(57)【要約】【課題】モータコアを励磁原点の逆位相を除いた位置に回転駆動した後に、励磁原点に予備駆動し、ＣＷ方向及びＣＣＷ方向からの寄り付き動作時に、印加電流を矩形波状に急峻にすることにより正確な位相調整を迅速に行うモータコア位相調整方法を提供する。【解決手段】励磁原点の正逆位相を除く位置に前記モータコアを回転駆動した後、前記励磁原点に回転駆動させ、前記励磁原点を対称にしてＣＷ方向及びＣＣＷ方向にそれぞれ前記モータコアを所定の角度から回転駆動すると共に、前記回転駆動時の印加電流の立ち上がりを急峻にし、前記回転駆動の駆動距離の中点を前記励磁原点とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁極を有するモータコアを備えたモータのコイルに電流を流して前記モータコアの位相を調整するモータコア位相調整方法において、励磁原点の正逆位相を除く位置に前記モータコアを回転駆動した後、前記励磁原点に回転駆動させ、前記励磁原点を対称にしてＣＷ方向及びＣＣＷ方向にそれぞれ前記モータコアを所定の角度から回転駆動すると共に、前記回転駆動時の印加電流の立ち上がりを急峻にし、前記回転駆動の駆動距離の中点を前記励磁原点とすることを特徴とするモータコア位相調整方法。
【請求項２】
前記ＣＷ方向の駆動距離１と前記ＣＣＷ方向の駆動距離２の平均値を前記中点とする請求項１に記載のモータコア位相調整方法。
【請求項３】
前記印加電流の立ち上がりを矩形波状にした請求項１又は２に記載のモータコア位相調整方法。
【請求項４】
前記モータがブラシレスＤＣモータである請求項１乃至３のいずれかに記載のモータコア位相調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスＤＣモータの各相に巻回されているコイルと磁極の関係により、モータコアの電気角の位相を調整するモータコア位相調整方法に関し、特に各相のコイルに電流を流してモータコアに基づくトルクが発生しなくなる位置を励磁原点とし、励磁原点を調整するための寄り付き動作において、正逆位相の駆動指令を順次与えると共に、任意のコイルに印加する電流の波形を急峻にして駆動を高速にすることによって、正確な励磁原点を迅速に設定できるようにしたモータコア位相調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスＤＣモータはモータコアの電気的な位相を検出し、電気角原点（励磁原点）を基準として、モータコアの位相に合わせて各相コイルに電流を同期させて流す（転流）ことで、最も効率良くトルクを出力することができる。このため、位置検出器とモータコア（ロータ）の位相差を検出する必要がある。
【０００３】
ここで、ブラシレスＤＣモータの構造と動作について説明する。図６はインナーロータ型の３相ブラシレスＤＣモータ１０の断面構造を示しており、ステータ１１にはＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル１３、１４、１５が１２０°ずつ位相をずらして巻回され、ロータとなるモータコア１２は永久磁石４極（Ｎ、Ｓ、Ｎ、Ｓ）で形成されている。そして、各相コイル１３〜１５に電流を流すことにより、各相コイル１３〜１５に発生する磁界と永久磁石４極との吸引力でモータコア１２は回転され、更にモータコア１２の位相に合わせて３相のコイル１３〜１５の電流を転流制御することにより、モータコア１２を連続的に回転駆動する。正弦波駆動の場合のＵ相コイル１３、Ｖ相コイル１４、Ｗ相コイル１５の転流の位相関係を図７に示す。即ち、コイル１３〜１５に１２０°ずつずれた正弦波の電流を流すことにより、モータコア１２のロータを回転する。
【０００４】
このように、ブラシレスＤＣモータ１０を転流制御を行って回転駆動する場合、モータコア１２の電気角原点を基準として３相の電流を流すことで最も効率良くトルクを生じさせることができるので、レゾルバ等の位置検出器とモータコア１２の位相差を正確に知る必要がある。
【０００５】
ここにおいて、モータコア１２の位相を検出する位相検出器とモータコア１２の位相差は機械的には変わらないため、モータコア１２の位相を調整して正確なパラメータを設定することで、再度位相調整を行う必要はない。即ち、現在位置の取得は通常絶対位置レゾルバ（粗）と相対位置レゾルバ（精）の２つの位置信号から計算されると共に、モータコア１２の位相は絶対位置レゾルバの原点からどれだけの距離にあるかのパラメータとして定義される。絶対位置レゾルバとモータコア１２の位相の位置を検出すれば、再度モータコア１２の位相位置を検出する必要はない。また、インクリメンタル方式のエンコーダからのパルス信号を読み取り、モータコア１２を制御する場合においても同様に、モータコア１２の位相を調整して設定することで、再度位相調整を行う必要はない。電源投入時や制御開始時におけるモータコア１２の位相調整、或いはマニュアルでのモータコア１２の位相調整は、その後の回転駆動制御の電流付与の基準となるので特に重要である。更に、絶対位置レゾルバがない場合や故障した場合、絶対位置レゾルバと相対位置レゾルバとの間に誤差が生じた場合、或いは電流付与のパラメータを失ってしまった場合も、モータコアの位相調整が必要となる。
【０００６】
位置検出器とモータコアの位相差を検出して調整する装置として、図８に示すようなドライブユニット２０がある。ドライブユニット２０は全体の制御を行うＣＰＵ２１を主として構成され、駆動制御部２２は設定部２３に設定されたパラメータを基にしてモータ１０を駆動制御し、駆動制御部２２により３相コイル１３〜１５に流す電流を転流制御してモータ１０を駆動する。モータ１０のモータコア１２の位相はモータ１０に取付けられたレゾルバ（絶対位置レゾルバ、相対位置レゾルバ）１８で検出され、レゾルバ１８からの位置信号により計測部２４で位相が計測される。また、モータコア１２の位相調整時には、計測部２４で計測された計測値を記憶部２５に記憶し、記憶部２５の記憶データに基づいて計算部２６で位相差が計算され、計算された結果は設定部２３にパラメータとして設定される。
【０００７】
次に、ドライブユニット２０を用いてモータコア１２の位相調整を行う従来の動作を説明する。
【０００８】
ドライブユニット２０の駆動制御部２２により図９のように、例えばＵ相のコイル１３に直流電流を流してモータコア１２を回転駆動し、モータコア１２の発生するトルクがゼロとなる位置をモータコア１２の励磁原点として定める様子を示している。図１０は、図９のＵ相コイル１３に電流を流したときにコイル１４及び１５に電流が分流して流れる様子を示している。このようにＵ相のコイル１３に電流を流すとモータコア１２の磁極真中の励磁原点で寄り付くはずであるが、モータコア１２の摩擦や回転方向等の影響により、実際には図９に示すように励磁原点付近までしか寄り付くことができない。このため、モータコア１２をＣＷ方向及びＣＣＷ方向の両方から寄り付き動作を駆動制御部２２により行い、各方向の駆動距離を計測部２４により計測して、記憶部２５に記憶する。計算部２６はＣＷ方向及びＣＣＷ方向からの各駆動距離を記憶部２５より読出し、中点を励磁原点として設定部２３に設定して位相調整を終了する。
【０００９】
更に、モータコア１２の位相調整時の出力トルクは、図１１に示されるように励磁原点と現在位置との差が９０°のときに向心力が最大となっていて、向心力が大きいときは電流を小さく、向心力が小さいときは電流を大きく流すようにしている。また、図１２は、正弦波状の印加電流に対して、実際に発生する出力トルク特性（斜線部）を示している。実際に出力されるトルクは向心力と電流値の積で求まり、いずれの角度においても平均的なトルクを出力するように電流を正弦波状に印加している。
【００１０】
上述の寄り付き動作によってモータコア１２の位相検出を行う様子を、図１３のフローチャート及び図１４の模式図を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１３及び図１４の例は、寄り付き動作の駆動範囲を設定部２３により励磁原点を対称に電気角１２０°と設定した場合である。図１３に示すようにモータコア１２の初期位置が電気角２０°付近にあるとし（ステップＳ５０）、ＣＷ方向に電気角１２０°位置に回転駆動し（ステップＳ５１）、電気角１２０°位置からＣＣＷ方向に回転駆動して励磁原点に寄り付かせる（ステップＳ５２）。このときの駆動距離Ａ５を計測部２４により計測し（ステップＳ５３）、記憶部２５に記憶し、更に励磁原点からＣＣＷ方向に電気角２４０°位置に回転駆動し（ステップＳ５４）、回転駆動された電気角２４０°位置からＣＷ方向の励磁原点に寄り付かせる（ステップＳ５５）。このときの駆動距離Ａ６を計測部２４により計測し（ステップＳ５６）、記憶部２５に記憶する。計算部２６は、ＣＷ方向及びＣＣＷ方向からの駆動距離Ａ５及びＡ６を記憶部２５から読出して中点を計算し（ステップＳ５７）、算出された励磁原点の中点を設定部２３に設定し（ステップＳ５８）、モータコア１２の位相調整を終了する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上述のような永久磁石で構成されたブラシレスＤＣモータ１０では、モータコア１２の磁極に対して逆位相への駆動指令（例えば電気角０°から電気角１８０°）を行った場合に電気角０°と電気角１８０°では、いずれもトルクが０になるため回転駆動できないか、或いは回転駆動しにくいという問題がある。電源投入時や制御開始時或いはマニュアルで行う位相調整において、ＣＷ方向及びＣＣＷ方向からの寄り付き動作に逆位相への駆動指令が含まれることもあり、寄り付き動作に不具合が発生してしまう場合がある。その様子を、図１５のフローチャート及び図１６の模式図を参照して説明する。
【００１３】
図１５及び図１６の例は、寄り付き動作の駆動範囲を設定部２３により励磁原点を対称に１２０°と設定した場合である。図１６に示すようにモータコアの初期位置が電気角３００°にあるとし（ステップＳ６０）、ＣＷ方向から逆位相である電気角１２０°に回転駆動することができない（ステップＳ６１）。そのため、電気角３００°の位置で励磁原点にＣＷ方向から寄り付かせ（ステップＳ６２）、このときの駆動距離Ａ７を計測部２４により計測して記憶部２５に記憶し（ステップＳ６３）、更に励磁原点から電気角２４０°位置にＣＣＷ方向に回転駆動し（ステップＳ６４）、回転駆動された電気角２４０°位置からＣＷ方向の励磁原点に寄り付かせる（ステップＳ６５）。このときの駆動距離Ａ８を計測部２４により計測して記憶部２５に記憶するが（ステップＳ６６）、計算部２６はＣＷ方向のみの駆動距離Ａ７及びＡ８のためエラーとする（ステップＳ６７）。
【００１４】
このように従来の位相調整方法では初期位置によって、電気角０°と計算された中点が一致しない場合がある。更に摩擦抵抗、慣性モーメントやコギングの大きいモータコアの位相調整を行う場合には、コイルに印加する電流が不足し、出力トルクが十分でない状態で寄り付き動作を行うと、摩擦等に基づく誤差の影響が大きくなり、正確な計測を行うことができない場合がある。
【００１５】
このため、常に正確な励磁原点を迅速に求める方法の出現が望まれていた。
【００１６】
本発明は上述のような事情によりなされたものであり、本発明の目的は、従来のハードウェア構成でモータコアの位相調整をする場合に、モータコアを励磁原点及び励磁原点の逆位相を除いた位置に駆動し、励磁原点にモータコアを回転駆動する予備駆動の後、ＣＷ方向及びＣＣＷ方向からの寄り付き動作を確実に行うと共に、寄り付き動作時に任意のコイルへの印加電流の立ち上がり波形を急峻にすることにより、精度良くかつ迅速に位相調整を行うことができるモータコア位相調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、複数の磁極を有するモータコアを備えたモータのコイルに電流を流して前記モータコアの位相を調整するモータコア位相調整方法に関し、本発明の上記目的は、励磁原点の正逆位相を除く位置に前記モータコアを回転駆動した後、前記励磁原点に回転駆動させ、前記励磁原点を対称にしてＣＷ方向及びＣＣＷ方向にそれぞれ前記モータコアを所定の角度から回転駆動すると共に、前記回転駆動時の印加電流の立ち上がりを急峻にし、前記回転駆動の駆動距離の中点を前記励磁原点とすることにより達成される。
【００１８】
また、前記ＣＷ方向の駆動距離１と前記ＣＣＷ方向の駆動距離２の平均値を前記中点とすることにより、或いは前記印加電流の立ち上がりを矩形波状にすることにより、或いは前記モータがブラシレスＤＣモータであることにより、より効果的に達成される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のモータコア位相調整方法によれば、モータコアの位相調整する寄り付き動作を行う場合に、モータコアが逆位相に回転駆動できない場合があることを考慮して、モータコアを励磁原点及び励磁原点の逆位相を除いた位置に回転駆動させ、励磁原点に回転駆動する予備駆動の後、ＣＷ方向及びＣＣＷ方向からの寄り付き動作を行うと共に、任意のコイルに印加する電流の波形を急峻にして、十分な出力トルクに基づきモータコアの位相調整を行い、常に正確な励磁原点を求めることができる。また、回転駆動時の印加電流の立ち上がりを急峻にしているので高速駆動であり、迅速な位相調整が可能である。更に、その調整は従来のハードウェアをそのまま用い、ソフトウェアを変更するだけで、容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明に係るモータコア位相調整方法は、モータコア（ロータ）の位相調整によって寄り付き動作を行う場合に、モータコアに対して逆位相への駆動指令を与えることにより発生する不具合を考慮して、任意のコイルに電流を流して発生する磁力により寄り付く位置をモータコアの励磁原点（電気角原点）とし、励磁原点に対して逆位相を除いた位置へ一度回転駆動させ、更に励磁原点に回転駆動する予備駆動の後、確実に行われるＣＷ及びＣＣＷ両方向からの寄り付き動作の各駆動距離を計測することにより、常に正確な励磁原点を求めるようにしている。また、寄り付き動作時において任意のコイルに流す印加電流の立ち上がりを急峻にすることで、迅速に出力される十分な出力トルクに基づいて駆動距離を計測することにより、正確な励磁原点を求めるようにしている。
【００２１】
以下に、本発明の方法を図面を参照して説明する。また、本発明を実施する装置の構成は従来装置（図８）と同様であり、その説明を省略する。
【００２２】
本発明の動作例は図１のフローチャート及び図２の模式図の通りであり、図１及び図２の例は予備駆動として電気角３００°の位置に回転駆動の後、更に励磁原点に回転駆動するようにし、寄り付き動作の駆動範囲を励磁原点を対称に電気角６０°と設定した場合の寄り付き動作を示している。
【００２３】
先ず、図２に示すようにモータコア１２の初期位置が電気角２１０°付近にある状態から予備駆動を行う（ステップＳ１０）。予備駆動はＣＷ方向に電気角３００°位置に回転駆動し（ステップＳ１１）、電気角３００°位置から励磁原点に回転駆動させ（ステップＳ１２）、寄り付き動作を行う。次に、励磁原点からＣＷ方向の電気角６０°位置に回転駆動し（ステップＳ１３）、回転駆動された電気角６０°位置からＣＣＷ方向の励磁原点に寄り付かせ（ステップＳ１４）、このときの駆動距離Ａ１を計測部２４により計測して記憶部２５に記憶する（ステップＳ１５）。そして、励磁原点からＣＣＷ方向の電気角３００°位置に回転駆動し（ステップＳ１６）、回転駆動された電気角３００°位置からＣＷ方向の励磁原点に寄り付かせ（ステップＳ１７）、このときの駆動距離Ａ２を計測部２４により計測して記憶部２５に記憶する（ステップＳ１８）。計算部２６は駆動距離Ａ１及びＡ２を記憶部２５から読出して中点を算出し（ステップＳ１９）、算出された中点を励磁原点として設定部２３に設定し（ステップＳ２０）、モータコア１２の位相調整を終了する。
【００２４】
一方、図３及び図４の例は、初期位置が１２０°位置であり、予備駆動として電気角３００°の位置に回転駆動の後、更に励磁原点に回転駆動するようにして、寄り付き動作の駆動範囲を励磁原点を対称に電気角６０°と設定した場合の動作を示している。
【００２５】
先ず、図４に示すようにモータコアの初期位置が電気角１２０°付近にある状態から予備駆動を行う（ステップＳ３０）。予備駆動はＣＣＷ方向の電気角３００°位置に回転駆動するようにしているが、逆位相であるため回転駆動することができないので（ステップＳ３１）、一旦励磁原点に回転駆動して、寄り付き動作を行う（ステップＳ３２）。そして、励磁原点からＣＷ方向の電気角６０位置°に回転駆動し（ステップＳ３３）、回転駆動された電気角６０°位置からＣＣＷ方向の励磁原点に寄り付かせ（ステップＳ３４）、このときの駆動距離Ａ３を計測部２４により計測して記憶部２５に記憶する（ステップＳ３５）。更に励磁原点からＣＣＷ方向の電気角３００°位置に回転駆動し（ステップＳ３６）、回転駆動された電気角３００°位置からＣＷ方向の励磁原点に寄り付かせ（ステップＳ３７）このときの駆動距離Ａ４を計測部２４により計測して記憶部２５に記憶する（ステップＳ３８）。計算部２６は駆動距離Ａ３及びＡ４を記憶部２５から読出して中点を算出し（ステップＳ３９）、算出された中点を励磁原点として設定部２３に設定し（ステップＳ４０）、モータコア１２の位相調整を終了する。
【００２６】
しかしながら、前述したようにモータコア１２の位相調整時における出力トルクは、現在位置と励磁原点との距離がどのような場合においても、平均的に出力されるようになっているため、図１２で説明したように正弦波的に増減している。その駆動トルクも正弦波的に増減し、高速駆動の点では問題がある。そのため、本発明では立ち上がりを急峻にして矩形波状に駆動する。本発明の印加電流と出力トルクの特性例を図５を参照して説明する。
【００２７】
モータコア１２の出力トルクと駆動速度は、印加する電流の立ち上がり時間（傾斜角）をモータ１０のタイプ、モータコア１２の摩擦抵抗、慣性モーメント及びコギング等の負荷や状態を考慮して外部から変えることができる。例えば図５に示すように印加電流を矩形波状に急峻に立ち上げることにより、出力されるトルクも急激に大きく出力される。このように、印加電流の立ち上がりを急峻にした場合、出力トルクが急激に大きくなることによりモータコア１２の回転も急速にでき、電流実効値は増加するが定格電流範囲であれば異常発熱を抑制できる。そして、外部から設定されるパラメータに基づいて、本発明の図１〜４の各寄り付き動作時に電流を急峻に印加することでモータコア１２の位相調整を高速度に行うことができる。
【００２８】
以上のように本発明によれば、十分に出力される出力トルクに基づいて回転駆動されるモータコアの励磁原点及び励磁原点の逆位相を除いた位置に回転駆動し、その後に励磁原点に回転駆動する予備駆動を行った後、ＣＷ方向及びＣＣＷ方向からそれぞれ寄り付き動作を高速に行い、駆動距離の中点を電気角原点に設定しているので、常に正確な位相調整を迅速に行うことができる。
【００２９】
なお、予備駆動及び寄り付き動作を行う場合に電流を流す相は、一つでも複数でも良く、モータコアの特定の磁極に対して作用し、モータコアのトルクをゼロにすることができれば良い。また、正位相を励磁原点としたが逆位相を原点とすることとしても、モータコアのトルクをゼロにすることができるので同等の効果が得られ、モータコイルも３相を例に挙げたが、多相であれば同等の効果が得られ、Ｕ相のみに限らずＶ相やＷ相でも検出することができ、モータコアの磁極数についても４極を例に挙げたが、多極であれば同等の効果が得られる。また、ブラシレスＤＣモータとしてインナーロータ型を例として説明をしたが、アウターロータ型でも同等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係るモータコア位相調整方法の例を示すフローチャートである。
【図２】本発明に係るモータコア位相調整方法の例を示す模式図である。
【図３】本発明に係るモータコア位相調整方法の他の例を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係るモータコア位相調整方法の他の例を示す模式図である。
【図５】本発明に係るモータコアに印加する電流と出力トルクの特性例を示す図である。
【図６】３相ブラシレスＤＣモータの軸方向の断面図である。
【図７】３相ブラシレスＤＣモータの各相の位相差を示す図である。
【図８】ドライブユニットの構成例を示す図である。
【図９】３相ブラシレスＤＣモータに生じる誤差を示す軸方向の断面図である。
【図１０】３相ブラシレスＤＣモータの等価回路図である。
【図１１】モータコアの位相差により変化する向心力の出力特性例を示す図である。
【図１２】モータコアに印加される電流に対する出力トルクの特性例を示す図である。
【図１３】従来の寄り付き動作による位相調整方法の一例を示すフローチャートである。
【図１４】従来の寄り付き動作による位相調整の様子を示す模式図である。
【図１５】従来の寄り付き動作による位相調整方法の他の例を示すフローチャートである。
【図１６】従来の寄り付き動作による位相調整の様子の他の例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０          モータ
１１          ステータ
１２          モータコア
１３          Ｕ相コイル
１４          Ｖ相コイル
１５          Ｗ相コイル
１８          レゾルバ
２０          ドライブユニット
２１          ＣＰＵ
２２          駆動制御部
２３          設定部
２４          計測部
２５          記憶部
２６          計算部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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