JP5388512B2

JP5388512B2 - モータ制御装置の調整方法

Info

Publication number: JP5388512B2
Application number: JP2008229181A
Authority: JP
Inventors: 隆宏神戸; 誠木村
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2008-09-08
Filing date: 2008-09-08
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2028-09-08
Also published as: JP2010063325A

Description

本発明は、モータ制御装置の調整方法に関する。

従来、特許文献１に記載される技術にあっては、ブラシレスモータの駆動回路に電流検出用センサとは別に検査用の電流センサを設け、駆動回路の調整を行っている。この技術にあっては、検査用の電流センサを、モータの各相の電流が流れるハーネスや回路に接続し、検査用電流センサと各相の電流検出用センサの検出値を比較することにより、調整を行っている。
特開２００５−３０４２０３号公報

しかしながら上記従来技術にあっては、検査用電流センサを別途付加する必要があるため、組立工程の煩雑化および装置の大型化につながるという問題があった。

本発明は上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、確実に駆動回路の調整を行いつつ、組立工程の簡略化および装置の小型化を達成したモータ制御装置の調整方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、ｕ相、ｖ相、ｗ相の３相のうち、ｕ相からｖ相、ｖ相からｗ相、ｗ相からｕ相への通電に加え、ｖ相からｕ相、ｗ相からｖ相、ｕ相からｗ相への通電の６通りの通電パターンを実行する通電ステップと、通電ステップにおける電流センサの検出値をサンプリングするサンプリングステップと、サンプリングステップにおいてサンプリングされた電流センサの検出値の平均値である所定の基準値とサンプリングされた検出値の比を演算する比演算ステップと、比に基づき、電流センサの出力値の相対誤差が減少するように電流センサの補正ゲインを決定する補正ゲイン決定ステップと、補正ゲインを不揮発性メモリに記憶させる記憶ステップとを有することとした。

よって、確実に駆動回路の調整を行いつつ装置の小型化を達成したモータ制御装置の調整方法を提供できる。

以下、本発明のモータ制御装置の調整方法を実現する最良の形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。

［回路図］
図１はモータ制御装置の回路図である。モータ制御装置は機電一体であって、モータＭを駆動するコントロールユニットＣＵおよび駆動回路１００はモータＭと一体のハウジング２００に設けられる。

電源Ｖの下流側には駆動回路１００が接続される。駆動回路１００にはｕ，ｖ，ｗの３相それぞれのスイッチング素子１〜６が設けられ、アッパー側の素子１，３，５とロア側の素子２，４，６の中点７，８，９においてそれぞれモータＭのｕ，ｖ，ｗの各相コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３に接続する。

ｕ，ｖ相では中点７，８とコイルＬ１，Ｌ２との間にリレー１０が設けられている。ロア側の各素子２，４，６はシャント抵抗ｒ１、ｒ２、ｒ３を介してグランドに接続する。なお、ｒ３を省略してもよい。

また、各中点７，８，９と各相コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３の間には電流センサ２１，２２，２３が設けられ、検出値をコントロールユニットＣＵに出力する。また、モータＭには回転角センサ２４が設けられ、モータ回転角をコントロールユニットＣＵへ出力する。

コントロールユニットＣＵは各スイッチング素子１〜６を駆動してモータＭを回転させるとともに、電流センサ２１〜２３の検出値に基づきこの電流センサ２１〜２３の出力値を補正する。また、回転角センサ２４のオフセット補正値を算出する。

［センサ値補正制御］
図２は電流センサ２１〜２３の出力値の補正における模式図、図３は各通電検出モードにおけるセンサ検出値の表である。図２、図３では６通りの検出モード（通電パターン）の例を示す。

（電流センサ補正係数算出）
各電流センサ２１〜２３のセンサ値の補正は、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３のうち２つのコイルに通電を行い、電流センサの検出値をサンプリングして補正係数を算出する。

例えば、Ｕ相コイルＬ１からＶ相コイルＬ２に通電する際は、Ｗ相のスイッチング素子５，６をオフし、Ｕ相のアッパー側のスイッチング素子１のオン時間がロワ側のスイッチング素子２のオン時間に対し長くなるようにＰＷＭ制御し、また、Ｖ相のロワ側のスイッチング素子４のオン時間がアッパー側のスイッチング素子３のオン時間に対し長くなるようにＰＷＭ制御すれば、Ｕ相コイルＬ１からＶ相コイルＬ２に電流が流れる（検出モード２）。

逆に、Ｖ相のアッパー側とＵ相のロア側のスイッチング素子３，２のオン時間を長くするようにＰＷＭ制御を行えば、検出モード２とは逆にＶ相コイルＬ２を上流、Ｕ相コイルＬ１を下流とする電流が流れる（検出モード５）。

同様に各スイッチング素子１〜６をそれぞれＰＷＭ制御することで、Ｖ，Ｗ相コイルＬ２，Ｌ３間の通電検出モード１，４、Ｗ，Ｕ相コイルＬ３，Ｌ１間の通電検出モード３，６を達成する。各モードにおけるセンサのサンプリング値およびモータＭの回転角（電気角基準位置）は図３の表で示される。

各検出モードごとに電流センサ２１〜２３の検出値をサンプリングし、センサ補正係数を算出する。以下、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３が上流の場合の暫定補正係数をＵｕ，Ｖｕ，Ｗｕとする。下流の場合の暫定補正係数をＵｄ，Ｖｄ，Ｗｄとする。

１例として、検出モード２の場合を想定すると、Ｕ相電流センサ２１（上流）、Ｖ相電流センサ２２（下流）の検出値はＩＳＵ２，ＩＳＶ２である。各電流センサ２１，２２の暫定補正係数をＵｕ，Ｖｄとすると、Ｕ，Ｖ相コイルＬ１，Ｌ２を流れる電流は一定であるから
Ｕｕ・ＩＳＵ２＝Ｖｄ・ＩＳＶ２
Ｖｄ＝Ｕｕ・（ＩＳＵ２／ＩＳＶ２）・・・（２）
となる。

同様に、検出モード３の場合、上流のＵ相電流センサ２１の暫定補正係数をＵｕ、下流のＷ相電流センサ２３の暫定補正係数をＷｄとすれば
Ｕｕ・ＩＳＵ３＝Ｗｄ・ＩＳＷ３
Ｗｄ＝Ｕｕ・（ＩＳＵ３／ＩＳＷ３）・・・（３）

検出モード１の場合は
Ｖｄ・ＩＳＶ１＝Ｗｕ・ＩＳＷ１
Ｗｕ＝Ｖｄ・（ＩＳＶ１／ＩＳＷ１）
上記（２）式を用いて
Ｗｕ＝Ｕｕ・（ＩＳＵ２／ＩＳＶ２）・（ＩＳＶ１／ＩＳＷ１）・・・（１）

検出モード６の場合は
Ｗｕ・ＩＳＷ６＝Ｕｄ・ＩＳＶ６
Ｕｄ＝Ｗｕ・（ＩＳＷ６／ＩＳＵ６）
上記（１）式を用いて
Ｕｄ＝Ｕｕ・（ＩＳＵ２／ＩＳＶ２）・（ＩＳＶ１／ＩＳＷ１）・（ＩＳＷ６／ＩＳＵ６）・・・（６）

検出モード４の場合は
Ｖｕ・ＩＳＶ４＝Ｗｄ・ＩＳＷ４
Ｖｕ＝Ｗｄ・（ＩＳＷ４／ＩＳＶ４）
上記（３）式を用いて
Ｖｕ＝Ｕｕ・（ＩＳＵ３／ＩＳＷ３）・（ＩＳＷ４／ＩＳＶ４）・・・（４）

検出モード５の場合は
Ｖｕ・ＩＳＶ５＝Ｕｄ・ＩＳＵ５
Ｕｄ＝Ｖｕ・（ＩＳＶ５／ＩＳＵ５）
上記（４）式を用いて
Ｕｄ＝Ｕｕ・（ＩＳＵ３／ＩＳＷ３）・（ＩＳＷ４／ＩＳＶ４）・（ＩＳＶ５／ＩＳＵ５）・・・（５）

上記（１）〜（５）をまとめると
Ｕｕ＝基準値
（５）Ｕｄ＝Ｕｕ・（ＩＳＵ２／ＩＳＶ２）・（ＩＳＶ１／ＩＳＷ１）・（ＩＳＷ６／ＩＳＵ６）
（４）Ｖｕ＝Ｕｕ・（ＩＳＵ３／ＩＳＷ３）・（ＩＳＷ４／ＩＳＶ４）
（２）Ｖｄ＝Ｕｕ・（ＩＳＵ２／ＩＳＶ２）
（１）Ｗｕ＝Ｕｕ・（ＩＳＵ２／ＩＳＶ２）・（ＩＳＶ１／ＩＳＷ１）
（３）Ｗｄ＝Ｕｕ・（ＩＳＵ３／ＩＳＷ３）

このように、式（１）〜（５）に基づき、Ｕ相コイルＬ１が上流のときのＵ相センサ２１における暫定補正係数Ｕｕを基準として各センサ２１〜２３の各相コイルＬ１〜Ｌ３が上流、下流時における暫定補正係数を算出可能となる。なお、基準値をＵｕとしているため式（１）〜（６）の全てを用いる必要はなく、検出モード６の場合の式（６）は特に用いずともよい。

暫定補正係数Ｕｕ〜ＷｄはそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ各相コイルＬ１〜Ｌ３が上流／下流の場合における暫定の補正係数であり、上流／下流の平均をとってそれぞれのコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３の補正係数ＩｇＵ，ＩｇＶ，ＩｇＷを算出する。
ＩｇＵ＝（Ｕｕ＋Ｕｄ）／２
ＩｇＶ＝（Ｖｕ＋Ｖｄ）／２
ＩｇＷ＝（Ｗｕ＋Ｗｄ）／２

ここで、上記暫定補正係数の算出にあってはＵｕを基準値としたが、Ｕｕの値が過大または過少であり、基準値として適さない場合が考えられる。したがって、各暫定補正係数Ｕｕ〜Ｗｄのばらつきを平均化する平均化係数Ｇｈｏｓｅｉを求め、この平均化係数Ｇｈｏｓｅｉにより補正係数ＩｇＵ，ＩｇＶ，ＩｇＷを除して補正係数'ＩｇＵ'，ＩｇＶ'，ＩｇＷ'を求める。

Ｇｈｏｓｅｉ＝Ｕｕ／（Ｕｕ＋Ｕｄ＋Ｖｕ＋Ｖｄ＋Ｗｕ＋Ｗｄ）／６
ＩｇＵ'＝ＩｇＵ／Ｇｈｏｓｅｉ
ＩｇＶ'＝ＩｇＶ／Ｇｈｏｓｅｉ
ＩｇＷ'＝ＩｇＷ／Ｇｈｏｓｅｉ

補正係数'ＩｇＵ'，ＩｇＶ'，ＩｇＷ'を用いて電流センサ２１〜２３の検出値の補正を行うことにより、基準値Ｕｕのばらつきの影響を排除する。基準値をＵｕ以外の暫定補正係数Ｕｄ〜Ｗｄとした場合であっても、上記平均化処理によりばらつきを排除する。また、Ｕ−Ｖ、Ｖ−Ｗ，Ｗ−Ｕの各相同士の通電を２回行うことにより、電流センサ２１〜２３の誤差の補正を確実に行うものである。

なお、上記平均化処理を行わず、上記暫定補正係数Ｕｕ、あるいはあらかじめ設定された基準値を用いた補正係数ＩｇＵ，ＩｇＶ，ＩｇＷをそのまま用いて、簡便に電流センサ２１〜２３の補正を行ってもよい。

（回転角センサオフセット値算出）
回転角センサ２４のオフセット値Ｒｏｆｆの算出は、各検出モードにおける基準角度ＲＫｎと回転角センサ２４のサンプリング値ＲＳｎの差分の平均化処理を行うことにより求める。なお、ｎはサンプリング回数である。
Ｒｏｆｆ＝（１／ｎ）×Σ（ＲＫｎ−ＲＳｎ）

なお、これらの補正係数'ＩｇＵ'，ＩｇＶ'，ＩｇＷ'およびオフセット補正値ＲｏｆｆはコントロールユニットＣＵ内に記憶され、この補正係数に基づきモータ制御が行われる。１制御周期が終了すると、改めてＩｇＵ'，ＩｇＶ'，ＩｇＷ'およびＲｏｆｆを算出してモータ制御を行う。

回転角センサ２４の補正を行うことにより、回転角センサ２４の組み付け時の組み付け精度を高めずとも回転角センサ２４の検出値の信頼性を向上させる。また、同一制御フロー（図４）において電流センサ２１〜２３と回転角センサ２４の補正を同時に行うことにより、各センサ２１〜２４の検査・補正時間を短縮するものである。

［センサ値補正フロー］
図４はコントロールユニットＣＵで実行されるセンサ値補正フローである。以下、各ステップにつき説明する。

ステップＳ１では電流センサ２１〜２３のオフセット値をクリア（初期化）し、ステップＳ２へ移行する。

ステップＳ２では検査モードを実行し、各検出モードでの電流センサ２１〜２３の検出値および回転角センサ２４の読み取り値をサンプリングしてステップＳ３へ移行する。

ステップＳ３ではサンプリングされたデータからＵ，Ｖ，Ｗ各相の電流センサ２１〜２３の補正係数ＩｇＵ〜ＩｇＷ、および回転角センサ２４のオフセット補正値Ｒｏｆｆを算出してステップＳ４へ移行する。

ステップＳ４では電流センサ２１〜２３の補正係数ＩｇＵ〜ＩｇＷを平均化処理し、補正係数'ＩｇＵ'〜ＩｇＷ'を算出してステップＳ５へ移行する。

ステップＳ５では電流センサ２１〜２３の補正係数'ＩｇＵ'〜ＩｇＷ'と回転角センサ２４のオフセット補正値Ｒｏｆｆを記憶し、ステップＳ６へ移行する。

ステップＳ６では、モータ制御を実行して制御を終了する。

［実施例１の効果］
（１）ｕ相、ｖ相、ｗ相の３相に選択的に通電することにより制御され、かつｕ相、ｖ相、ｗ相のそれぞれに電流センサ２１〜２３を有し、
ｕ相、ｖ相、ｗ相の３相のうち、ｕ相とｖ相、ｖ相とｗ相、ｗ相とｕ相において通電を行う通電ステップ（ステップＳ２）と、
通電ステップにおける電流センサの検出値をサンプリングするサンプリングステップ（ステップＳ２）と、
所定の基準値とサンプリングされた検出値の比を演算する比演算ステップ（ステップＳ３）と、
この比に基づき、電流センサの出力値の相対誤差が減少するように電流センサの補正ゲインを決定する補正ゲイン決定ステップ（ステップＳ４）と、
補正ゲインを不揮発性メモリに記憶させる記憶ステップ（ステップＳ５）を有することとした。

これにより、電流検出用のセンサ２１〜２３によって電流センサ２１〜２３自身の補正を行うことが可能となり、検査用の電流センサを別途付加する必要がなく、装置の大型化を回避することができる。とりわけ機電一体のユニットにあっては、大型化回避の効果がより顕著となる。

（３）通電ステップでは、ｕ相からｖ相、ｖ相からｗ相、ｗ相からｕ相への通電に加え、ｖ相からｕ相、ｗ相からｖ相、ｕ相からｗ相への通電の６通りの通電パターンを実行することとした。

同じ相同士の通電を２回行うことにより、電流センサ２１〜２３の誤差の補正を確実に行うことができる。

（４）所定の基準値は、サンプリングステップ（ステップＳ１）においてサンプリングされた電流センサ２１〜２３の検出値の平均値であることとした。

平均値をとることにより、各電流センサ２１〜２３のばらつきによるズレを含めた補正を行うことができる。

（５）所定の基準値は、サンプリングステップ（ステップＳ１）においてサンプリングされた電流センサ２１〜２３の検出値のうちの１つであることとした。

これにより、電流センサ２１〜２３の補正を簡便に行うことができる。

（６）所定の基準値は、あらかじめ設定された電流値であることとした。これにより、上記（５）と同様の効果を得ることができる。

（７）モータＭの回転角を検出する回転角センサ２４をさらに備え、
回転角センサ２４により検出された回転角のサンプリング値ＲＳｎと、あらかじめ設定された基準角度ＲＫｎの比較により、回転角センサ２４の補正を行うこととした。

回転角センサ２４の補正を行うことにより、回転角センサ２４の組み付け時の組み付け精度を高めずとも回転角センサ２４の検出値の信頼性を向上させることができる。
また、同一制御フロー（図４）において電流センサ２１〜２３と回転角センサ２４の補正を同時に行うことにより、各センサ２１〜２４の検査・補正時間を短縮することができる。

（８）各センサ２１〜２４の補正のプログラムは、モータＭを駆動するコントロールユニットＣＵで実行されることとした。

これにより、補正のプログラムを持たない装置にあっても、別途コントロールユニットに補正のプログラムを設けることで各センサ２１〜２４の補正を行うことができる。

（９）各センサ２１〜２４の補正のプログラムは、モータＭの駆動プログラムとは別のプログラムであることとした。これにより、モータＭ駆動時におけるコントロールユニットＣＵの演算負荷を低減することができる。

モータ制御装置の回路図である。実施例１の電流センサ２１〜２３の出力値の補正における模式図である。実施例１の各通電検出モードにおけるセンサ検出値の表である。センサ値補正フローである。

２１〜２３電流センサ
２４回転角センサ
Ｍモータ
ＣＵコントロールユニット

Claims

３相ブラシレスモータであって、ｕ相、ｖ相、ｗ相の３相に選択的に通電することにより制御され、かつ前記ｕ相、ｖ相、ｗ相のそれぞれに電流センサを有するモータ制御装置の調整方法において、
前記ｕ相、ｖ相、ｗ相の３相のうち、ｕ相からｖ相、ｖ相からｗ相、ｗ相からｕ相への通電に加え、ｖ相からｕ相、ｗ相からｖ相、ｕ相からｗ相への通電の６通りの通電パターンを実行する通電ステップと、
前記通電ステップにおける前記電流センサの検出値をサンプリングするサンプリングステップと、
前記サンプリングステップにおいてサンプリングされた前記電流センサの検出値の平均値である所定の基準値と前記サンプリングされた検出値の比を演算する比演算ステップと、
前記比に基づき、前記電流センサの出力値の相対誤差が減少するように前記電流センサの補正ゲインを決定する補正ゲイン決定ステップと、
前記補正ゲインを不揮発性メモリに記憶させる記憶ステップと
を有することを特徴とするモータ制御装置の調整方法。
請求項１に記載のモータ制御装置の調整方法において、
前記モータの回転角を検出する回転角センサをさらに備え、
前記回転角センサにより検出された回転角と、あらかじめ設定された基準角度の比較により、前記回転角センサの補正を行うこと
を特徴とするモータ制御装置の調整方法。
請求項１または２に記載のモータ制御装置の調整方法は、
前記モータを駆動するコントロールユニットで実行されること
を特徴とするモータ制御装置の調整方法。
請求項３に記載のモータ制御装置の調整方法は、
前記モータの駆動プログラムとは別のプログラムであること
を特徴とするモータ制御装置の調整方法。