JP2020018168A - モータモジュールおよびモータ認証方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本実施形態に係るモータ制御システム1の構成の一例を示す概略図である。
(ステップS101)交差位置検出部321は、AD変換部31から入力された検出信号Hu0’、Hv0’、およびHw0’を取得する。
(ステップS102)交差位置検出部321は、ステップS101で取得した検出信号Hu0’、Hv0’、およびHw0’それぞれが示す値を用いて、交差点とゼロクロス点とを、逐次検出する。次に、交差位置検出部321は、検出した交差点およびゼロクロス点の座標を示す情報と、入力された検出信号Hu0’、Hv0’、およびHw0’とを、順次、分割検出部322に出力する。
(ステップS103)分割検出部322は、交差点から当該交差点と隣り合うゼロクロス点までの検出信号の一部、すなわち検出信号のうちの交差点から当該交差点と隣り合うゼロクロス点までの検出信号の部分、を第1の分割信号として検出する。または、分割検出部322は、ゼロクロス点から当該ゼロクロス点と隣り合う交差点までの検出信号の一部、すなわち検出信号のうちのゼロクロス点から当該ゼロクロス点と隣り合う交差点までの部分、を第2の分割信号として検出する。
(ステップS104)線分接続部323は、ロータRがCW回転の場合、分割検出部322から入力された分割信号を、機械角1周期分、逐次、順方向に接続する。
(ステップS105)位置推定部30は、線分接続部323によって接続された分割信号に基づいて機械位置の推定を行うことで機械角度Θ^を推定する。
なお、本実施形態では、交差点とゼロクロス点とを検出し、交差点とゼロクロス点の間の検出信号を分割信号として検出する例を説明したが、これに限られない。
本実施形態では、第1の実施形態の位置推定部30が、補正部をさらに備えている例を説明する。
(ステップS201)第1補正部3241は、第1補正を行う。なお、第1補正については、後述する。
(ステップS202)第2補正部3242は、第1補正後、第2補正を行う。なお、第2補正については、後述する。
(ステップS203)第3補正部3243は、第2補正後、第3補正を行う。なお、第3補正については、後述する。
次に、第1補正部3241が図9のステップS201で行う第1補正の処理の手順について説明する。
(ステップS2011)第1補正部3241は、U相、V相、およびW相の検出信号のうち1つを逐次選択する。
(ステップS2012)第1補正部3241は、選択した検出信号に対応する補正式を用いて第1補正を行う。補正式は、後述する式(1)〜式(3)である。例えば、ステップS2011でU相の検出信号を選択した場合、第1補正部3241は、式(1)を用いて第1補正を行う。
(ステップS2013)第1補正部3241は、全て相の検出信号に対して、ステップS2012の処理が終了したか否かを判別する。第1補正部3241は、全ての相の検出信号に対して、ステップS2012の処理が終了したと判別した場合(ステップS2013;YES)、処理を終了する。第1補正部3241は、全ての相の検出信号に対して、ステップS2012の処理が終了していないと判別した場合(ステップS2013;NO)、ステップS2014の処理に進む。
(ステップS2014)第1補正部3241は、まだ選択されていない相の検出信号を選択し、ステップS2012の処理に戻す。
Hiu0’=Hu0’−(Hv0’+Hw0’)/2 …(1)
Hiv0’=Hv0’−(Hu0’+Hw0’)/2 …(2)
Hiw0’=Hw0’−(Hu0’+Hv0’)/2 …(3)
Hiu0’=(Hu0’+Hn0’)−{(Hv0’+Hn0’)+(Hw0’+Hn0’)}/2
=(Hu0’+Hn0’)−{Hn0’+(Hv0’+Hw0’)/2}
=Hu0’−(Hv0’+Hw0’)/2 …(4)
Hiu0’=Hu0’−(Hv0’+Hw0’+Hz0’)/3 …(5)
次に、第2補正部3242が図9のステップS202で行う第2補正の処理の手順について説明する。
Hiu1(ppn)’=au_max(ppn)×(Hiu0’(ppn)+bu) …(6)
Hiu1(ppn)’=au_min(ppn)×(Hiu0’(ppn)+bu) …(7)
Hiv1(ppn)’=av_max(ppn)×(Hiv0’(ppn)+bv) …(8)
Hiv1(ppn)’=av_min(ppn)×(Hiv0’(ppn)+bv) …(9)
Hiw1(ppn)’=aw_max(ppn)×(Hiw0’(ppn)+bw) …(10)
Hiw1(ppn)’=aw_min(ppn)×(Hiw0’(ppn)+bw) …(11)
なお、本実施形態では、正側ゲイン補正値、負側ゲイン補正値、およびオフセット補正値が記憶部33Aに記憶されている例を説明したが、これに限られない。第2補正部3242が、正側ゲイン補正値、負側ゲイン補正値、およびオフセット補正値をオンライン処理で算出するようにしてもよい。例えば、第2補正部3242は、1つ前の機械角1周期分の検出信号を用いて、正側ゲイン補正値、負側ゲイン補正値、およびオフセット補正値を算出するようにしてもよい。
(ステップS2021)第2補正部3242は、電気角6周期分の各相の極大値と極小値とを検出する。
(ステップS2022)第2補正部3242は、電気角6周期分の区間において、各相のオフセット補正値を算出する。具体的には、第2補正部3242は、電気角6周期分の各相の振幅最大値と振幅最小値の平均を算出する。各相における求めた振幅最大値の平均値と振幅最小値の平均値とから算出される最大最小平均値を算出する。算出された最大最小平均値は、相毎のオフセット補正値bu、bv、bwとする。ここで、電気角6周期分とは、逐次入手した最新の電気角6周期分の平均値である。なお、電気角6周期分の平均値でなくてもよく、少なくとも2周期分以上の電気角1周期毎の振幅最大値と振幅最小値によって算出すればよい。次に、第2補正部3242は、算出した各相のオフセット補正値を記憶部33Aに記憶させる。
(ステップS2023)第2補正部3242は、電気角1周期分の区間において、相毎および極対毎に、正側ゲイン補正値と負側ゲイン補正値とを算出する。続けて、第2補正部3242は、算出した相毎および極対毎に、正側ゲイン補正値と負側ゲイン補正値とを記憶部33Aに記憶させる。
次に、第3補正部3243が、図9のステップS203で行う第3補正について説明する。
第1の実施形態の位置推定部30が、正規化部をさらに備えている例を説明する。
まず、正規化を行う理由について、図14を参照して説明する。
Θ[i]’=ΔX[i]×k[i] …(12)
ΔΘ[n]=X[n]×k[i] …(13)
式(13)において、nは現時点での不定数を示す。
ここで、上式(13)における正規化係数k[i]のオフライン処理での算出方法を説明する。オフライン処理とは、例えば、出荷前に予め行う処理、または、モータ制御システム1Bを実際に使用する前に行う処理である。正規化係数をオンライン処理で算出する場合、位置演算部32Bの演算負荷が増す。このため、正規化部325が、正規化係数をオフライン処理で算出して記憶部33Bに記憶させておくようにしてもよい。また、以下の処理は、外部装置70からの位置指令値Θ*に応じて、モータ制御システム1Bが、ロータRを一定回転速度で回転させて行う。図18は、本実施形態に係る正規化係数の算出を説明する図である。図18に示される信号は、オフライン処理によって求められた分割信号の値を示している。図18において、横軸は機械角度の真値[deg]を表す。縦軸は、デジタル値を表す。図18では、説明を簡略化するために、2個の分割信号のみを示している。
Θnorm[i]={t[i]/(t[1]+….+t[72])}×360[deg] …(14)
式(14)において、iはセグメントの番号であり、1〜72の整数である。
k[i]=Θnorm[i]/ΔXnorm[i] …(15)
図19は、本実施形態に係る機械角度位置の算出を説明する図である。図19に示す例では、極対番号は1について説明する図である。
Θoffset[i]=Σ(Θnorm[i−1]) …(16)
ただし、i=1〜72、Θnorm[0]=0である。
このため、現在の位置、すなわち現時刻のロータRの機械角度Θ[n]は、次式(17)のように表される。
Θ[n]=Θoffset[i]+X[n]×k[i]
=Θoffset[i]+ΔΘ[n] …(17)
式(17)で示すように、Θoffset[i]は、現時刻のロータRの機械角度Θ[n]の算出する場合において、記憶部33Bから呼び出される。
次に、機械位置の初期位置の特定方法について説明する。
(ステップS701)正規化部325は、モータM、またはモータMを組み込んだ製品の出荷時に、ロータRを速度一定にして回転させたときの各分割信号における機械角度の真値Θnorm[i]を記憶部33Bに逐次記憶させる。電源再投入後において、記憶部33Bに記憶された保存情報は、フラッシュROMからRAMへと呼び出される。このように、正規化部325は、ロータRを速度一定にして回転させたときの各分割信号における機械角度の真値Θnorm[i]を記憶部33Bに逐次記憶させることで、学習を行う。
(ステップS702)位置推定部30Bは、記憶部33Bに記憶されている検出信号Hu0’、Hv0’、およびHw0’の大小関係の組み合わせに基づいて、ロータRのセクションの番号を判別する。
(ステップS703)位置推定部30Bは、セクション毎に、機械角度の真値Θnorm[i]と機械角度Θ[i]との誤差を算出する。
(ステップS704)位置推定部30Bは、ステップS703で算出した誤差の累積評価を行う。
(ステップS705)位置推定部30Bは、誤差が上限に達した極対番号(セグメント)の候補を順次破棄する。
(ステップS706)位置推定部30Bは、所定時間内に全ての候補が誤差上限に達したか否かを判別する。位置推定部30Bは、所定時間内に全ての候補が誤差上限に達していないと判別した場合(ステップS706;NO)、ステップS707の処理に進む。位置推定部30Bは、所定時間内に全ての候補が誤差上限に達していると判別した場合(ステップS706;YES)、ステップS708の処理に進む。
(ステップS707)最後まで残った極対番号(セグメント)の候補から、セグメントを特定することで、ロータRの初期位置を特定する。そして、セグメントの番号の特定処理を終了する。
(ステップS708)位置推定部30Bは、受け取った検出信号をもとに、正規化を行ったモータMと異なっていると判別する。
上記の各実施形態に係る位置推定部30、30A、30Bは、信号処理回路と、この信号処理回路の動作を制御するコンピュータプログラムを格納した記録媒体とを用いて実現され得る。以下、このような実施形態を説明する。
上記の各実施形態は、ロータの回転に応じて信号を出力するセンサとして磁気センサを備えており、ロータが特定の条件で回転するときに磁気センサが出力した信号から「測定データ」を取得している。認証のための鍵情報に関連付けられる測定データは、ホール素子またはホールICなどの磁気センサが出力した信号に基づく必要はなく、他のセンサ、例えば、光学式ロータリエンコーダまたはレゾルバから出力した信号であってもよい。以下、ロータの回転に応じて信号を出力するセンサとして、ロータリエンコーダ、またはレゾルバを用いる例を説明する。
Claims (21)
- 可動子を有するモータと、
前記モータを制御するモータ制御装置と、
前記モータの製造ばらつきによって変動する前記モータに固有のモータ指紋情報が記録されている記憶装置と、
を備えている、モータモジュール。 - 前記記憶装置は、
前記モータ指紋情報が記録されている不揮発性メモリを含む、請求項1に記載のモータモジュール。 - 前記モータ指紋情報は、
前記可動子が一定速度で回転するときにセンサが出力した信号に基づいて決定されている、請求項1または2に記載のモータモジュール。 - 前記センサは、
ホール素子またはホールICを含む複数の磁気センサである、請求項1から3のいずれかに記載のモータモジュール。 - 前記モータ指紋情報は、
前記可動子が一定速度で回転しているときに計測された前記可動子の回転量であって、前記複数の磁気センサから出力された複数の信号のうちのいずれか2個の信号が互いに交差する交差点によって区分される各セグメントに対応する前記可動子の回転量を、全てのセグメントに対応づける測定データである、請求項4に記載のモータモジュール。 - 前記複数の磁気センサは、複数の磁極を有する可動子の前記複数の磁極が形成する磁界を検出して、
それぞれが検出した磁界の強さに応じた大きさを持つ検出信号を出力するN個(Nは3以上の整数)のセンサであって、
前記N個の検出信号の位相が360度/Nの角度ずつずれるように配置されている、請求項5に記載のモータモジュール。 - 前記モータ指紋情報は、出荷前に前記記憶装置に記録されている、請求項1から6のいずれかに記載にモータモジュール。
- 前記モータ指紋情報は、出荷後に前記記憶装置に記録されている、請求項1から6のいずれかに記載のモータモジュール。
- 可動子を有するモータと、
前記モータを制御するモータ制御装置と、
を備え、
前記モータ制御装置は、
外部と通信を行うインタフェースと、
認証のための鍵情報が記録されている記憶装置と
を備え、
前記鍵情報は、前記モータの製造ばらつきによって変動する前記モータに固有の複数の値を含んでいる、モータモジュール。 - 前記記憶装置は、
前記鍵情報が記録されている不揮発性メモリを含む、請求項9に記載のモータモジュール。 - 前記モータ制御装置は、
外部から認証要求を受けると、前記鍵情報を入力値に含む関数による演算の結果を、前記インタフェースを介して外部に送出する、請求項9または10に記載のモータモジュール。 - 前記関数は非公開関数またはハッシュ関数である、請求項11に記載のモータモジュール。
- 前記モータ制御装置は、
外部との通信接続を開始するとき、外部に認証要求を送出する、請求項9から12のいずれかに記載のモータモジュール。 - 前記可動子の回転に応じて信号を出力するセンサを備えており、
前記鍵情報は、
前記可動子が特定の条件で回転するときに、前記センサが出力した信号と関連付けられている、請求項9から13のいずれかに記載のモータモジュール。 - 前記センサは、
ホール素子、ホールIC、ロータリエンコーダ、またはレゾルバである、請求項14に記載のモータモジュール。 - 前記センサは、複数の磁気センサを含み、
前記鍵情報は、前記可動子が一定速度で回転しているときに計測された前記可動子の回転量であって、前記複数の磁気センサから出力された複数の信号のうちのいずれか2個の信号が互いに交差する交差点によって区分される各セグメントに対応する前記可動子の回転量を、全てのセグメントに対応づける測定データである、請求項15に記載のモータモジュール。 - 前記複数の磁気センサは、複数の磁極を有する可動子の前記複数の磁極が形成する磁界を検出して、
それぞれが検出した磁界の強さに応じた大きさを持つ検出信号を出力するN個(Nは3以上の整数)のセンサであって、
前記N個の検出信号の位相が360度/Nの角度ずつずれるように配置されている、請求項16に記載のモータモジュール。 - 前記鍵情報は、出荷前に前記記憶装置に記録されている、請求項9から17のいずれかに記載のモータモジュール。
- 前記鍵情報は、出荷後に前記記憶装置に記録されている、請求項9から17のいずれかに記載のモータモジュール。
- モータモジュールと外部装置との間で認証を行うモータ認証方法であって、
前記モータモジュールのモータに固有のモータ指紋情報であって、前記モータの製造ばらつきによって変動するモータ指紋情報を前記外部装置から前記モータモジュールに送信すること、および、
前記モータ指紋情報と、前記モータモジュールの記憶装置内に記録されているモータ指紋情報との照合による認証の結果を前記モータモジュールから受け取ること、
を含む、モータ認証方法。 - モータモジュールと外部装置との間で認証を行うモータ認証方法であって、
前記モータモジュールのモータに固有のモータ指紋情報であって、前記モータの製造ばらつきによって変動するモータ指紋情報を前記モータモジュールが有する記憶装置から読み出すこと、
前記モータ指紋情報と、前記外部装置から前記モータモジュールに送られてきたモータ指紋情報との照合を行うこと、および
前記照合による認証の結果を前記モータモジュールから前記外部装置に送信すること、
を含む、モータ認証方法。
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