(57)【要約】【課題】磁束角の調整を予め手動で行う必要がなく、高精度に磁束角誤差を補正することができるモータ制御装置を提供する。【解決手段】本発明に係るモータ制御装置１は、ｄ軸電流Ｉd及びｑ軸電流Ｉqがそれぞれ指令電流に等しくなるような第１磁束角θ1及び第１磁束角速度ω1を出力する第１検出部３０と、磁電変換器１５が出力する余弦波信号ＨＳ1及び正弦波信号ＨＳ2に基づいて、ｄ軸電流Ｉd及びｑ軸電流Ｉqがそれぞれ指令電流に等しくなるような第２磁束角θ2及び第２磁束角速度ω2を出力する第２検出部３１を備え、補正モードにおいて、第１磁束角θ1及び第１磁束角速度ω1に基づいて無負荷のモータ２１を等速運転させつつ第１磁束角θ1に対する第２磁束角θ2の位相のずれを測定しておき、通常モードにおいて、該ずれを補正した後の第２磁束角θ2及び第２磁束角速度ω2に基づいてモータを通常運転させる。【選択図】図１
2010154588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｄ軸及びｑ軸指令電流に基づいて、モータをベクトル制御により制御するモータ制御装置であって、
前記モータのｄ軸及びｑ軸指令電流とｄ軸及びｑ軸電流とに基づいて、前記ｄ軸電流が前記ｄ軸指令電流に等しくなり、かつ前記ｑ軸電流が前記ｑ軸指令電流に等しくなるような前記モータの第１磁束角及び第１磁束角速度を出力する第１検出部と、
前記モータの内部または近傍に備えられ、該モータの固定子と回転子との相対的な位置関係に応じた正弦波信号及び余弦波信号を出力する一対の磁電変換器と、
前記正弦波信号及び余弦波信号に基づいて、前記ｄ軸電流が前記ｄ軸指令電流に等しくなり、かつ前記ｑ軸電流が前記ｑ軸指令電流に等しくなるような前記モータの第２磁束角及び第２磁束角速度を出力する第２検出部と、
外部からの指令を受けて、前記第１磁束角及び前記第１磁束角速度に基づいて無負荷とした前記モータをベクトル制御により等速運転させる補正モードと、前記第２磁束角及び前記第２磁束角速度に基づいて前記モータをベクトル制御により通常運転させる通常モードとを切り替えるモード制御部と、
前記補正モード時に、前記第１磁束角に対する前記第２磁束角の位相のずれ量を測定し、該ずれ量を補正角として出力する補正角測定部と、
前記補正角を格納する記憶部と、
を備え、前記通常モード時に前記第２検出部から出力される前記第２磁束角は、前記補正角で補正したものであることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記補正モード時に、前記正弦波信号及び前記余弦波信号の振幅及びオフセットを測定し、該振幅及びオフセットを補正値として出力する補正値測定部を備え、
前記記憶部は、さらに前記補正値を格納し、
前記第２検出部は、前記正弦波信号及び前記余弦波信号を前記補正値で補正し、該補正後の正弦波信号及び余弦波信号に基づいて、前記モータの第２磁束角及び第２磁束角速度を出力することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記補正角及び前記補正値は、前記モータが等速運転している間の平均値であることを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のモータ制御装置を備え、該モータ制御装置でＥＰＳモータを制御するフォークリフトであって、
前記ｑ軸指令電流がステアリングに加えられたトルクに応じて増減し、前記ｄ軸指令電流が一定であることを特徴とするフォークリフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータを制御するモータ制御装置に関し、特に、永久磁石同期モータの磁束角を補正する機能を備えたモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、永久磁石同期モータ（以下、単に「モータ」という）を制御するためには、固定子と回転子の相対的な位置関係（以下、「磁束角」という）を正確に把握することが極めて重要である。このため、モータを制御するモータ制御装置には、電気角を９０°ずらして配置したホールセンサ等からなる一対の磁電変換器が備えられており、これらから出力される正弦波信号及び余弦波信号に基づいて磁束角を把握するようになっている。
【０００３】
しかしながら、モータを構成する部品の加工誤差または部品同士の組立誤差により、磁電変換器によって得られる磁束角には多少の誤差が含まれるので、その情報のみではモータを高精度に制御することはできない。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１に記載のモータ制御装置では、任意の状態で運転されているモータのｄ軸電流、ｑ軸電流及びｄ軸電圧を測定し、これらに基づいて磁束角誤差を推定している。そして、磁電変換器から得られる磁束角を、推定した磁束角誤差で補正することにより、真の磁束角を求めている。
【特許文献１】特開２００５−２６９７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この方式では、上記誤差が大きい場合にモータを回転させ始めることができない。したがって、従来のモータ制御装置では、予め手動で磁束角を回転可能な程度に調整しておく必要があり、非常に手間が掛かっていた。
【０００６】
本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、磁束角の調整を予め手動で行う必要がなく、しかも高精度に磁束角誤差を補正することができるモータ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係るモータ制御装置は、ｄ軸及びｑ軸指令電流に基づいて、モータをベクトル制御により制御するモータ制御装置であって、前記モータのｄ軸及びｑ軸指令電流とｄ軸及びｑ軸電流とに基づいて、前記ｄ軸電流が前記ｄ軸指令電流に等しくなり、かつ前記ｑ軸電流が前記ｑ軸指令電流に等しくなるような前記モータの第１磁束角及び第１磁束角速度を出力する第１検出部と、前記モータの内部または近傍に備えられ、該モータの固定子と回転子との相対的な位置関係に応じた正弦波信号及び余弦波信号を出力する一対の磁電変換器と、前記正弦波信号及び余弦波信号に基づいて、前記ｄ軸電流が前記ｄ軸指令電流に等しくなり、かつ前記ｑ軸電流が前記ｑ軸指令電流に等しくなるような前記モータの第２磁束角及び第２磁束角速度を出力する第２検出部と、外部からの指令を受けて、前記第１磁束角及び前記第１磁束角速度に基づいて無負荷とした前記モータをベクトル制御により等速運転させる補正モードと、前記第２磁束角及び前記第２磁束角速度に基づいて前記モータをベクトル制御により通常運転させる通常モードとを切り替えるモード制御部と、前記補正モード時に、前記第１磁束角に対する前記第２磁束角の位相のずれ量を測定し、該ずれ量を補正角として出力する補正角測定部と、前記補正角を格納する記憶部とを備え、前記通常モード時に前記第２検出部から出力される前記第２磁束角は、前記補正角で補正したものであることを特徴とする。
【０００８】
好ましくは、上記モータ制御装置は、前記補正モード時に前記正弦波信号及び前記余弦波信号の振幅及びオフセットを測定し、該振幅及びオフセットを補正値として出力する補正値測定部を備え、前記記憶部は、さらに前記補正値を格納し、前記第２検出部は、前記正弦波信号及び前記余弦波信号を前記補正値で補正し、該補正後の正弦波信号及び余弦波信号に基づいて、前記モータの第２磁束角及び第２磁束角速度を出力する。
【０００９】
さらに好ましくは、上記モータ制御装置において、前記補正角及び前記補正値は、前記モータが等速運転している間の平均値である。
【００１０】
また、上記課題を解決するために、本発明に係るフォークリフトは、上記いずれかのモータ制御装置を備え、該モータ制御装置でＥＰＳモータを制御するフォークリフトであって、前記ｑ軸指令電流がステアリングに加えられたトルクに応じて増減し、前記ｄ軸指令電流が一定であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、磁束角の調整を予め手動で行う必要がなく、しかも高精度に磁束角誤差を補正することができるモータ制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るモータ制御装置の好ましい実施形態について説明する。
【００１３】
［各ブロックの機能］
図１は、本発明に係るモータ制御装置１のブロック図である。本実施形態におけるモータ制御装置１は、操舵輪角の変更をアシストする６極のＥＰＳモータ（モータ２１）を制御するもので、ステアリング３にトルクが加えられると、そのトルクに応じたアシストトルクを発生するようモータ２１をベクトル制御する。なお、周知のように、モータ２１における固定子と回転子との相対的な位置関係は「機械角」及び「電気角」を用いて表現することができるが、本明細書では、特に断りのない限り「電気角（＝磁束角）」で回転位置を表現するものとする。
【００１４】
図１のブロック図において、速度制御部５は、モード制御部２から出力される角速度指令ωrと、速度・角度切替部１３から出力される磁束角速度ω3を機械角に変換して得たω4との偏差Δωを比例・積分して、第１ｑ軸電流指令ｉq1を出力する。トルクセンサ４は、ステアリング３に加えられたトルクを検知し、該トルクに比例した第２ｑ軸電流指令ｉq2を出力する。また、電流切替部６は、第１モード切替信号Ｃ1（詳細については後述する）に応じて、第１ｑ軸電流指令ｉq1または第２ｑ軸電流指令ｉq2のいずれか一方をｑ軸電流指令ｉqとして出力する。
【００１５】
電流−電圧変換部７は、磁束角θ3及び磁束角速度ω3を参照しながら、ｑ軸電流Ｉqがｑ軸電流指令ｉqに等しくなり、かつｄ軸電流Ｉdがｄ軸電流指令ｉd（本実施例では、“０”）に等しくなるようなｄ軸電圧指令Ｖd及びｑ軸電圧指令Ｖqを出力する。
【００１６】
二相−三相座標変換部８は、ｄ軸電圧指令Ｖd及びｑ軸電圧指令Ｖqに基づいて、まず次式により変数Ｖa、Ｖbを求める。
【数１】
2010154588.tif 000003
続いて、二相−三相座標変換部８は、上記変数Ｖa、Ｖbを用いた次式によってｕ、ｖ、ｗ各相の電圧Ｖu、Ｖv、Ｖwを求め、該電圧によりモータ２１を駆動する。
【数２】
2010154588.tif 000004
【００１７】
図１に示すように、二相−三相座標変換部８とモータ２１とを結ぶ各相のラインには電流センサが備えられており、これにより、二相−三相座標変換部８からモータ２１に向かって流れるｕ、ｖ、ｗ各相の実際の電流Ｉu、Ｉv、Ｉwを検出できる。
【００１８】
三相−二相座標変換部９は、検出した各相の電流Ｉu、Ｉv、Ｉwに基づいて、まず次式により変数Ｉa、Ｉbを求める。
【数３】
2010154588.tif 000005
続いて、三相−二相座標変換部９は、上記変数Ｉa、Ｉbを用いた次式によってｄ軸電流Ｉd及びｑ軸電流Ｉqを求める。
【数４】
2010154588.tif 000006
【００１９】
誤差角検出部１０は、ｄ軸電圧Ｖd、ｑ軸電圧Ｖq、ｄ軸電流Ｉd、ｑ軸電流Ｉq及び後述する第１磁束角速度ω1に基づいて、次式により誤差角ΔＤを求める。
【数５】
2010154588.tif 000007
ここで、定数Ｒaはモータ２１の相抵抗、定数Ｌqはｑ軸インダクタンスである。
【００２０】
比例・積分制御部１１は、誤差角ΔＤが０になるような第１磁束角速度ω1を求める。また、角度変換部１２は、この第１磁束角速度ω1を積分し、０〜３６０°の範囲の第１磁束角θ1を求める。第１磁束角速度ω1及び第１磁束角θ1は、速度・角度切替部１３に向けて出力される。速度・角度切替部１３の動作等については、後述する。なお、本明細書では、誤差角検出部１０、比例・積分制御部１１及び角度変換部１２を第１検出部３０と総称する。
【００２１】
図１に示すように、モータ２１の内部または近傍には、電気角を９０°ずらして配置したホールセンサ等からなる一対の磁電変換器１５が備えられている。そして、磁電変換器１５からは、電気的に９０°の位相差をもった余弦波信号ＨＳ1（＝ｃｏｓθb）及び正弦波信号ＨＳ2（＝ｓｉｎθb）が出力される。モータ２１が等速回転している場合、磁電変換器１５からは、例えば図２（Ａ）に示すような余弦波信号ＨＳ1及び正弦波信号ＨＳ2が出力される。
【００２２】
モータを構成する部品の加工誤差または部品同士の組立誤差により、余弦波信号ＨＳ1と正弦波信号ＨＳ2との間で、振幅及び／またはオフセットにずれが生じる。例えば、図２（Ａ）に示す一例では、余弦波信号ＨＳ1の振幅及びオフセットがそれぞれＶa1、Ｖo1であるのに対して、正弦波信号ＨＳ2の振幅及びオフセットはそれぞれＶa2（＜Ｖa1）、Ｖo2（＜Ｖo1）である。したがって、このままでは、正確な磁束角θｂを得ることはできない。
【００２３】
そこで、本発明に係るモータ制御装置１では、余弦波信号ＨＳ1及び正弦波信号ＨＳ2の振幅とオフセットを予め測定して補正値として記憶しておく（図２（Ａ）参照）。そして、この補正値で補正した後の余弦波信号ＨＳ1’及び正弦波信号ＨＳ2’（図２（Ｂ）参照）を用いて磁束角θbを求める（図２（Ｃ）参照）。
【００２４】
具体的には、補正値測定部１８が、余弦波信号ＨＳ1の振幅Ｖa1及びオフセットＶo1と正弦波信号ＨＳ2の振幅Ｖa2及びオフセットＶo2とを測定し、所定のタイミングで記憶部２０に格納する。そして、角度検出部１６は記憶部２０に格納されている各補正値を用いて、余弦波信号ＨＳ1及び正弦波信号ＨＳ2の補正を行う。補正は、次式により行う。
【数６】
2010154588.tif 000008
上式を用いた補正によれば、結局、図２（Ｂ）に示す余弦波信号ＨＳ1’及び正弦波信号ＨＳ2’を得ることができる。そして、角度検出部１６は、この余弦波信号ＨＳ1’及び正弦波信号ＨＳ2’に基づいて、次式により磁束角θbを求める（図２（Ｃ）参照）。
【数７】
2010154588.tif 000009
【００２５】
なお、角度検出部１６は、予め測定しておいた補正角θaに基づいて磁束角θbを第２磁束角θ2とする補正も行うが、これについては後述する。
【００２６】
速度変換部１７は、角度検出部１６から出力される第２磁束角θ2を微分し、第２磁束角速度ω2を求める。第２磁束角速度ω2及び第２磁束角θ2は、速度・角度切替部１３に向けて出力される。
【００２７】
補正角測定部１９には第１磁束角θ1及び第２磁束角θ2が入力される。そして、補正角測定部１９は、第１磁束角θ1に対する第２磁束角θ2の位相のずれ量を測定し、これを補正角θaとして出力する。第１磁束角θ1及び第２磁束角θ2の位相と、補正角θaとの関係は次式の通りであり、図３に示すように、第１磁束角θ1に対して第２磁束角θ2の位相が遅れている場合、補正角θaは正の値となる。
【数８】
2010154588.tif 000010
補正角θaは、所定のタイミングで記憶部２０に格納される。
【００２８】
前述の、角度検出部１６における磁束角θbの補正は、この補正角θaを用いて次式により行う。
【数９】
2010154588.tif 000011
この補正によれば、第１磁束角θ1と同位相の第２磁束角θ2を得ることができる。なお、本明細書では、角度検出部１６及び速度変換部１７を第２検出部３１と総称する。
【００２９】
続いて、本発明に係るモータ制御装置１が有する２つのモード、すなわち「補正モード」と「通常モード」について説明する。
【００３０】
［補正モード］
補正モードとは、図４に示すブロックのみを使用し、モータ２１を等速回転させながら補正角θaや余弦波信号ＨＳ1及び正弦波信号ＨＳ2の振幅等に関する補正値を測定し、記憶部２０に格納するモードをいう。
【００３１】
図５に示すように、工場出荷時やモータ２１の交換時等のモータ２１を無負荷にできる状況で、オペレータがモード切替スイッチをＯＮにすると補正モードとなり、モード制御部２は第１モード指令信号Ｃ1を“Ｈ”に変更する。第１モード指令信号Ｃ1が“Ｈ”の場合、速度・角度切替部１３は第１磁束角θ1及び第１磁束角速度ω1を選択し、これらを磁束角θ3及び磁束角速度ω3として出力する。また、電流切替部６は速度制御部５からの第１ｑ軸電流指令ｉq1を選択し、これをｑ軸電流指令ｉqとして出力する。つまり、補正モードでは、ステアリング３ではなくモード制御部２からの角速度指令ωrによってモータ２１の動作が指示される。
【００３２】
補正モードとした後に、オペレータがモータ駆動スイッチをＯＮにすると、図５に示すように、モード制御部２は時間Ｔ1をかけて角速度指令ωrを緩やかに増加させる。このとき、電流−電圧変換部７は、速度・角度切替部１３から出力される磁束角θ3（＝第１磁束角θ1）及び磁束角速度ω3（＝第１磁束角速度ω1）を参照しながら、ｑ軸電流Ｉqがｑ軸電流指令ｉqに等しくなり、かつｄ軸電流Ｉdがｄ軸電流指令ｉdに等しくなるようなｑ軸電圧指令Ｖq及びｄ軸電圧指令Ｖdを出力して、モータ２１をベクトル制御する。
【００３３】
なお、モード切替スイッチとは別にモータ駆動スイッチを設けたのは、オペレータが誤って記憶部２０に格納されている補正値等を更新しないようにするためである。このような心配がない場合は、モータ駆動スイッチを省略し、補正モードに設定された後一定時間が経過すると角速度指令ωrが増加し始めるようにしてもよい。
【００３４】
時間Ｔ1が経過してモータ２１が等速運転状態になると、モード制御部２は第２モード指令信号Ｃ2を“Ｈ”に変更する。そして、これをきっかけとして、補正値測定部１８及び補正角測定部１９が動作を開始する。
【００３５】
前記の通り、補正値測定部１８は、磁電変換器１５から出力される余弦波信号ＨＳ1の振幅Ｖa1及びオフセットＶo1と制限波信号ＨＳ2の振幅Ｖa2及びオフセットＶo2を測定する。また、補正角測定部１９は、第１磁束角θ1に対する第２磁束角θ2の位相のずれ量を測定し、これを補正角θaとして出力する。
【００３６】
モータ２１が無負荷・等速運転されている間、第１検出部３０は真の磁束角を検出することができるので、第１磁束角θ1は真の磁束角である。一方、正しく補正が行われる前の第２磁束角θ2は誤差を含んでいる。また、補正角測定部１９が出力する補正角θaは、前記の通り、第１磁束角θ1に対する第２磁束角θ2の位相のずれ量である。したがって、補正角θaによれば、第２磁束角θ2の位相誤差をキャンセルする補正をすることができる。なお、補正精度を向上させるという観点から、オフセットＶo1、Ｖo2、振幅Ｖa1、Ｖa2及び補正角θaは、モータ２１が等速回転している間（図５の時間Ｔ2の間）の平均値であることが好ましい。
【００３７】
第２モード指令信号Ｃ2が“Ｈ”になってから時間Ｔ2が経過すると、モード制御部２は角速度指令ωrを緩やかに減少させ始めるとともに、第２モード指令信号Ｃ2を“Ｌ”に変更する。これにより、補正値測定部１８及び補正角測定部１９の動作は停止する。補正値測定部１８及び補正角測定部１９は、動作が停止した後においても、第２モード指令信号Ｃ2が“Ｌ”になった時点の補正値等を出力し続ける。
【００３８】
その後、時間Ｔ3が経過すると、モード制御部２は第３モード指令信号Ｃ3を“Ｈ”とし、これをきっかけとして、オフセットＶo1、Ｖo2及び振幅Ｖa1、Ｖa2に関する補正値と補正角θaとが記憶部２０に格納される。記憶部２０に、前回の補正値等が既に格納されている場合は、最新のものにそれぞれ更新される。そして、最新の補正値及び補正角θaは、角度検出部１６によって参照可能な状態となる。
【００３９】
［通常モード］
通常モードとは、図６に示すブロックのみを使用し、記憶部２０に格納されている補正角θa及び補正値を用いて補正を行いながら、ステアリング３の操作に応じてモータ２１を通常運転させるモードをいう。つまり、通常モードは記憶部２０に補正値等が格納されていることを前提としているので、通常モードの前に、少なくとも１度補正モードで動作させておくことが必要である。
【００４０】
このモードでは、角度検出部１６が、磁電変換器１５から出力される余弦波信号ＨＳ1及び正弦波信号ＨＳ2を補正し、補正後の余弦波信号ＨＳ1’及び正弦波信号ＨＳ2’から磁束角θbを求め（（６）（７）式参照）、さらにこの磁束角θbを（９）式で補正する。これにより、真の第２磁束角θ2及び第２磁束角速度ω2を得ることができる。
【００４１】
速度・角度切替部１３は、第２検出部３１で得られた真の第２磁束角θ2及び第２磁束角速度ω2を選択し、これらを磁束角θ3及び磁束角速度ω3として出力する。また、電流切替部６はトルクセンサ４からの第２ｑ軸電流指令ｉq2を選択し、これをｑ軸電流指令ｉqとして出力する。
【００４２】
そして、電流−電圧変換部７は、速度・角度切替部１３から出力される磁束角θ3（＝第２磁束角θ2）及び磁束角速度ω3（＝第２磁束角速度ω2）を参照しながら、ｑ軸電流Ｉqがｑ軸電流指令ｉqに等しくなり、かつｄ軸電流Ｉdがｄ軸電流指令ｉdに等しくなるようなｄ軸電圧指令Ｖd及びｑ軸電圧指令Ｖqを出力して、モータ２１をベクトル制御する。
【００４３】
以上のように、本発明に係るモータ制御装置１によれば、磁電変換器１５から出力される余弦波信号ＨＳ1及び正弦波信号ＨＳ2を、補正モード時に測定しておいた補正値及び補正角θaで補正することにより、無負荷といった特殊な条件下でなくても、モータの真の磁束角（第２磁束角θ2）及び磁束角速度（第２磁束角速度ω2）を得ることができる。そして、この磁束角及び磁束角速度を参照することにより、ステアリング３の操作に応じてモータ２１を高精度に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係るモータ制御装置のブロック図である。
【図２】補正モードにおける信号波形のグラフであって、（Ａ）は補正前の正弦／余弦波信号、（Ｂ）は補正後の正弦／余弦波信号、（Ｃ）は（Ｂ）から求めた磁束角である。
【図３】補正モードにおける補正角測定部の動作を説明するためのグラフである。
【図４】図１から、補正モードで使用する部分のみを抜き出したブロック図である。
【図５】補正モードのタイミングチャートである。
【図６】図１から、通常モードで使用する部分のみを抜き出したブロック図である。
【符号の説明】
【００４５】
１      モータ制御装置
２      モード制御部
３      ステアリング
４      トルクセンサ
５      速度制御部
６      電流切替部
７      電流−電圧変換部
８      二相−三相座標変換部
９      三相−二相座標変換部
１０    誤差角検出部
１１    比例・積分制御部
１２    角度変換部
１３    速度・角度切替部
１４    除算器
１５    磁電変換器
１６    角度検出部
１７    速度変換部
１８    補正値測定部
１９    補正角測定部
２０    記憶部
３０    第１検出部
３１    第２検出部
【図１】
2010154588.tif 000012
【図２】
2010154588.tif 000013
【図３】
2010154588.tif 000014
【図４】
2010154588.tif 000015
【図５】
2010154588.tif 000016
【図６】
2010154588.tif 000017