形の立ち下がりエッジタイミング信
号とを比較し、両信号のタイミングのずれを検出し、こ
の「ずれ時間」が０になる方向でオフセット調整回路７
にオフセット制御信号を与える制御を繰り返し、最終的
には両エッジタイミング信号の時間的なずれを０にす
る。

【００１１】モータ制御部９は、オフセット調整制御部
８が制御したオフセット量をフラッシュメモリなどの不
揮発性メモリに記憶し、ＰＭモータを制御する際にオフ
セット量を位置センサ２の取り付け位置のずれ量として
位相信号を補正した制御を行う。

【００１２】マイクロコンピュータで行う場合、オフセ
ット調整制御部８およびオフセット調整回路７のソフト
ウェア構成には、図６の処理フローで実現される。

【００１３】図６は、マイクロコンピュータの割込み周
期毎に行い、エッジ検出回路５からの誘起電圧によるエ
ッジ信号Ａを取り込み（Ｓ１）、続いてオフセット調整
回路７を通した位相波形の立ち下がりエッジ信号Ｂを取
り込み（Ｓ２）、これらエッジ信号Ａ，Ｂが共に同じ割
込み周期内に取り込みできない（検出できない）ときは
次の割込み周期によるエッジ信号の検出に戻る（Ｓ
３）。

【００１４】そして、同じ割込み周期で、エッジ信号Ａ
が検出されかつエッジ信号Ｂが検出されない場合、オフ
セット制御信号をインクリメント（＋１）する（Ｓ
４）。このような繰り返し制御を行うことにより、同じ
割込み周期内でエッジ信号Ａ，Ｂが共に検出された場
合、自動位相調整を終了する（Ｓ５）。

【００１５】以上の処理による自動位相調整は、図７に
タイミングチャートで示すように、割込み信号周期内で
エッジＡ，Ｂが共に検出されるまでオフセット制御信号
を割込み信号周期毎にインクリメントし、これによりエ
ッジ信号Ｂがエッジ信号Ａに接近していき、最終的には
同じ割込み周期内でエッジＡ，Ｂが検出されたときにイ
ンクリメントされた量をオフセット量として保存し、位
相調整を終了する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】前記の自動位相調整装
置は、エッジＡ，Ｂのタイミングの誤差は、最大でも割
込み周期になり、割込み周期がモータの電気角速度に対
して桁違いに高速になることから、高い精度で位相調整
できる。

【００１７】しかし、この装置にあっても、以下の処理
過程で誤差が発生し、これが位相調整精度に影響してく
る。

【００１８】（１）割込み周期内における量子化誤差が
発生する。

【００１９】（２）ＰＭモータの誘起電圧は、きれいな
正弦波ではなく、多少の歪みが含まれるため、誘起電圧
とゼロクロス点でコンパレートして作成されるエッジＡ
にはタイミングのずれが発生する。

【００２０】本発明の目的は、エッジＡに起因する誤差
を小さくして高い精度で位相調整ができるＰＭモータの
自動位相調整装置を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、ＰＭモータの
誘起電圧と位置センサの位相信号から求めるオフセット
量が一定の誤差範囲内で連続して複数回得られる場合に
その平均値を最終的な位相オフセット量とすること、ま
たは多数回求めるオフセット量のヒストグラムを作成
し、その分布状態から最も高い頻度になる範囲の平均値
を最終的な位相オフセット量とするものであり、以下の
構成を特徴とする。

【００２２】（１）ＰＭモータに設けた位置センサから
の位相信号を基に該ＰＭモータを制御する制御装置の位
置センサ取り付け時の磁石位置と巻線位置との相対位置
情報を自動的に検出・調整する自動位相調整装置におい
て、前記ＰＭモータを無負荷で回転させたときの誘起電
圧波形のゼロクロス点をエッジタイミング信号Ａとして
検出する手段と、前記ＰＭモータを回転させたときの位
置センサからの位相波形の立ち下がりをエッジタイミン
グ信号Ｂとして検出する手段と、前記エッジタイミング
信号Ａと前記エッジタイミング信号Ｂとのタイミングの
ずれを検出するオフセット調整手段と、前記タイミング
のずれが一定の誤差範囲内で連続して複数回得られる場
合にその平均値を最終的な位相オフセット量として求め
る手段と、前記最終的な位相オフセット量で前記位相信
号を補正してＰＭモータを制御するモータ制御手段とを
備えたことを特徴とする。

【００２３】（２）ＰＭモータに設けた位置センサから
の位相信号を基に該ＰＭモータを制御する制御装置の位
置センサ取り付け時の磁石位置と巻線位置との相対位置
情報を自動的に検出・調整する自動位相調整装置におい
て、前記ＰＭモータを無負荷で回転させたときの誘起電
圧波形のゼロクロス点をエッジタイミング信号Ａとして
検出する手段と、前記ＰＭモータを回転させたときの位
置センサからの位相波形の立ち下がりをエッジタイミン
グ信号Ｂとして検出する手段と、前記エッジタイミング
信号Ａと前記エッジタイミング信号Ｂとのタイミングの
ずれを検出するオフセット調整手段と、前記タイミング
のずれを多数回求めてヒストグラムを作成し、その分布
状態から最も高い頻度になる範囲の平均値を最終的な位
相オフセット量として求める手段と、前記最終的な位相
オフセット量で前記位相信号を補正してＰＭモータを制
御するモータ制御手段とを備えたことを特徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】（実施形態１）本実施形態になる
自動位相調整装置は、図５と同等の構成にされるが、オ
フセット調整制御部８による処理が異なり、この処理フ
ローを図１に示す。

【００２５】図１において、まず、エッジＡとエッジＢ
の位相オフセット量を検出を行う（Ｓ１１）。この検出
処理は、図６と同じに、誘起電圧によるエッジＡの検出
と、位相波形の立ち下がりエッジＢの検出が同じ割込み
周期でなされるまで繰り返すことでオフセット量を検出
する。

【００２６】このオフセット量の検出が初回であるとき
（Ｓ１２）、このオフセット量（位相差）を前回値とし
て記憶保存しておく（Ｓ１３）。２回目以降のオフセッ
ト量検出には、今回検出されたオフセットを前回値との
絶対値差を求め、この差が一定範囲内にあるか否かをチ
ェックする（Ｓ１４）。

【００２７】今回値と前回値との差が少ないとき、検出
されたオフセット量の総和と平均値を求める（Ｓ１
５）。総和は、それまでの総和と今回値とを加算して求
め、平均値は総和をこれまでの加算回数Ｎで割算するこ
とで求める。

【００２８】前回値ち今回値の差が大きいとき、加算回
数Ｎを０にし、総和ＳＵＭを０に初期化する（Ｓ１
６）。

【００２９】処理Ｓ１５による処理が実行されたとき、
加算回数Ｎが設定回数まで達したか否かをチェックし、
設定回数まで達していないときには処理Ｓ１１に戻って
初回オフセット量検出に入る。

【００３０】処理Ｓ１５による処理回数Ｎが設定回数ま
で達したとき、総和を加算回数Ｎで割算して平均値を求
め、これを位相オフセット量として決定し（Ｓ１８）、
オフセット調整制御を終了しモータ制御を開始する（Ｓ
１９）。

【００３１】以上の処理により、ＰＭモータの誘起電圧
と位置センサの位相信号から求めるオフセット量を前回
値と比較し、その差分が１回でも大きいときはこれまで
の総和ＳＵＭや平均値を破棄することで誤差が大きいと
予測される位相オフセット量を取り除き、差分が一定の
誤差範囲内で連続して複数回得られる場合にその平均値
を最終的な位相オフセット量とする。

【００３２】これにより、誘起電圧とゼロクロス点でコ
ンパレートして検出するエッジＡに起因する誤差が位相
オフセット量に含まれるのを低減し、高い精度の自動位
相調整ができる。

【００３３】（実施形態２）本実施形態になる自動位相
調整装置は、図５と同等の構成にされ、オフセット調整
制御部８による処理を図２に示す。

【００３４】図２において、まず、エッジＡとエッジＢ
の位相オフセット量を検出を行う（Ｓ２１）。この検出
処理は、図６と同じに、誘起電圧によるエッジＡの検出
と、位相波形の立ち下がりエッジＢの検出が同じ割込み
周期でなされるまで繰り返すことでオフセット量を検出
する。

【００３５】このオフセット量が検出される毎に、検出
回数Ｎとそのオフセット量を記憶保存し（Ｓ２２）、検
出回数Ｎが設定回数に達するまで繰り返しオフセット量
保存を繰り返す（Ｓ２３）。

【００３６】設定回数Ｎが数百などの大きな回数に達し
たとき、設定回数Ｎだけ保存しておいたオフセット量を
使用してヒストグラムを作成する（Ｓ２４）。図３は、
作成されたヒストグラムデータの例を示す。

【００３７】このヒストグラムから、最大データ数の範
囲のデータを使ってオフセット量の平均値を求める（Ｓ
２５）。図３の例では、斜線領域で示すように、最大デ
ータ数のオフセット量に対して±１のデータ範囲のデー
タの平均値を求める。

【００３８】この求めた平均値を位相オフセット量とし
て決定し、オフセット調整制御を終了しモータ制御を開
始する（Ｓ２６）。

【００３９】以上の処理により、自動調整された多数回
のオフセット量のヒストグラムを求め、その分布状態か
ら最も高い頻度になるデータからある範囲を越えたデー
タを誤差が大きいとして削除し、範囲内のデータの平均
値を最終的な位相オフセット量とする。

【００４０】これにより、誘起電圧とゼロクロス点でコ
ンパレートして検出するエッジＡに起因する誤差が位相
オフセット量に含まれるのを低減し、高い精度の自動位
相調整ができる。

【００４１】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、ＰＭモ
ータの誘起電圧と位置センサの位相信号から求めるオフ
セット量が一定の誤差範囲内で連続して複数回得られる
場合にその平均値を最終的な位相オフセット量とするこ
と、または多数回求めるオフセット量のヒストグラムを
作成し、その分布状態から最も高い頻度になる範囲の平
均値を最終的な位相オフセット量とするため、モータの
誘起電圧から検出するエッジＡに起因する誤差を小さく
して高い精度で位相調整ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１を示す位相調整処理フロ
ー。

【図２】本発明の実施形態２を示す位相調整処理フロ
ー。

【図３】実施形態２におけるヒストグラム例。

【図４】ＰＭモータの磁束密度と誘起電圧と位置センサ
の位相信号の波形図。

【図５】従来の自動位相調整装置の構成図。

【図６】図５における従来の位相調整処理フロー。

【図７】図６における位相調整タイミングチャート。

【符号の説明】

１…ＰＭモータ ２…位置センサ ３…誘起電圧検出器 ４…コンパレータ ５…エッジ検出回路 ６…位置信号エッジ検出回路 ７…オフセット調整回路 ８…オフセット調整制御部 ９…モータ制御部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＰＭモータに設けた位置センサからの位
   相信号を基に該ＰＭモータを制御する制御装置の位置セ
   ンサ取り付け時の磁石位置と巻線位置との相対位置情報
   を自動的に検出・調整する自動位相調整装置において、 前記ＰＭモータを無負荷で回転させたときの誘起電圧波
   形のゼロクロス点をエッジタイミング信号Ａとして検出
   する手段と、 前記ＰＭモータを回転させたときの位置センサからの位
   相波形の立ち下がりをエッジタイミング信号Ｂとして検
   出する手段と、 前記エッジタイミング信号Ａと前記エッジタイミング信
   号Ｂとのタイミングのずれを検出するオフセット調整手
   段と、 前記タイミングのずれが一定の誤差範囲内で連続して複
   数回得られる場合にその平均値を最終的な位相オフセッ
   ト量として求める手段と、 前記最終的な位相オフセット量で前記位相信号を補正し
   てＰＭモータを制御するモータ制御手段とを備えたこと
   を特徴とするＰＭモータの自動位相調整装置。
2. 【請求項２】 ＰＭモータに設けた位置センサからの位
   相信号を基に該ＰＭモータを制御する制御装置の位置セ
   ンサ取り付け時の磁石位置と巻線位置との相対位置情報
   を自動的に検出・調整する自動位相調整装置において、 前記ＰＭモータを無負荷で回転させたときの誘起電圧波
   形のゼロクロス点をエッジタイミング信号Ａとして検出
   する手段と、 前記ＰＭモータを回転させたときの位置センサからの位
   相波形の立ち下がりをエッジタイミング信号Ｂとして検
   出する手段と、 前記エッジタイミング信号Ａと前記エッジタイミング信
   号Ｂとのタイミングのずれを検出するオフセット調整手
   段と、 前記タイミングのずれを多数回求めてヒストグラムを作
   成し、その分布状態から最も高い頻度になる範囲の平均
   値を最終的な位相オフセット量として求める手段と、 前記最終的な位相オフセット量で前記位相信号を補正し
   てＰＭモータを制御するモータ制御手段とを備えたこと
   を特徴とするＰＭモータの自動位相調整装置。