JP7763243B2 - モータ制御装置、モータモジュールおよびモータ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置、モータモジュールおよびモータ制御方法に関する。

特許文献１に記載のブラシレスモータ制御装置は、インバータ回路と、ロータ磁極検出部と、ロータ位置推定部と、電流検出部と、電気角補正部とを備える。電気角補正部は、電源電流値の変動に基づいて電気角オフセットを決定し、電気角オフセットをロータ推定位置信号が示す電気角に加算することによって、ロータ推定位置信号を補正する。

国際公開第２０１８／７９０５２号公報

しかしながら、特許文献１に記載のブラシレスモータ制御装置は、電源電流を読み取る回路が必要となり、回路が大型化する可能性がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は回路の大型化を抑制しつつ、各相の巻き線とホールセンサとの間の位置ずれを補正することができるモータ制御装置、モータモジュールおよびモータ制御方法を提供することにある。

本発明の例示的なモータ制御装置は、モータを制御する。前記モータは、ロータと、ステータと、ホールセンサとを備える。前記ステータは、複数相の巻線を有する。前記ホールセンサは、前記ロータの回転位置を検出する。前記モータ制御装置は、インバータ回路と、推定部と、通電制御部と、補正部とを備える。前記インバータ回路は、前記複数相の巻線に駆動電圧を印加する。前記推定部は、前記ホールセンサによって検出された磁極の変化に基づいて、前記ロータの位置を推定する。前記通電制御部は、前記ロータの推定位置に基づいて各相の巻線への通電タイミングを制御する。前記補正部は、各相の巻線と前記ホールセンサとの位置ずれに基づいて前記通電タイミングを補正する。前記補正部は、オープン制御下で前記ホールセンサの設定位置を変化させたときの回転速度の極値に基づいて補正値を決定する。

本発明の例示的なモータモジュールは、上記に記載のモータ制御装置と、モータとを備える。前記モータは、前記モータ制御装置によって制御される。前記モータは、ロータと、ステータと、ホールセンサとを備える。前記ステータは、複数相の巻線を有する。前記ホールセンサは、前記ロータの回転位置を検出する。

本発明の例示的なモータ制御方法は、モータを制御する。前記モータは、ロータと、ステータと、ホールセンサとを備える。前記ステータは、複数相の巻線を有する。前記ホールセンサは、前記ロータの回転位置を検出する。前記モータ制御方法はオープン制御下において、取得工程と、決定工程と、補正工程とを包含する。前記取得工程において、前記ホールセンサの設定位置を変化させて前記モータの回転速度を取得する。前記決定工程において、取得した前記回転速度の極値に基づいて補正値を決定する。前記補正工程において、前記補正値に基づいて各相の巻き線への通電タイミングを補正する。

例示的な本発明によれば、回路の大型化を抑制しつつ、各相の巻き線とホールセンサとの間の位置ずれを補正することができる。

図１は、本発明の実施形態に係るモータモジュールのブロック図である。 図２は、インバータ回路を示す回路図である。 図３は、モータを示す模式図である。 図４は、逆起電力とホールセンサ信号とを示す図である。 図５は、ホールセンサ設定位置に対する回転速度の絶対値を示す図である。 図６は、ホールセンサ設定位置に対する回転速度の絶対値を示す図である。 図７は、回転速度を示す図である。 図８は、回転速度の決定方法を説明するための図である。 図９は、回転速度の決定方法を説明するための図である。 図１０は、回転速度の極値の決定方法を説明するための図である。 図１１Ａは、ホールセンサ設定位置を示す図である。 図１１Ｂは、ホールセンサ設定位置を示す図である。 図１２は、回転速度の極値の決定方法を説明するための図である。 図１３はホールセンサ設定位置を示す図である。 図１４は、回転速度の極値の決定方法を説明するための図である。 図１５は、回転速度の極値の決定方法を説明するための図である。 図１６は、本発明の実施形態に係るモータ制御方法を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図中、同一または相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。

図１～図３を参照して、本発明の実施形態に係るモータモジュール２００について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るモータモジュール２００のブロック図である。図２は、インバータ回路１１０を示す回路図である。図３は、モータＭを示す模式図である。

図１に示すように、モータモジュール２００は、モータ制御装置１００と、モータＭとを備える。モータＭは、モータ制御装置１００によって制御される。モータＭは、例えば、ブラシレスＤＣモータである。モータＭは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相を有する。

モータ制御装置１００は、モータＭを制御する。詳しくは、モータ制御装置１００は、モータＭの駆動を制御する。モータ制御装置１００は、インバータ回路１１０と、制御装置１２０とを備える。

モータ制御装置１００は、３相の交流出力を出力する。モータ制御装置１００は、３つの出力端子１０２を備える。３つの出力端子１０２は、出力端子１０２ｕと、出力端子１０２ｖと、出力端子１０２ｗとを含む。３つの出力端子１０２は、３相の出力電圧と３相の出力電流とをモータＭへ出力する。詳しくは、出力端子１０２ｕは、Ｕ相の出力電圧Ｖｕと、Ｕ相の出力電流ＩｕとをモータＭへ出力する。出力端子１０２ｖは、Ｖ相の出力電圧Ｖｖと、Ｖ相の出力電流ＩｖとをモータＭへ出力する。出力端子１０２ｗは、Ｗ相の出力電圧Ｖｗと、Ｗ相の出力電流ＩｗとをモータＭへ出力する。

インバータ回路１１０は、複数相の巻線に駆動電圧を印加する。複数相の巻線については、図３を参照して後述する。

図２に示すように、モータ制御装置１００は、第１電源端子Ｐと、第２電源端子Ｎと、コンデンサＣと、３つの直列体１１２とを備える。より具体的には、本実施形態では、モータ制御装置１００は、インバータ回路１１０を備え、インバータ回路１１０は、第１電源端子Ｐと、第２電源端子Ｎと、コンデンサＣと、３つの直列体１１２とを備える。インバータ回路１１０は、直流電圧源Ｂをさらに備える。なお、直流電圧源Ｂは、インバータ回路１１０の外部にあってもよい。

第１電源端子Ｐには、第１の電圧Ｖ１が印加される。第１電源端子Ｐは、直流電圧源Ｂに接続されている。

第２電源端子Ｎには、第２の電圧Ｖ２が印加される。第２電源端子Ｎは、直流電圧源Ｂに接続されている。第２の電圧Ｖ２は、第１の電圧Ｖ１よりも低い。

コンデンサＣは、第１電源端子Ｐと第２電源端子Ｎとの間に接続される。

３つの直列体１１２には、２つの半導体スイッチング素子が直列に接続されている。半導体スイッチング素子は、例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である。なお、半導体スイッチング素子は、電界効果トランジスタのような他のトランジスタであってもよい。３つの直列体１１２は、直列体１１２ｕと、直列体１１２ｖと、直列体１１２ｗとを含む。３つの直列体１１２は、互いに並列に接続されている。３つの直列体１１２の各々は、一端が第１電源端子Ｐに接続されている。３つの直列体１１２の各々は、他端が第２電源端子Ｎに接続されている。これらの半導体スイッチング素子にはそれぞれ、第１電源端子Ｐ側（紙面上側）をカソード、第２電源端子Ｎ側（紙面下側）をアノードとして、整流素子Ｄが並列に接続される。半導体スイッチング素子として電界効果トランジスタを用いる場合には、寄生ダイオードをこの整流素子として用いてもよい。

３つの直列体１１２の各々は、第１半導体スイッチング素子と、第２半導体スイッチング素子とを有する。詳しくは、直列体１１２ｕは、第１半導体スイッチング素子Ｕｐと、第２半導体スイッチング素子Ｕｎとを有する。直列体１１２ｖは、第１半導体スイッチング素子Ｖｐと、第２半導体スイッチング素子Ｖｎとを有する。直列体１１２ｗは、第１半導体スイッチング素子Ｗｐと、第２半導体スイッチング素子Ｗｎとを有する。

第１半導体スイッチング素子Ｕｐ、第１半導体スイッチング素子Ｖｐおよび第１半導体スイッチング素子Ｗｐは、第１電源端子Ｐに接続される。換言すると、第１半導体スイッチング素子Ｕｐ、第１半導体スイッチング素子Ｖｐおよび第１半導体スイッチング素子Ｗｐは、高電圧側の半導体スイッチング素子である。

第２半導体スイッチング素子Ｕｎ、第２半導体スイッチング素子Ｖｎおよび第２半導体スイッチング素子Ｗｎは、第２電源端子Ｎに接続される。換言すると、第２半導体スイッチング素子Ｕｎ、第２半導体スイッチング素子Ｖｎおよび第２半導体スイッチング素子Ｗｎは、低電圧側の半導体スイッチング素子である。

第１半導体スイッチング素子と第２半導体スイッチング素子とは接続点１１４において接続されている。詳しくは、第１半導体スイッチング素子Ｕｐと、第２半導体スイッチング素子Ｕｎとは、接続点１１４ｕにおいて接続されている。第１半導体スイッチング素子Ｖｐと、第２半導体スイッチング素子Ｖｎとは、接続点１１４ｖにおいて接続されている。第１半導体スイッチング素子Ｗｐと、第２半導体スイッチング素子Ｗｎとは、接続点１１４ｗにおいて接続されている。

３つの直列体１１２の各々における接続点１１４が、３つの出力端子１０２に接続されている。詳しくは、直列体１１２ｕにおける接続点１１４ｕが、出力端子１０２ｕに接続されている。直列体１１２ｖにおける接続点１１４ｖが、出力端子１０２ｖに接続されている。直列体１１２ｗにおける接続点１１４ｗが、出力端子１０２ｗに接続されている。

第１半導体スイッチング素子Ｕｐ、第１半導体スイッチング素子Ｖｐおよび第１半導体スイッチング素子Ｗｐには、ＰＷＭ信号が入力される。ＰＷＭ信号は、制御装置１２０から出力される。以下、本明細書において、第１半導体スイッチング素子Ｕｐに入力されるＰＷＭ信号を「ＵｐＰＷＭ信号」と記載することがある。また、第１半導体スイッチング素子Ｖｐに入力されるＰＷＭ信号を「ＶｐＰＷＭ信号」と記載することがある。第１半導体スイッチング素子Ｗｐに入力されるＰＷＭ信号を「ＷｐＰＷＭ信号」と記載することがある。第１半導体スイッチング素子Ｕｐ、第１半導体スイッチング素子Ｖｐおよび第１半導体スイッチング素子Ｗｐは、交流出力の周波数よりも高い周波数でオンとオフとが切り替えられる。例えば、第１半導体スイッチング素子Ｕｐ、第１半導体スイッチング素子Ｖｐおよび第１半導体スイッチング素子Ｗｐは、それぞれ、ＵｐＰＷＭ信号、ＶｐＰＷＭ信号およびＷｐＰＷＭ信号がＨＩＧＨレベルの場合に、オンとなる。一方、第１半導体スイッチング素子Ｕｐ、第１半導体スイッチング素子Ｖｐおよび第１半導体スイッチング素子Ｗｐは、それぞれ、ＵｐＰＷＭ信号、ＶｐＰＷＭ信号およびＷｐＰＷＭ信号がＬＯＷレベルの場合に、オフとなる。

第２半導体スイッチング素子Ｕｎ、第２半導体スイッチング素子Ｖｎおよび第２半導体スイッチング素子Ｗｎには、ＰＷＭ信号が入力される。ＰＷＭ信号は、制御装置１２０から出力される。以下、本明細書において、第２半導体スイッチング素子Ｕｎに入力されるＰＷＭ信号を「ＵｎＰＷＭ信号」と記載することがある。また、第２半導体スイッチング素子Ｖｎに入力されるＰＷＭ信号を「ＶｎＰＷＭ信号」と記載することがある。第２半導体スイッチング素子Ｗｎに入力されるＰＷＭ信号を「ＷｎＰＷＭ信号」と記載することがある。第２半導体スイッチング素子Ｕｎ、第２半導体スイッチング素子Ｖｎおよび第２半導体スイッチング素子Ｗｎは、交流出力の周波数よりも高い周波数でオンとオフとが切り替えられる。例えば、第２半導体スイッチング素子Ｕｎ、第２半導体スイッチング素子Ｖｎおよび第２半導体スイッチング素子Ｗｎは、それぞれ、ＵｎＰＷＭ信号、ＶｎＰＷＭ信号およびＷｎＰＷＭ信号がＨＩＧＨレベルの場合に、オンとなる。一方、第２半導体スイッチング素子Ｕｎ、第２半導体スイッチング素子Ｖｎおよび第２半導体スイッチング素子Ｗｎは、それぞれ、ＵｎＰＷＭ信号、ＶｎＰＷＭ信号およびＷｎＰＷＭ信号がＬＯＷレベルの場合に、オフとなる。

図３に示すように、モータＭは、ロータ３１０と、ステータ３２０と、３つのホールセンサ３３０とを備える。

ロータ３１０は、紙面に対して垂直な方向に延びる中心軸ＡＸを中心に配置される。つまり、一例として、モータＭは、インナーロータ型のモータである。ロータ３１０は、中心軸ＡＸの回りに回転する。ロータ３１０は、ステータ３２０の径方向ＲＤ内方に配置される。

ステータ３２０は、紙面に対して垂直な方向に延びる中心軸ＡＸを中心に配置される。ステータ３２０は、ロータ３１０と径方向ＲＤに対向する。ステータ３２０は、複数相の巻線３２２を有する。本実施形態では、ステータ３２０は、３相の巻線３２２を有する。

３つのホールセンサ３３０は、ホールセンサ３３２と、ホールセンサ３３４と、ホールセンサ３３６とを含む。ホールセンサ３３２は、Ｕ相用のホールセンサである。ホールセンサ３３４は、Ｖ相用のホールセンサである。ホールセンサ３３６は、Ｗ相用のホールセンサである。ホールセンサ３３０は、例えば、磁気センサである。ホールセンサ３３０は、ロータ３１０の回転位置を検出する。

図１に示すように、モータ制御装置１００は、推定部１２２と、通電制御部１２４と、補正部１２６とを備える。より具体的には、本実施形態では、モータ制御装置１００は、制御装置１２０を備え、制御装置１２０は、推定部１２２と、通電制御部１２４と、補正部１２６とを備える。制御装置１２０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）のようなプロセッサー、およびＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等によって構成されるハードウェア回路である。そして、制御装置１２０のプロセッサーは、記憶装置に記憶されたコンピュータープログラムを実行することによって、推定部１２２と、通電制御部１２４と、補正部１２６として機能する。

制御装置１２０は、インバータ回路１１０を制御する。具体的には、制御装置１２０は、ＰＷＭ信号を生成してＰＷＭ信号を出力することによって、インバータ回路１１０を制御する。より具体的には、制御装置１２０は、３つの直列体１１２のそれぞれに入力するＰＷＭ信号を生成する。

推定部１２２は、ホールセンサ３３０によって検出された磁極の変化に基づいて、ロータ３１０の位置を推定する。

通電制御部１２４は、ロータ３１０の推定位置に基づいて各相の巻線３２２への通電タイミングを制御する。

補正部１２６は、各相の巻線３２２とホールセンサ３３０との位置ずれに基づいて通電タイミングを補正する。補正値の決定については、図５および図６を参照して後述する。

図４を参照して、ホールセンサ３３０と各相の巻線３２２との位置ずれについて説明する。図４は、逆起電力とホールセンサ信号とを示す図である。図４において、逆起電力は破線で示しており、ホールセンサ信号は実線で示している。

図４に示すように、逆起電力の波形は正弦波状である。ステータ３２０の巻線３２２の位置は、逆起電力の波形と対応している。ホールセンサ信号は、矩形波状である。

αは、ステータ３２０の巻線３２２の位置と、ホールセンサ３３０との位置関係によって決まる値である。ステータ３２０の巻線３２２と、ホールセンサ３３０との取付け誤差によって、ホールセンサ信号にずれΔαが生じている。

図５を参照して、ホールセンサ３３０と各相の巻線３２２との位置ずれの補正方法について説明する。図５は、ホールセンサ設定位置に対する回転速度の絶対値を示す図である。図５において、横軸は、ホールセンサ設定位置を示す。図５において、縦軸は、回転速度の絶対値を示す。図５において、丸印は、モータＭがＣＷ方向（時計回り方向）に回転するときの回転速度の絶対値を示す。図５において、三角印は、モータＭがＣＣＷ方向（反時計回り方向）に回転するときの回転速度の絶対値を示す。

図５に示すように、ＣＷ方向の回転速度は位置Ｐ１において極値となる。位置Ｐ１は、ホールセンサ設置位置が電気角４８度である。

ＣＣＷ方向の回転速度はＰ２において極値となる。位置Ｐ２は、ホールセンサ設置位置が電気角４５度である。

補正部１２６は、オープン制御下でホールセンサ３３０の設定位置を変化させたときの回転速度の極値に基づいて補正値を決定する。例えば、補正部１２６は、オープン制御下でホールセンサ３３０の設定位置を変化させたときの回転速度を取得する。そして、補正部１２６は、ＣＷ方向の回転速度が極値となる位置Ｐ１と、ＣＣＷ方向の回転速度が極値となる位置Ｐ２との平均である位置Ｐ３をホールセンサ３３０設定値とする。位置Ｐ３は、電気角４６．５度である。補正部１２６は、ホールセンサ３３０の設定位置を電気角４６．５度に設定し通電タイミングを補正する。このように、補正部１２６は、オープン制御下でホールセンサ３３０の設定位置を変化させたときの回転速度の極値に基づいて補正値を決定する。したがって、回路の大型化を抑制しつつ、各相の巻き線とホールセンサ３３０との間の位置ずれを補正することができる。

図６を参照して、ホールセンサ３３０と各相の巻線３２２との位置ずれの補正方法について説明する。図６は、ホールセンサ設定位置に対する回転速度の絶対値を示す図である。図６において、横軸は、ホールセンサ設定位置を示す。図６において、縦軸は、回転速度の絶対値を示す。図６において、丸印は、モータＭがＣＷ方向（時計回り方向）に回転するときの回転速度の絶対値を示す。図６において、三角印は、モータＭがＣＣＷ方向（反時計回り方向）に回転するときの回転速度の絶対値を示す。図６に示したデータは、図５に示したデータとは別のモータＭのデータを示す。

図５に示すように、ＣＷ方向の回転速度は位置Ｐ１において極値となる。位置Ｐ１は、ホールセンサ設置位置が電気角２８度である。

ＣＣＷ方向の回転速度はＰ２において極値となる。位置Ｐ２は、ホールセンサ設置位置が電気角３７度である。

補正部１２６は、オープン制御下でホールセンサ３３０の設定位置を変化させたときの回転速度の極値に基づいて補正値を決定する。例えば、補正部１２６は、オープン制御下でホールセンサ３３０の設定位置を変化させたときの回転速度を取得する。そして、補正部１２６は、ＣＷ方向の回転速度が極値となる位置Ｐ１と、ＣＣＷ方向の回転速度が極値となる位置Ｐ２との平均である位置Ｐ３をホールセンサ３３０設定値とする。位置Ｐ３は、電気角３２．５度である。補正部１２６は、ホールセンサ３３０の設定位置を電気角３２．５度に設定し通電タイミングを補正する。このように、補正部１２６は、オープン制御下でホールセンサ３３０の設定位置を変化させたときの回転速度の極値に基づいて補正値を決定する。したがって、回路の大型化を抑制しつつ、各相の巻き線とホールセンサ３３０との間の位置ずれを補正することができる。

図７を参照して、回転速度の取得タイミングについて説明する。図７は、回転速度を示す図である。図７において、横軸は、ホールセンサ設定位置を変えてからの経過時間を示す。図７において、縦軸は、回転速度の絶対値を示す。図７に示すデータは、下のグラフから順に、ホールセンサ設定位置を電気角３０度から電気角３１度に変更したときのデータ、ホールセンサ設定位置を電気角３１度から電気角３２度に変更したときのデータ、ホールセンサ設定位置を電気角３２度から電気角３３度に変更したときのデータ、ホールセンサ設定位置を電気角３３度から電気角３４度に変更したときのデータ、ホールセンサ設定位置を電気角３４度から電気角３５度に変更したときのデータ、およびホールセンサ設定位置を電気角３５度から電気角３６度に変更したときのデータを示す。

図７に示すように、ホールセンサ設定位置を変えてからの経過時間が経つにしたがって、回転速度は収束する。したがって、補正部１２６は、ホールセンサ３３０の設定位置を変化させて回転速度を取得するとき、ホールセンサ３３０の設定位置を変化させてから一定時間経過後に回転速度を取得する。したがって、回転速度が収束した値を取得することで、正確な回転速度を取得できる。

図８および図９を参照して、回転速度の決定について説明する。図８および図９は、回転速度の決定方法を説明するための図である。図８において、横軸は時間を示し、縦軸は回転速度を示す。

図８に示すように、モータＭによっては回転速度が細かく振動する可能性がある。したがって、補正部１２６は、回転速度の振動が一定の範囲に収まる場合に、回転速度が収束したとみなす。

補正部１２６は、ホールセンサ３３０の設定位置を変化させて回転速度を取得するとき、複数の所定の期間における複数の瞬時速度のうち最大値および最小値の少なくとも一方を記憶する。本実施形態では、補正部１２６は、ホールセンサ３３０の設定位置を変化させて回転速度を取得するとき、複数の所定の期間における複数の瞬時速度のうち最大値および最小値を記憶する。なお、補正部１２６は、ホールセンサ３３０の設定位置を変化させて回転速度を取得するとき、複数の所定の期間における複数の瞬時速度のうち最大値のみを記憶してもよい。あるいは、補正部１２６は、ホールセンサ３３０の設定位置を変化させて回転速度を取得するとき、複数の所定の期間における複数の瞬時速度のうち最小値のみを記憶してもよい。

具体的には、補正部１２６は、所定の期間をブロックＢＬとし、各ブロックＢＬにおける複数の瞬時速度のうち最大値Ｕ１と、最小値Ｌ１とを記憶する。

図９に示すように、補正部１２６は、複数の所定の期間における最大値のばらつきおよび最小値のばらつきの少なくとも一方が一定の範囲に収まる場合に、最大値および／または最小値に基づき回転速度を決定する。本実施形態では、補正部１２６は、複数の所定の期間における最大値のばらつきおよび最小値のばらつきが一定の範囲に収まる場合に、最大値および最小値に基づき回転速度を決定する。なお、補正部１２６は、複数の所定の期間における最大値のばらつきが一定の範囲に収まる場合に、最大値に基づき回転速度を決定してもよい。あるいは、補正部１２６は、複数の所定の期間における最小値のばらつきが一定の範囲に収まる場合に、最小値に基づき回転速度を決定してもよい。

具体的には、補正部１２６の一例では、直近の５ブロックＢＬにおいて、最大値Ｕ１の最大値Ｕｍａｘと、最大値Ｕ１の最小値Ｕｍｉｎとの中間値Ｕｍｉｄの±０．１％以内に最大値Ｕｍａｘおよび最小値Ｕｍｉｎが収まる場合に回転速度が収束したとみなす。

また、補正部１２６の別の一例では、直近の５ブロックＢＬにおいて、最小値Ｌ１の最大値Ｌｍａｘと、最小値Ｌ１の最小値Ｌｍｉｎとの中間値Ｌｍｉｄの±０．１％以内に収まる場合に回転速度が収束したとみなす。

補正部１２６の別の一例では、最大値および最小値に基づき回転速度を決定する。詳しくは、最大値Ｕ１および最小値Ｌ１が収束すると、補正部１２６は、中間値Ｕｍｉｄおよび中間値Ｌｍｉｄの中間値ｓｐｄ＿ｍｉｄを回転速度と決定する。したがって、機械振動によって瞬時回転速度が増減する場合でも、正確な回転速度を求めることができる。さらに、回転速度の収束を早く検知することができる。

図１０を参照して、回転速度の極値の決定方法の一例について説明する。図１０は、回転速度の極値の決定方法を説明するための図である。

図１０に示すように、ホールセンサ設定位置は、まず典型値に設定される。典型値は、ホールセンサ３３０が設置されるべき位置を示す。例えば、典型値は電位角４５度である。

典型値から走査方向を正に、走査量をΔθ、前回回転速度を０に初期化する。そして、典型値Ｐ３１における回転速度を取得する。

次に、図１０の「１」に示すように、典型値Ｐ３１から正方向にΔθ走査したホールセンサ設定位置Ｐ３２において回転速度を取得する。前回の回転速度より小さければ走査方向を逆転する。ここでは、前回の回転速度より小さいので、走査方向を逆転し負方向にする。

次に、図１０の「２」に示すように、典型値Ｐ３１から負方向にΔθ走査したホールセンサ設定位置Ｐ３３において回転速度を取得する。前回の回転速度より大きいので、走査方向は負方向で維持する。

次に図１０の「３」に示すように、ホールセンサ設定位置Ｐ３３から負方向にΔθ走査したホールセンサ設定位置Ｐ３４において回転速度を取得する。前回の回転速度より大きいので、走査方向は負方向で維持する。

次に図１０の「４」に示すように、ホールセンサ設定位置Ｐ３４から負方向にΔθ走査したホールセンサ設定位置Ｐ３４において回転速度を取得する。前回の回転速度より小さいので、走査方向を逆転し正方向にする。

次に図１０の「５」に示すように、ホールセンサ設定位置Ｐ３４から正方向にΔθ／２走査したホールセンサ設定位置Ｐ３６において回転速度を取得する。

このように、走査しながら回転速度を取得することによって、回転速度の極値を決定することができる。その結果、回転速度の極値に対応するホールセンサ設定位置を決定することができる。

図１１Ａおよび図１１Ｂを参照して、図１０において説明した方法によるホールセンサ設定位置の測定結果について説明する。図１１Ａおよび図１１Ｂは、ホールセンサ設定位置を示す図である。図１１Ａは、ＣＷ方向（時計回り方向）におけるホールセンサ設定位置の測定結果を示す。図１１Ｂは、ＣＣＷ方向（反時計回り方向）におけるホールセンサ設定値の測定結果を示す。図１１Ａおよび図１１Ｂにおいて、横軸はホールセンサ設定位置の走査回数を示す。図１１Ａおよび図１１Ｂにおいて、縦軸は、ホールセンサ設定位置を示す。図１１Ａおよび図１１Ｂでは、ホールセンサ設定位置の初期値を電気角５２度、電気角５０度、電気角４８度、電気角４６度、電気角４４度、電気角４２度、電気角４０度、および電気３８度した場合におけるホールセンサ設定値の測定結果を示す。

図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、ホールセンサ設定位置の初期値を振った場合であっても、電気角±１度の範囲にホールセンサ設定位置を収束させることができる。すなわち、典型値からのずれの大小に関わらず、補正対象のモータＭのホールセンサ設定位置を正しく求めることができる。

図１２を参照して回転速度の極値の決定方法の一例について説明する。図１２は、回転速度の極値の決定方法を説明するための図である。

図１２に示す例では、補正部１２６は、典型値の近傍のホールセンサ３３０の設定位置を走査することによって複数の回転速度を取得する。本実施形態では、補正部１２６は、典型値Ｐ５の電気角±１０度の範囲の回転速度を取得する。補正部１２６は、複数の回転速度を２次以上の多項式近似することによって、極値に対応するホールセンサ３３０の設定位置を算出する。本実施形態では、補正部１２６は、複数の回転速度を放物線近似することによって、極値に対応するホールセンサ３３０の設定位置を算出する。放物線近似は、例えば、最小二乗法によって行う。最小二乗法によって求めた放物線ｙ＝ａｘ²＋ｂｘ＋ｃにおいて、－ｂ／２ａを求めることによって極値に対応するｘ座標、つまり極値に対応するホールセンサ３３０の設定位置を算出することができる。なお、補正部１２６は、複数の回転速度を３次以上の多項式近似することによって、極値に対応するホールセンサ３３０の設定位置を算出してもよい。

補正部１２６は、算出されたホールセンサ３３０の設定位置に基づいて補正値を決定する。したがって、適切に補正値を決定することができる。

図１３を参照して、図１２において説明した方法によるホールセンサ設定位置の測定結果について説明する。図１３はＱ－Ｑプロット（Ｑｕａｎｔｉｌｅ－Ｑｕａｎｔｉｌｅ Ｐｌｏｔ）と呼ばれ、試行回数に応じたホールセンサ設定位置の分布を示す図である。図１３において、プロットの数ほどホールセンサ設定位置の決定を試行しており、横軸は、各試行で求まったホールセンサ設定位置を示す。図１３において、縦軸は、正規分布確率（％）を示す。

図１３に示すように、９６％の確率で電気角±０．３８度以内の範囲にホールセンサ設定位置を収束させることができる。したがって、適切に補正値を決定することができる。

図１４および図１５を参照して、回転速度の極値の決定方法の一例について説明する。図１４および図１５は、回転速度の極値の決定方法を説明するための図である。図１４は、モータＭがＣＷ方向（時計回り方向）に回転するときの回転速度の絶対値を示す。図１５は、モータＭがＣＣＷ方向（反時計回り方向）に回転するときの回転速度の絶対値を示す。

図１４に示すように、補正部１２６は、ホールセンサ３３０の設定位置の走査をホールセンサ３３０の設定位置が遅角側から行う。詳しくは、例えば、典型値より電気角１４度小さい位置Ｐ１１から設定位置の走査を開始する。そして、直近２点以上のホールセンサ３３０の設定位置に対してオープン制御の回転速度の傾きを算出することによって、回転速度の絶対値が減少から増加に転じる箇所を検出する。詳しくは、位置Ｐ１１から位置Ｐ１２までは回転速度の絶対値は増加している。位置Ｐ１２から位置Ｐ１４までは回転速度の絶対値は減少している。補正部１２６は、増加に転じるまでのホールセンサ３３０の設定位置とオープン制御の回転速度との関係を２次以上の多項式近似することによって補正値を決定する。位置Ｐ１４から位置Ｐ１５までは回転速度の絶対値は増加している。補正部１２６は、位置Ｐ１３を含む角度が遅い側（小さい側）のホールセンサ３３０の設定位置とオープン制御の回転速度との関係を２次以上の多項式近似することによって補正値を決定する。本実施形態では、補正部１２６は、位置Ｐ１３を含む角度が遅い側（小さい側）のホールセンサ３３０の設定位置とオープン制御の回転速度との関係を放物線近似することによって補正値を決定する。したがって、適切に補正値を決定することができる。なお、補正部１２６は、位置Ｐ１３を含む角度が遅い側（小さい側）のホールセンサ３３０の設定位置とオープン制御の回転速度との関係を３次以上の多項式近似することによって補正値を決定してもよい。また、本実施例においては、回転速度の測定は、放物線近似をすべき範囲を決定するために必要な位置Ｐ１５までは行い、以降の走査はしていない。これにより、補正値決定に要する時間を短縮することができる。

図１５に示すように、補正部１２６は、ホールセンサ３３０の設定位置の走査をホールセンサ３３０の設定位置が遅角側から行う。詳しくは、例えば、典型値より電気角１４度大きい位置Ｐ２１から設定位置の走査を開始する。そして、直近２点以上のホールセンサ３３０の設定位置に対してオープン制御の回転速度の傾きを算出することによって、回転速度の絶対値が減少から増加に転じる箇所を検出する。詳しくは、位置Ｐ２１から位置Ｐ２２までは回転速度の絶対値は増加している。位置Ｐ２２から位置Ｐ２４までは回転速度の絶対値は減少している。補正部１２６は、増加に転じるまでのホールセンサ３３０の設定位置とオープン制御の回転速度との関係を２次以上の多項式近似することによって補正値を決定する。詳しくは、位置Ｐ２４から位置Ｐ２５までは回転速度の絶対値は増加している。補正部１２６は、位置Ｐ２３を含む角度が遅い側（大きい側）のホールセンサ３３０の設定位置とオープン制御の回転速度との関係を２次以上の多項式近似することによって補正値を決定する。本実施形態では、補正部１２６は、位置Ｐ２３を含む角度が遅い側（大きい側）のホールセンサ３３０の設定位置とオープン制御の回転速度との関係を放物線近似することによって補正値を決定する。したがって、適切に補正値を決定することができる。なお、補正部１２６は、位置Ｐ２３を含む角度が遅い側（大きい側）のホールセンサ３３０の設定位置とオープン制御の回転速度との関係を３次以上の多項式近似することによって補正値を決定してもよい。また、本実施例においては、回転速度の測定は、放物線近似をすべき範囲を決定するために必要な位置Ｐ２５までは行い、以降の走査はしていない。これにより、補正値決定に要する時間を短縮することができる。

図１６を参照して、本発明の実施形態に係るモータ制御方法について説明する。図１６は、本発明の実施形態に係るモータ制御方法を示すフローチャートである。ステップＳ１０２～ステップＳ１０６の処理がオープン制御下において実行されることによって、モータ制御が行われる。

ステップＳ１０２：補正部１２６は、ホールセンサ３３０の設定位置を変化させてモータＭの回転速度を取得する。処理はステップＳ１０４に進む。なお、ステップＳ１０２は、「取得工程」の一例である。

ステップＳ１０４：補正部１２６は、取得した回転速度の極値に基づいて補正値を決定する。処理はステップＳ１０６に進む。なお、ステップＳ１０４は、「決定工程」の一例である。

ステップＳ１０６：補正部１２６は、補正値に基づいて各相の巻き線への通電タイミングを補正する。処理は終了する。なお、ステップＳ１０６は、「補正工程」の一例である。

以上、図１６を参照して説明したように、モータ制御方法は、取得工程と、決定工程と、補正工程とを包含する。補正工程において、補正値に基づいて各相の巻き線への通電タイミングを補正する。したがって、回路の大型化を抑制しつつ、各相の巻線３２２とホールセンサ３３０との間の位置ずれを補正することができる。

以上、図面（図１～図１６）を参照しながら本発明の実施形態を説明した。但し、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。図面は、理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、図示された各構成要素の厚み、長さ、個数等は、図面作成の都合上から実際とは異なる。また、上記の実施形態で示す各構成要素の材質や形状、寸法等は一例であって、特に限定されるものではなく、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

本発明は、電力変換装置、モータモジュールおよびモータ制御方法に好適に利用できる。

１００ モータ制御装置
１１０ インバータ回路
１２０ 制御装置
１２２ 推定部
１２４ 通電制御部
１２６ 補正部
２００ モータモジュール
３１０ ロータ
３２０ ステータ
３２２ 巻線
３３０、３３２、３３４、３３６ ホールセンサ
Ｍ モータ

Claims (8)

1. モータを制御するモータ制御装置であって、
   前記モータは、
   ロータと、
   複数相の巻線を有するステータと、
   前記ロータの回転位置を検出するホールセンサとを備え、
   前記モータ制御装置は、
   前記複数相の巻線に駆動電圧を印加するインバータ回路と、
   前記ホールセンサによって検出された磁極の変化に基づいて、前記ロータの位置を推定する推定部と、
   前記ロータの推定位置に基づいて各相の巻線への通電タイミングを制御する通電制御部と、
   各相の巻線と前記ホールセンサとの位置ずれに基づいて前記通電タイミングを補正する補正部とを備え、
   前記補正部は、前記ホールセンサの設定位置を変化させて前記モータを駆動した際の前記モータの回転速度の極値に対応する前記ホールセンサの設定位置に応じて前記通電タイミングを補正するための補正値を決定する、モータ制御装置。
2. 前記補正部は、前記ホールセンサの設定位置を変化させて前記回転速度を取得するとき、前記ホールセンサの設定位置を変化させてから一定時間経過後に前記回転速度を取得する、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記補正部は、前記ホールセンサの設定位置を変化させて前記回転速度を取得するとき、複数の所定の期間における複数の瞬時速度のうち最大値および最小値の少なくとも一方を記憶し、複数の所定の期間における前記最大値のばらつきおよび前記最小値のばらつきの少なくとも一方が一定の範囲に収まる場合に、前記最大値および／または前記最小値に基づき前記回転速度を決定する、請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記補正部は、前記ホールセンサの設定位置を変化させて前記回転速度を取得するとき、複数の所定の期間における複数の瞬時速度のうち最大値および最小値を記憶し、複数の所定の期間における前記最大値のばらつきおよび前記最小値のばらつきが一定の範囲に収まる場合に、前記最大値および前記最小値に基づき前記回転速度を決定する、請求項３に記載のモータ制御装置。
5. 前記補正部は、典型値の近傍の前記ホールセンサの設定位置を走査することによって複数の前記回転速度を取得し、複数の前記回転速度を２次以上の多項式近似することによって、前記極値に対応する前記ホールセンサの設定位置を算出し、前記算出された前記ホールセンサの設定位置に基づいて前記補正値を決定する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
6. 前記補正部は、前記ホールセンサの設定位置の走査を前記ホールセンサの設定位置が遅角側から行い、直近２点以上の前記ホールセンサの設定位置に対してオープン制御の前記回転速度の傾きを算出することによって、前記回転速度の絶対値が減少から増加に転じる箇所を検出し、増加に転じるまでの前記ホールセンサの設定位置とオープン制御の前記回転速度との関係を２次以上の多項式近似することによって前記補正値を決定する、請求項５に記載のモータ制御装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のモータ制御装置と、
   前記モータ制御装置によって制御されるモータとを備え、
   前記モータは、
   ロータと、
   複数相の巻線を有するステータと、
   前記ロータの回転位置を検出するホールセンサとを備える、モータモジュール。
8. モータを制御するモータ制御方法であって、
   前記モータは、
   ロータと、
   複数相の巻線を有するステータと、
   前記ロータの回転位置を検出するホールセンサとを備え、
   前記モータ制御方法は、
   前記ホールセンサの設定位置を変化させて前記モータを駆動した際の前記モータの回転速度を取得する取得工程と、
   取得した前記回転速度の極値に対応する前記ホールセンサの設定位置に応じて各相の巻線への通電タイミングを補正するための補正値を決定する決定工程と、
   前記補正値に基づいて各相の巻き線への通電タイミングを補正する補正工程とを包含する、モータ制御方法。