(57)【要約】【課題】ロータの磁極位置を検出する各センサの相対誤差の補正及び進角の調整を容易に実施して、高効率でモータを駆動することが可能なモータ駆動装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】モータ駆動装置１は、多相コイルに流れるモータ電流を供給するインバータ部１２と、モータ電流を検出する電流検出部１１と、インバータ部１２を所定の励磁パターンで動作させる制御信号を供給する制御部３とを備えており、制御部３は、モータ１６に取り付けられた複数個の磁極位置センサ１３〜１５からの位置情報と、電流検出部１１からの電流情報が入力するチューニング部７を備え、チューニング部７は、位置情報の相対誤差を補正する相対誤差補正手段と、相対誤差補正後の位置情報と電流情報に基づいてモータの進角を調整する進角調整手段とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を有するロータと多相コイルを有するステータとを含むモータを駆動するためのモータ駆動装置において、
前記多相コイルに流れるモータ電流を供給するインバータ部と、前記モータ電流を検出する電流検出部と、前記インバータ部を所定の励磁パターンで動作させる制御信号を供給する制御部とを備えており、
前記制御部は、前記モータに取り付けられた複数個の磁極位置センサからの位置情報と、前記電流検出部からの電流情報が入力するチューニング部を備え、該チューニング部は、前記位置情報の相対誤差を補正する相対誤差補正手段と、相対誤差補正後の前記位置情報と前記電流情報に基づいて前記モータの進角を調整する進角調整手段とを備えることを特徴とするモータ駆動装置
【請求項２】
前記制御部は、前記チューニング部から入力される相対誤差補正後の前記位置情報に基づいて前記ロータの回転速度を算出する速度演算部と、前記速度演算部から入力される前記回転速度及び前記チューニング部から入力される相対誤差補正後の前記位置情報に基づいて前記モータの位相を算出する位相計算部と、前記回転速度と目標速度との誤差、前記モータの位相、及び前記電流情報に基づいて前記インバータ部を動作させる制御信号を形成するベクトル演算部と、を含むことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記相対誤差補正手段は、それぞれの前記磁極位置センサから入力する信号間の時間差を測定してこれらの平均を取り、前記磁極位置センサのその他のそれぞれについて、前記平均からの誤差を求めて対応する電気角を補正することにより、前記位置情報の相対誤差を補正することを特徴とする請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記進角調整手段は、相対誤差補正後の前記位置情報から得られる前記モータの位相と前記モータ電流との相関に基づいて、前記モータ電流が最小となる前記位相を探索することにより、前記進角を調整することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
多相コイルに流れるモータ電流を供給するインバータ部と、前記モータ電流を検出する電流検出部と、前記インバータ部を所定の励磁パターンで動作させる制御信号を供給する制御部とを備え、永久磁石を有するロータと前記多相コイルを有するステータとを含むモータを駆動するためのモータ駆動装置の制御方法であって、
前記モータに取り付けられた複数個の磁極位置センサからの位置情報の相対誤差を補正する段階と、相対誤差補正後の前記位置情報と前記電流情報に基づいて前記モータの進角を調整する段階とを含むことを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動装置とその制御方法に関し、特に、多相コイルからなるステータと永久磁石からなるロータとを備えたモータを高効率に駆動するモータ駆動装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、多相コイルからなるステータと永久磁石からなるロータとを備えたモータ（例えば、ブラシレスＤＣモータ。以下、単にモータともいう。）は、モータ駆動装置が備えるインバータを所定の励磁パターンでスイッチングすることにより、多相（例えば３相）コイルに流れるモータ電流を順次供給して回転磁界を発生させ、永久磁石からなるロータがその回転磁界に追随して回転するように構成されている。
このようなモータを駆動するには、ロータの磁極位置に応じた適切なモータ電流を供給するために磁極位置を検出または推定する手段が必要となり、例えば、複数のホールセンサを用いて磁極位置を検出することが行われている。
【０００３】
ここで、モータの駆動において、磁極位置に検出誤差があると、インバータを励磁するタイミングがずれて効率が悪化する。このような検出誤差の要因として、各ホールセンサのモータ軸への組み付け誤差があり、この組み付け誤差は、特に、径の大きなモータを駆動させる場合、その誤差角度が大きくなる傾向になるため問題となる。
この問題を解決する手段の１つとして、例えばレゾルバのような高精度の角度センサを用いて磁極位置を検出することが挙げられるが、このような高精度の角度センサは高価であり、モータ駆動装置のコストが増大するという問題がある。
そこで、従来、各ホールセンサからの磁極位置検出情報の相対誤差を補正するための方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１６６７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、モータの駆動制御では、各ホールセンサの取り付け位置の相対誤差を補正するだけでなく、特に正弦波駆動でそのトルクを最大限に引き出すためには、モータのコイルにおける誘起電圧とモータ電流の位相を合わせる所謂進角調整も重要であり、上述した特許文献１には、このような進角調整については、開示されていない。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ロータの磁極位置を検出する各センサの相対誤差の補正及び進角の調整を容易に実施して、高効率でモータを駆動することが可能なモータ駆動装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、さらに他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
【０００８】
（１）永久磁石を有するロータと多相コイルを有するステータとを含むモータを駆動するためのモータ駆動装置において、
前記多相コイルに流れるモータ電流を供給するインバータ部と、前記モータ電流を検出する電流検出部と、前記インバータ部を所定の励磁パターンで動作させる制御信号を供給する制御部とを備えており、
前記制御部は、前記モータに取り付けられた複数個の磁極位置センサからの位置情報と、前記電流検出部からの電流情報が入力するチューニング部を備え、該チューニング部は、前記位置情報の相対誤差を補正する相対誤差補正手段と、相対誤差補正後の前記位置情報と前記電流情報に基づいて前記モータの進角を調整する進角調整手段とを備えることを特徴とするモータ駆動装置（請求項１）。
【０００９】
（２）（１）項に記載のモータ駆動装置において、前記制御部は、前記チューニング部から入力される相対誤差補正後の前記位置情報に基づいて前記ロータの回転速度を算出する速度演算部と、前記速度演算部から入力される前記回転速度及び前記チューニング部から入力される相対誤差補正後の前記位置情報に基づいて前記モータの位相を算出する位相計算部と、前記回転速度と目標速度との誤差、前記モータの位相、及び前記電流情報に基づいて前記インバータ部を動作させる制御信号を形成するベクトル演算部と、を含むことを特徴とするモータ駆動装置（請求項２）。
【００１０】
（３）（１）または（２）項に記載のモータ駆動装置において、前記相対誤差補正手段は、それぞれの前記磁極位置センサからの入力信号間の時間差を測定してこれらの平均を取り、前記磁極位置センサの一つのセンサの入力信号を基準として、前記磁極位置センサのその他のそれぞれについて、前記平均からの誤差を求めて対応する電気角を補正することにより、前記位置情報の相対誤差を補正することを特徴とするモータ駆動装置（請求項３）。
【００１１】
（４）（１）から（３）のいずれか１項に記載のモータ駆動装置において、前記進角調整手段は、相対誤差補正後の前記位置情報から得られる前記モータの位相と前記モータ電流との相関に基づいて、前記モータ電流が最小となる前記位相を探索することにより、前記進角を調整することを特徴とするモータ駆動装置（請求項４）。
【００１２】
（５）多相コイルに流れるモータ電流を供給するインバータ部と、前記モータ電流を検出する電流検出部と、前記インバータ部を所定の励磁パターンで動作させる制御信号を供給する制御部とを備え、永久磁石を有するロータと前記多相コイルを有するステータとを含むモータを駆動するためのモータ駆動装置の制御方法であって、前記モータに取り付けられた複数個の磁極位置センサからの位置情報の相対誤差を補正する段階と、相対誤差補正後の前記位置情報と前記電流情報に基づいて前記モータの進角を調整する段階とを含むことを特徴とする制御方法（請求項５）。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る負荷駆動装置は、以上のように構成したため、ロータの磁極位置を検出する各センサの相対誤差の補正及び進角の調整を容易に実施して、高精度の角度センサを用いることなく、高効率でモータを駆動することが可能なモータ駆動装置及びその制御方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態におけるモータ駆動装置を含むモータ制御システムを示すブロック図である。
【図２】図１に示すモータ駆動装置において、チューニング部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態において、ホールセンサからの信号の例を示す図であり、（ａ）は、相対誤差のない場合、（ｂ）は、相対誤差のある場合を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態において、進角調整処理動作の一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係るモータ駆動装置において、チューニング部の動作の別の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態におけるモータ駆動装置１を含むモータ制御システム１０示すブロック図である。モータ制御システム１０は、モータ駆動装置１とモータユニット２から構成され、モータユニット２は、永久磁石形ブラシレスＤＣモータであるモータ１６と、モータ１６に取り付けられた３個のホールセンサ１３、１４、１５からなる。本実施形態において、モータ１６は、例えば、永久磁石型ブラシレスＤＣモータであり、２極の永久磁石を有するロータと、３相コイルを含むステータとを有するものである。また、３個のホールセンサ１３、１４、１５は、モータ１６のロータの磁極位置を検出する磁極位センサとして機能する。
【００１６】
モータ制御システム１０において、モータ駆動装置１は、３相ブリッジ回路１７及びこれを駆動する３相ブリッジドライバ９を含むインバータ部１２と、モータ１６の３相コイルに流れるモータ電流を検出する電流検出部１１と、インバータ部１２を動作させる制御信号をインバータ部１２に供給する制御部３を備えている。
さらに、制御部３は、チューニング部７、記憶部８、速度演算部４、位相計算部５、及びベクトル演算部６を備えており、ホールセンサ１３、１４，１５から入力される位置情報、電流検出部１１から入力される電流情報、及び、目標速度に基づいて、モータ１６をこの目標速度で回転させるために適切な励磁パターンでインバータ部１２を動作させるためのＰＷＭ制御信号を形成し、インバータ部１２の３相ブリッジドライバ９に出力するものである。
【００１７】
ここで、本実施形態のモータ駆動装置１は、その制御部３がチューニング部７を備えており、このチューニング部７が、ホールセンサ１３、１４、１５から入力される位置情報の相対誤差補正手段と、相対誤差補正後の位置情報と電流検出部１１からの電流情報に基づいてモータ１６の進角を調整する進角調整手段とを備えることを、その主要な特徴とするものであり、次に、チューニング部７の動作について詳述する。
【００１８】
尚、本実施形態において、少なくとも制御部３は、必要な揮発性メモリ（ＲＡＭ）及び不揮発性メモリ（ＲＯＭ）を備えたマイクロコントローラシステムとして構成されることが好ましく、その際、相対誤差補正手段及び進角調整手段は、以下に説明する動作を実行するソフトウェアモジュールとして実装されるものである。但し、本発明は、これらの構成要素の実装態様によって限定されるものではなく、制御部３（及び、その相対誤差補正手段及び進角調整手段）は、後述する制御動作を実行する限り、任意の適切なハードウェアまたはソフトウェア、またはそれらの組合せによって実現されるものであってもよい。
【００１９】
図２は、チューニング部７における動作の概要を示すフローチャートである。チューニング部７は、任意の適切なタイミングでそのチューニング動作を開始し、まず、各ホールセンサ１３、１４、１５の相対誤差補正処理を実行し（ステップＳ１０１）、相対誤差補正処理が終了したならば（ステップＳ１０２のＹｅｓ）、モータ１６の制御位相の進角調整処理を実行する（ステップＳ１０３）。そして、制御位相の進角調整処理の終了により（ステップＳ１０４のＹｅｓ）、チューニング動作が終了する。
【００２０】
ここで、チューニング部７におけるチューニング動作は、例えばモータ制御システム１０の工場出荷時に１度実行され、それによって得られた後述する相対誤差の補正値及び進角の調整値を記憶部８に保存し、以後、制御部３は、この補正値及び調整値に基づいて制御信号を形成するものであってもよい。あるいは、チューニング部７におけるチューニング動作は、目標速度（回転速度指令）が所定の基準以上に変化した場合に、その都度始動されて、補正値及び調整値を更新するものであってもよい。後者の方法は、高精度に相対誤差の補正及び進角値の調整を実施する上で有利であり、一方、モータ制御システム１０が目標速度の変更が頻繁に行われる用途で使用される場合には、モータ１６の円滑な駆動のために、前者の方法をとる方が有利である場合もある。
【００２１】
ここで、図３を参照して、各ホールセンサ１３、１４、１５の相対誤差補正処理について、具体的に説明すれば、次の通りである。本実施形態において、ホールセンサ１３、１４、１５は、モータ１６の軸回りに、空間的に互いに１２０度離隔するように配置されており、これらの取り付け位置に相対的誤差がない場合、各ホールセンサ１３、１４、１５からのチューニング部７に入力する信号は、図３（ａ）に示すようになる。
各ホールセンサ１３、１４、１５の信号（それぞれ、図３に示す信号ＨａｌｌＡ、ＨａｌｌＢ、ＨａｌｌＣに相当する）は、モータ１６のロータの回転位置に応じて、電気角１８０°毎にハイ（Ｈｉｇｈ）とロー（Ｌｏｗ）が切り替わるようになっており、３つの信号ＨａｌｌＡ、ＨａｌｌＢ、ＨａｌｌＣの間のずれ（時間差）から、電気角６０度のロータの回転位置が判定されるものである。
そして、各ホールセンサ１３、１４、１５の取り付け位置に相対的誤差がない場合には、図３（ａ）に示すように、例えば、各信号間の電気角６０度に対応する時間差（ＨａｌｌＡのハイ入力からＨａｌｌＢのハイ入力までの時間ＴＡＢ、ＨａｌｌＢのハイ入力からＨａｌｌＣのハイ入力までの時間ＴＢＣ、及び、ＨａｌｌＣのハイ入力からＨａｌｌＡのロー入力までの時間ＴＣＡ）は、全て等しい（ＴＡＢ＝ＴＢＣ＝ＴＣＡ）。
【００２２】
しかし、各ホールセンサ１３、１４、１５の取り付け位置に相対的誤差がある場合には、図３（ｂ）に示すように、これらの時間差（時間ＴＡＢ、時間ＴＢＣ、時間ＴＣＡ）は異なるものになる。この場合、例えば、ＨａｌｌＡを基準として選択し、ＨａｌｌＢ（ＴＡＢ）に対する角度補正値を、時間ＴＡＢ、時間ＴＢＣ、及び時間ＴＣＡの平均をとることにより、次のように算出することができる。
[（ＴＡＢ−（ＴＡＢ＋ＴＢＣ＋ＴＣＡ)／３）／（ＴＡＢ＋ＴＢＣ＋ＴＣＡ）]×１８０度
ＨａｌｌＣ（ＴＣＡ）に対する角度補正値も同様にして算出する。
尚、ＴＡＢ＋ＴＢＣ＋ＴＣＡは電気角１８０度の回転にかかる時間である。
【００２３】
このように算出された補正値は、記憶部８に保存され、以後、チューニング部７は、速度演算部４及び位相計算部５に対して、この補正値に基づいて相対誤差が補正された位置情報を出力するものである。
そして、速度演算部４は、相対誤差補正後の位置情報に基づいて、ロータの回転速度を算出し、また、位相計算部５は、速度演算部４からの入力される回転速度情報に基づいて、相対誤差補正後の位置情報を内挿することによって、モータ１６の現在の位相を精細に計算し、ベクトル演算部６は、速度演算部４によって算出された回転速度と与えられた目標速度との誤差、位相計算部５によって算出されたモータ１６の位相、及び電流検出部１１からの電流情報に基づいて、周知のベクトル演算を実施して、インバータ部１２を動作させる制御信号を形成する。
これによって、本実施形態におけるモータ駆動装置１は、高効率にモータ１６を駆動することができる。
【００２４】
次に、図４を参照して、チューニング部７における進角調整処理動作について説明する。この進角調整処理動作は、相対誤差補正後の位置情報から得られるモータ１６の位相と電流検出部１１により検出されたモータ電流との相関に基づいて、モータ電流が最小となる位相を探索することにより、制御位相の進角値を調整するものであり、以下、図４に示す各ステップ毎に、進角調整処理動作を説明する。
尚、図４に示す各ステップにおいて、モータの制御位相は、上述した補正値により相対誤差が補正された後の位置情報に基づいて得られるものである。
【００２５】
まず、位相調整値を初期化し（ステップＳ２０１）、位相調整ステップ（ステップＳ２０２）（例えば、０．０５度程度）を設定する。次に、電流検出部１１の電流情報から、一定時間におけるモータ電流の移動平均を算出して保存し（ステップＳ２０３）、位相調整値を位相調整ステップ分だけ減少させる（ステップＳ２０４）。次に、位相の調整方向を減少（マイナス）方向に設定する（ステップＳ２０５）。
次に、モータ制御システム１０の動作が安定するまで一定時間待機し（ステップＳ２０６、Ｓ２０７）、その後、電流検出部１１の現在の（すなわち、位相調整値を位相調整ステップ分だけ減少させた後の）電流情報から、一定時間におけるモータ電流の移動平均を算出する（ステップＳ２０８）。次に、ステップＳ２０８で算出された現在の移動平均と、ステップ２０３で保存された以前の移動平均とを比較し（ステップＳ２０９）、現在の移動平均が以前の移動平均よりも小さい場合（ステップＳ２１０におけるＹｅｓ）、ステップＳ２１１に制御が移行する。
【００２６】
ステップ２１０における判定でＹｅｓと判定された場合、位相調整値を減少させることによって、モータ電流が減少した（すなわち、効率が向上したこと）を意味するため、モータ電流の移動平均値を現在の値に更新した後（ステップＳ２１１）、位相調整値を変更して、再び、ステップＳ２０６から位相調整値の探索を繰り返すことになる。
但し、この際、ステップＳ２１２において、調整方向が減少（マイナス）方向かどうかが判定され、減少方向であった場合（Ｙｅｓ）、位相調整値を位相調整ステップ分だけ減少させる（ステップＳ２１３）。また、増大方向であった場合（Ｎｏ）には、位相調整値を位相調整ステップ分だけ増大させる（ステップＳ２１４）。
【００２７】
一方、ステップＳ２１０において、現在の移動平均が以前の移動平均以上であった場合（ステップＳ２１０におけるＮｏ）、制御は、ステップＳ２１５に移行し、ステップＳ２１０における判定が１回目か否かが判定される（ステップＳ２１５）。そして、この判定の結果がＹｅｓの場合には、位相調整値の調整方向を増大（プラス）方向に設定し（ステップＳ２１６）、ステップＳ２１１に遷移する。これによって、モータ電流が最小となる位相調整値が存在する可能性のある範囲が、逆方向にもう一度探索されることになる。また、ここで、位相調整ステップとして、初期値よりも小さい値を設定するものであってもよい。
【００２８】
そして、ステップＳ２１５における判定の結果がＮｏの場合、位相調整値を直前の値に戻し（すなわち、ステップＳ２１７において、調整方向が減少方向の場合（Ｙｅｓ）には、位相調整値を位相調整ステップ分増大させ（ステップＳ２１８）、調整方向が増大方向の場合（Ｎｏ）には、位相調整値を位相調整ステップ分減少させる（ステップＳ２１９））、次に、この位相調整値を、モータ電流が最小となり、したがって効率が最大である調整値として記憶部８に保存して（ステップＳ２２０）、制御位相の進角調整処理が終了する。
【００２９】
尚、この進角調整処理により調整された角度は、チューニング部７におけるチューニング動作時に設定されている回転速度での最適な進角調整値である。モータの最適な進角量は、モータの回転数と負荷に応じて変化するものの、例えばエアコン等のファン用途に用いられるモータでは、負荷の大きさはモータが回転させるファンの特性によって決まることから、最適な進角量は回転数に比例することが知られており、適切な一次関数によって表すことができる。したがって、図４に示す進角調整処理によって得られた調整値から、モータの全回転領域の調整値を得ることができる。
【００３０】
本実施形態におけるモータ駆動装置１は、このように、チューニング部７において、ロータの磁極位置を検出する各ホールセンサ１３、１４、１５の相対誤差の補正と進角調整の両方を実施することによって、モータ制御システム１０において、モータ１６を高効率でモー駆動することが可能となる。
【００３１】
また、本実施形態は、ロータの回転位置に応じて変化する誘起電圧に対して同位相の正弦波電流を流すか、または、進み位相の正弦波電流を流すベクトル制御方式（１８０度通電方式）の場合を例として説明したが、本発明に係るモータ駆動装置及びその制御方法は、回転位置に応じて変化する誘起電圧に対して誘起電圧が最大相の巻線と最小相の巻線を選択して通電する方式（１２０度通電方式）に対しても適用可能である。
位相調整動作の変形例は、図５に示すように、まず、調整対象位相をホールセンサＡ（１３）とした位相調整処理を実行（ステップＳ３０１、Ｓ３０２）し、その終了後、調整対象位相をホールセンサＢ（１４）とした位相調整処理を実行（ステップＳ３０４、Ｓ３０５）し、その終了後、調整対象位相をホールセンサＣ（１５）とした位相調整処理を実行（ステップＳ３０７、Ｓ３０８）し、最後に、調整対象位相を進角調整に設定し（ステップＳ３１０）、位相調整処理を実行する（ステップＳ３１１）ものであってもよい。
この場合でも、各位相調整処理（ステップＳ３０２、Ｓ３０５、Ｓ３０８、Ｓ３１０）の具体的な動作は、図４に示す位相調整処理と同様のものである。
また、位相調整方法は、図４に示した方法に限定されるものではなく、例えば、２分検索法を用いて位相調整ステップを制御する方法であってもよい。２分検索法を用いることで調整時間の短縮あるいは正確な調整を行うことが可能となる場合もある。
【符号の説明】
【００３２】
１：モータ駆動装置、２：モータユニット、３：制御部、４：速度演算部、５：位相計算部、６：ベクトル演算部、７：チューニング部、８：記憶部、９：３相ブリッジドライバ、１０：モータ制御システム、１１：電流検出部、１２：インバータ部、１３,１４，１５：ホールセンサ（磁極位置センサ）、１６：モータ、１７：３相ブリッジ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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