(57)【要約】      （修正有）【課題】同期モータを車両に組み込んだ状態においても角度センサをより少ない施行回数で較正する。【解決手段】ｄ軸電流ベクトルが真のdq座標系のいずれの象限に位置しているかを判定する工程１００、２つの電流ベクトルのオフセット角度でｄ軸電流ベクトルを較正したベクトルを各々第１及び第２の範囲画定ベクトルとする工程１０４、当該オフセット角度の平均値で較正された中間ベクトルの電流を同期モータに適用する工程１０８、同期モータがいずれの方向に回転したかを判定し、第１及び第２の範囲画定ベクトルのうち回転方向の側にある範囲画定ベクトルを選択する工程１１４、１１６、回転方向の側にある範囲画定ベクトルと直前に決定された中間ベクトルとを新たな第１及び第２の範囲画定ベクトルとして、工程１０６ないし１１６を繰り返し、同期モータが回転しなくなったときの中間ベクトルを真のｄ軸電流ベクトルとする。【選択図】図２
2013138559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベクトル制御される同期モータに取り付けられた角度センサを較正するための方法であって、
前記角度センサは、前記同期モータの回転子の角度位置及び回転方向を検出することが可能であり、
前記方法は、
較正前のdq座標系における基底電流ベクトルが真のdq座標系のいずれの象限に位置しているかを判定する象限判定工程と、
前記象限判定工程で判定された象限を画定する２つの電流ベクトルのオフセット角度を用いて前記基底電流ベクトルを較正したベクトルを各々第１及び第２の範囲画定ベクトルとする、象限画定ベクトル選択工程と、
前記第１及び第２の範囲画定ベクトルの間に存在する中間ベクトルを決定する中間ベクトル決定工程と、
前記中間ベクトルの電流を前記同期モータに適用する電流適用工程と、
前記同期モータがいずれの方向に回転したかを判定し、前記第１及び第２の範囲画定ベクトルのうち回転方向の側にある範囲画定ベクトルを選択する回転方向判定工程と、
前記回転方向の側にある範囲画定ベクトルと直前の中間ベクトル決定工程で決定された前記中間ベクトルとを新たな第１及び第２の範囲画定ベクトルとする、範囲画定ベクトル選択工程と、
前記新たな第１及び第２の範囲画定ベクトルに関して、前記中間ベクトル決定工程、前記電流適用工程、前記回転方向判定工程、及び、前記範囲画定ベクトル選択工程を繰り返す、繰り返し工程と、
前記繰り返し工程で得られた中間ベクトルを真の基底電流ベクトルとする、較正工程と、
を備える、方法。
【請求項２】
較正前の前記基底電流ベクトルは、ｄ軸電流ベクトルである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記象限判定工程は、
ｄｑ座標系において９０°毎に区切られた４つの象限を判定対象とし、
前記同期モータに、前記ｄ軸電流ベクトル及びq軸電流ベクトルの電流を各々適用し、
前記ｄ軸電流ベクトルの電流を適用したときの前記同期モータの回転方向と、前記q軸電流ベクトルの電流を適用したときの前記同期モータの回転方向とに基づいて、前記ｄ軸電流ベクトルが前記真のdq座標系のいずれの象限に位置しているかを判定する、各工程を備える、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記象限判定工程は、
前記ｄ軸電流ベクトルを適用したときに前記同期モータが回転しない場合、前記ｄ軸電流ベクトルのオフセット角度が０°又は１８０°であると判定し、前記ｑ軸電流ベクトルを適用したときの前記同期モータの回転方向に応じて前記ｄ軸電流ベクトルのオフセット角度が０°又は１８０°のいずれであるかを決定し、
前記ｑ軸電流ベクトルを適用したときに前記同期モータが回転しない場合、前記ｄ軸電流ベクトルのオフセット角度が９０°又は２７０°であると判定し、前記ｄ軸電流ベクトルを適用したときの前記同期モータの回転方向に応じて前記ｄ軸電流ベクトルのオフセット角度が９０°又は２７０°のいずれであるかを決定する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記中間ベクトル決定工程は、
前記第１及び第２の範囲画定ベクトルのオフセット角度の平均値を計算し、
前記ｄ軸電流ベクトルを前記オフセット角度の平均値で較正した電流ベクトルを前記中間ベクトルとして決定する、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記繰り返し工程は、前記同期モータに前記中間ベクトルの電流を適用しても前記同期モータが回転しなくなるまで実行され、
前記較正工程は、前記同期モータが回転しなくなったときの前記中間ベクトルのオフセット角度を、前記同期モータを駆動制御する際のオフセット角度として採用する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記同期モータは、該同期モータが駆動体に取り付けられたとき、前記角度センサにより検出可能な最小の角度よりも大きいクリアランスの範囲内で両方向に回転可能である、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記駆動体は、車両のホイールであり、前記同期モータはインホイールモータとして構成される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法を実行することにより、前記角度センサを較正するための装置。
【請求項１０】
前記装置は、前記同期モータを制御するコントローラである、請求項９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車等の駆動源として用いられる同期モータに取り付けられた角度センサを較正するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車等に用いられるベクトル制御される同期モータでは、回転子を固定子の回転磁界に同期させて回転させている。このため回転子の角度位置を角度センサにより正確に検出する必要がある。
【０００３】
しかし、角度センサにより回転子の角度位置を求めたとしても、その角度センサの取り付け位置が正しい位置からずれると（以下、このずれた分の角度を「オフセット角度」という）、検出された回転子の角度位置は不正確となり、正確な同期モータの制御ができなくなる。
【０００４】
そこで、従来では、以下のとおり、オフセット角度を検出することにより、角度センサにより検出された回転子の角度位置を補正する技術（下記特許文献１ないし７）が提案されている。
【０００５】
特許文献１に記載の技術によれば、電動モータに備え付けられた角度検出手段としてのレゾルバを整列させる方法が開示されている。当該方法は、電動モータを負荷から切り離し、ｄ軸電流コマンド及び速度コマンドを指令し、これらのコマンドに応答して電動モータを負荷無しに作動させ、速度コマンドに応答して回転子速度を決定し、回転子速度が実質的に安定化されたときに、速度コマンド及び回転子速度に基づいてレゾルバのオフセット角度を決定する、各工程を備えている。
【０００６】
また、特許文献２に記載の方法は、回転子が所定の理想位置近傍に位置決めされるように固定子に電気信号を送り、位置センサによって回転子の位置を測定し、測定された回転子位置と初期の位置とから所定の理想位置に関連付けられたオフセット角度を計算する各工程を備え、複数の理想位置に対してオフセット角度を計算する。
【０００７】
また、特許文献３に記載のブラシレスモータの初期調整装置は、ブラシレスモータを駆動する際のモータの電気的位置と、角度検出器の零位置との位置合わせ調整を短時間で正確に行えるようにするため、外部からブラシレスモータを回転させる回転手段と、同モータの回転角を検出する回転角検出手段と、予め定められた相にトルク指令を行うトルク指令部と、回転手段による回転により予め定められた相で発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、トルク指令に応じたトルク信号と誘起電圧検出手段で検出された誘起電圧の位相が一致する角度をオフセット角度として設定する設定部とを有する。
【０００８】
更に、特許文献４に記載のモータ制御装置は、角度センサから出力された交流モータのロータ角度を入力するモータ制御回路を有し、該モータ制御回路は、ロータの角度基準信号の入力部を有し、角度基準信号を基に角度センサの角度ずれ量を演算する演算手段と、角度ずれ量を記憶する手段と、記憶手段からずれ量を読み出して、当該ずれ量を基に角度を補正する補正手段を有し、その補正されたロータ角度を基にモータ制御を行う。なお、同期モータは、エンジンと機械的に接続されており、上記ずれ量の演算は、エンジンが運転中で、かつインバータがモータへの通電を停止している時に実行される。
【０００９】
特許文献５に記載の同期モータの制御装置は、直流を交流に変換して同期モータに電力を供給するインバータと、該インバータから同期モータの電機子コイルに流れる電流を検出する電流検出手段と、電機子コイルにかかる電圧を検出する電圧検出手段と、同期モータの回転子の回転位置を検出する位置検出手段と、検出された電流および電圧に基づいて回転子の磁極位置を推定算出する磁極位置推定手段と、検出された回転子の回転位置と磁極位置推定手段で推定された磁極位置との誤差を算出する誤差演算手段と、演算された誤差から回転子に設けられた永久磁石の実際位置と検出された回転子の回転位置とのずれを検出するずれ検出手段と、検出されたずれを補正する補正手段とを有する。
【００１０】
特許文献６及び７に記載の永久磁石式回転電機の制御装置は、回転子が複数の異なる略一定回転数で回転している各状態で、回転子の界磁方向をｄ軸、該ｄ軸に直交する方向をｑ軸とするｄｑ座標系でｄｑベクトル制御におけるｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値の両者を零に保持しつつ、磁極位置補正量を所定の仮設定値に定めてｄｑベクトル制御の処理を実行し、ｄｑベクトル制御の実行時に求めたｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値とから、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を変数とする所定の演算式に基づき誤差を算出し、各状態での誤差とそのときの回転数に基づいて回転数−誤差特性を導出する。さらに、回転数−誤差特性に基づいて、磁極検出位置を補正するための回転子の回転数に応じた磁極位置補正量を求める。
【００１１】
しかし、上記いずれの従来技術においても、電動モータを回転させたり、或いは、比較的大きな角度に亘って回転位置を変えたりする工程を含んでいる。このため、モータを車両に実際に組み込んだ状態で角度較正することが困難となり、これらの技術を例えばベルトドライブ形式若しくはインホイール形式のモータに適用することができない。
【００１２】
特許文献１に記載の技術は、電動モータを車軸（負荷）から切り離す工程（図４の工程４０５）と、電動モータを一定速度で回転させる工程とを必要とし、ベルトドライブ形式若しくはインホイール形式のモータでは適用することができない。
【００１３】
また、特許文献２に記載の技術は、回転子を複数の理想位置に位置決めするように回転させることを必要としている。
また、特許文献３に記載の技術は、予め定められた相へのトルク指令と予め定められた相で検出された誘起電圧とが一致する角度をオフセット角度として設定する。このため、当該技術は、誘起電圧を検出することを必要とし、通常、車両に組み込まれた制御ユニット（インバータ）で利用可能ではなくなり、車両に既に組み込まれたモータを較正するため使用することはできなくなる。
【００１４】
さらに、特許文献４に記載の技術は、エンジンが運転中のときのみ角度センサを較正することが可能となる。
さらに、特許文献５に記載の技術は、検出された電流および電圧に基づいて回転子の磁極位置を推定するため、電圧センサが必須となる。
【００１５】
さらにまた、特許文献６及び７に記載の技術は、モータを一定速度で回転させることを必要としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】米国特許番号７６５９６８８号（公開番号２００８／０２７２７３１号）
【特許文献２】米国特許公開番号２００６／００２５９５１号
【特許文献３】特開平１１−２９９２８２号公報
【特許文献４】特開２００２−３２５４９３号公報
【特許文献５】特開平９−５６１９９号公報
【特許文献６】特開２０１０−１４８２７０号公報
【特許文献７】特開２０１０−１４８２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上記事実に鑑み、本発明は、同期モータを車両に組み込んだ状態においても角度センサを従来技術より少ない施行回数で較正することを可能にした、角度センサを較正するための方法及び装置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】
【００１８】
上記課題を解決するため、本発明の一態様は、ベクトル制御される同期モータに取り付けられた角度センサを較正するための方法であって、前記角度センサは、前記同期モータの回転子の角度位置及び回転方向を検出することが可能であり、前記方法は、較正前のdq座標系における基底電流ベクトルが真のdq座標系のいずれの象限に位置しているかを判定する象限判定工程と、前記象限判定工程で判定された象限を画定する２つの電流ベクトルのオフセット角度を用いて前記基底電流ベクトルを較正したベクトルを各々第１及び第２の範囲画定ベクトルとする、象限画定ベクトル選択工程と、前記第１及び第２の範囲画定ベクトルの間に存在する中間ベクトルを決定する中間ベクトル決定工程と、前記中間ベクトルの電流を前記同期モータに適用する電流適用工程と、前記同期モータがいずれの方向に回転したかを判定し、前記第１及び第２の範囲画定ベクトルのうち回転方向の側にある範囲画定ベクトルを選択する回転方向判定工程と、前記回転方向の側にある範囲画定ベクトルと直前の中間ベクトル決定工程で決定された前記中間ベクトルとを新たな第１及び第２の範囲画定ベクトルとする、範囲画定ベクトル選択工程と、前記新たな第１及び第２の範囲画定ベクトルに関して、前記中間ベクトル決定工程、前記電流適用工程、前記回転方向判定工程、及び、前記範囲画定ベクトル選択工程を繰り返す、繰り返し工程と、前記繰り返し工程で得られた中間ベクトルを真の基底電流ベクトルとする、較正工程と、を備えて構成したものである。
【００１９】
好ましくは、較正前の前記基底電流ベクトルは、ｄ軸電流ベクトルである。より好ましくは正のｄ軸電流ベクトルであるのがよい。
本発明の前記象限判定工程は、好ましくは、ｄｑ座標系において９０°毎に区切られた４つの象限を判定対象とし、前記同期モータに、前記ｄ軸電流ベクトル及びq軸電流ベクトルの電流を各々適用し、前記ｄ軸電流ベクトルの電流を適用したときの前記同期モータの回転方向と、前記q軸電流ベクトルの電流を適用したときの前記同期モータの回転方向とに基づいて、前記ｄ軸電流ベクトルが前記真のdq座標系のいずれの象限に位置しているかを判定する、各工程を備える。
【００２０】
また、前記象限判定工程は、前記ｄ軸電流ベクトルを適用したときに前記同期モータが回転しない場合、前記ｄ軸電流ベクトルのオフセット角度が０°又は１８０°であると判定し、前記ｑ軸電流ベクトルを適用したときの前記同期モータの回転方向に応じて前記ｄ軸電流ベクトルのオフセット角度が０°又は１８０°のいずれであるかを決定し、前記ｑ軸電流ベクトルを適用したときに前記同期モータが回転しない場合、前記ｄ軸電流ベクトルのオフセット角度が９０°又は２７０°であると判定し、前記ｄ軸電流ベクトルを適用したときの前記同期モータの回転方向に応じて前記ｄ軸電流ベクトルのオフセット角度が９０°又は２７０°のいずれであるかを決定する。
【００２１】
更に、前記中間ベクトル決定工程は、前記第１及び第２の範囲画定ベクトルのオフセット角度の平均値を計算し、前記ｄ軸電流ベクトルを前記オフセット角度の平均値で較正した電流ベクトルを前記中間ベクトルとして決定する。ここで、ｄ軸電流ベクトルをオフセット角度の平均値で較正した電流ベクトルとは、現在（較正前）のｄ軸電流ベクトルをｄｑ座標系において、オフセット角度の平均値だけ真のｄ軸電流ベクトルに近づける方向に回転させた電流ベクトルに相当する。
【００２２】
更に、前記繰り返し工程は、前記同期モータに前記中間ベクトルの電流を適用しても前記同期モータが回転しなくなるまで実行され、前記較正工程は、前記同期モータが回転しなくなったときの前記中間ベクトルのオフセット角度を、前記同期モータを駆動制御する際のオフセット角度として採用する。
【００２３】
前記同期モータは、該同期モータが駆動体に取り付けられたとき、前記角度センサにより検出可能な最小の角度よりも大きいクリアランスの範囲内で両方向に回転可能である。この場合、前記駆動体を車両のホイールとし、前記同期モータをインホイールモータとして構成することができる。
【００２４】
本発明の別の態様は、上記方法を実行することにより、角度センサを較正するための装置として構成される。好ましくは、当該装置は、同期モータを制御するコントローラである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、角度センサが同期モータの回転子の角度位置及び回転方向を検出することが可能でありさえすれば、角度センサを較正することが可能となる。従って、較正時に同期モータを大きな角度で回転させる必要がなく、同期モータを車両内に組み込んだ状態、例えばインホイールモータのように車両静止状態で自由回転ができないときでも、角度センサの較正が可能である。よって、従来技術のようにテストベンチ手段へのモータの接続、決定されたオフセット角度データの車両コントローラへの転送、テストベンチ手段からのモータの切り離し、及びモータの車体への取り付け等といった熟練者による一連の手順を省略し、較正に要する労力及び時間を大幅に減少させることができる。
【００２６】
また、本発明によれば、真のｄ軸電流ベクトルが存在する範囲（第１及び第２の範囲画定ベクトルによって画定される範囲）を中間ベクトルを計算することにより順次狭めていくため、較正に要する施行回数を大幅に減少させてオフセット角度の較正時間を短縮化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係る角度センサを較正するための方法が適用されるモータ制御システムの概略図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例に係る角度センサを較正するための方法の処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】図３は、図２の初期判定の詳細な処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】図４は、回転方向の判定の処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】図５は、図２の初期判定において、d軸電流ベクトルidが真のdq座標系のいずれの象限にあるかを説明するための図であって、(a)はidが正値、０値、負値の各場合で、いずれの象限の可能性があるかを示し、(b)はd軸及びq軸の電流ベクトルid及びiqを各々適用したときのモータ回転方向s1及びs2から求められるidの象限を示し、(c)はs1及びs2と、オフセット角度ofs、ofs1及びofs2との関係を示す表である。
【図６】図６は、図２の角度センサ較正方法の繰り返しシーケンスを説明するための図である。
【図７】図７は、較正前のdq座標系と真のdq座標系との関係及びオフセット角度を説明するための図である。
【図８】図８は、インホイールモータの概略を示す図である。
【図９】図９は、本願発明の実施例に係る角度センサ較正方法が好適に適用されるところの、車両への同期モータ取り付け例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１には、本発明の一実施例に係る角度センサを較正するための方法が適用されるモータ制御システム１が示されている。
モータ制御システム１は、コントローラ２と、ベクトル制御される同期モータ３と、該同期モータ３の回転子（図示せず）の角度位置γ*を検出する角度センサ４と、コントローラ２からの指令に基づいて直流電力を交流電力に変換して同期モータ３に供給するインバータ５と、角度センサ５により検出された角度位置γ*を本実施例に係る角度較正方法により求められた角度センサ４のオフセット角度γ0で較正して真の角度位置γ（＝γ*−γ0）を出力するためのオフセット角度較正装置６と、コントローラ２から出力されたｄｑ座標系における電圧（電流）指令ベクトル（uq(iq), ud(id)）を上記角度位置γの回転座標系における２相指令に変換する変換器７と、変換された２相指令を３相指令（u1,u2,u3）に変換してインバータ５に出力する２／３変換器８と、インバータ５から同期モータ３への３相交流指令を検出する電流センサ１１と、電流センサ１１により検出された３相検出値（i1*,i2*,i3*）を２相に変換する３／２変換器９と、変換された２相検出値をｄｑ座標系における電流ベクトル（id*, iq*）に変換する変換器１０と、を備えている。コントローラ２は、モータパラメータ及び検出された電流ベクトル（id*, iq*）に基づいて、上位のコントローラから指令された目標トルクを達成するための電圧（電流）指令ベクトル（uq(iq), ud(id)）を計算する。
【００２９】
また、同期モータ３としては、永久磁石同期モータ、励磁駆動式同期モータ、ステッピングモータ等が挙げられるが、本発明は、これらの例に限定されるものではない。さらに同期モータ３は、例えば図８に示すようなインホイールモータとして構成することができる。同図に示すように、インホイールモータは、回転子２０及び固定子２１を備える上記同期モータ３と、上記角度センサ４とを、車両ボディ２４に取り付けられたタイヤ２２の内部に組み込んで構成したものである（なお、２３は、タイヤのチューブである）。インホイールモータのように車両静止状態で自由回転ができないときでも、同期モータ３は、少なくとも角度センサ５により検出可能な最小の角度よりも大きいクリアランスの範囲内で両方向（時計回り方向及び反時計回り方向）に回転可能とされている。このクリアランスは、モータ動力伝達経路に存在する遊び等によって実現可能なものである。
【００３０】
なお、角度センサ４は、同期モータ３の回転子（図示せず）の角度位置γ*のみならず、同期モータ３の回転方向も検出することが可能である。このような角度センサとして、例えばインクレメント型位置センサ、レゾルバ、ロータリーエンコーダ等の絶対位置検出センサ、或いは、ホール素子などがあるが、本発明の角度センサは、これらに限定されるものではない。
【００３１】
図９に、同期モータ３の車両への取り付け例を示す。同期モータ３は、差動ギアＤを有する前輪車軸上に取り付けられた単一のモータ、前輪に組み込まれた２つのインホイールモータ、及び、前後輪に組み込まれた４つのインホイールモータとして車両ボディに取り付けることができる。
【００３２】
次に、図１のモータ制御システム１における本発明の角度センサを較正するための方法を図２乃至４のフローチャートを用いて説明する。なお、図２乃至４の処理は、コントローラ２、或いは、コントローラ２の上位のコントローラにより実行することができる。
【００３３】
図２には角度センサを較正するための方法の各工程が示されている。図２に示されるように、初期判定として、現在のｄ軸電流ベクトルが真のdq座標系の４つの象限のうちいずれの象限にあるか判定する（ステップ１００）。ｄ軸電流ベクトルがどの象限にあるかが決定された後に、ｄ軸電流ベクトルが存在すると推定される範囲を順次狭めていく工程が続く（ステップ１０２〜１２０）。
【００３４】
先ず、この初期判定の詳細な処理を図３を用いて説明する。
図３に示されるように、先ず、パラメータの初期化を実行する（ステップ２００）。これらのパラメータには、オフセット角度ofs、第１及び第２の範囲画定ベクトルのオフセット角度（ofs1、ofs2）、オフセット角度が決定されたか否かを示すオフセット決定フラグＦが含まれ、この初期化工程では各々が０に設定される。
【００３５】
次に、d軸電流ベクトルの電流idを同期モータ３に適用する（ステップ２０２）。ここで、「ベクトル電流を同期モータ３に適用する」とは、図１において、コントローラ２から電流idの指令を出し、当該指令を変換器７、２／３変換器８、及び、インバータ５を介して変換し、この変換指令により同期モータ３を回転させることに相当している。
【００３６】
角度センサが正確に取り付けられ、d軸電流ベクトルidが真のd軸電流ベクトルid’に一致している場合（すなわちオフセット角度＝０°）、電流idが同期モータ３に適用されたとしてもモータは回転しない。しかし、図７に示されるように、電流idが電流id’から一定のオフセット角度でずれている場合、電流idを適用することにより、d’軸方向の電流成分だけではなくq’軸方向の電流成分を生じさせる。このq’軸方向の電流成分が発生するとモータは回転する。
【００３７】
そこで、角度センサ４を用いて同期モータ３の回転方向Ｓ１を決定する（ステップ２０４）。同期モータ３がｄｑ座標系で反時計回りに回転した場合にはＳ１＝１を割り当て、時計回りに回転した場合にはＳ１＝−1を割り当て、回転しない場合、Ｓ１＝０を割り当てる。モータが回転しないＳ１＝０の場合は、電流idが電流id’に一致している（オフセット角度＝０°）か、或いは、電流idが電流−id’に一致している（オフセット角度＝１８０°）かのいずれかであるが、この段階ではまだいずれであるかを決定することはできない。
【００３８】
次に、電流idと直交するq軸電流ベクトルの電流iqを同期モータ３に適用する（ステップ２０２）。q軸電流ベクトルの電流iqが真のq軸電流ベクトルiq’に一致している場合（すなわちオフセット角度が０°）、電流iqが同期モータ３に適用されると、モータは時計回りに回転する。しかし、図７に示されるように、電流idが電流id’から一定のオフセット角度でずれている場合、電流iqを適用することにより、オフセット角度によっては、その逆方向の反時計回りに回転したり、オフセット角度が９０°及び２７０°のときは回転しない。そこで、角度センサ４を用いて同期モータ３の回転方向Ｓ２を決定する（ステップ２０８）。同期モータ３がｄｑ座標系で反時計回りに回転した場合にはＳ２＝１を割り当て、時計回りに回転した場合にはＳ２＝−1を割り当て、回転しない場合、Ｓ２＝０を割り当てる。モータが回転しないＳ２＝０の場合は、電流iqが電流id’に一致している（オフセット角度＝２７０°）か、或いは、電流iqが電流−id’に一致している（オフセット角度＝９０°）かのいずれかであるが、これを決定するため後述するように回転方向Ｓ１を用いる。
【００３９】
次にＳ１＝０又はＳ２＝０であるかを判定する（ステップ２１０）。
Ｓ１及びＳ２のいずれも０でない場合（ステップ２１０の否定判定）、ステップ２１２に移行する。ステップ２１２では、Ｓ１及びＳ２の正負の符号の組み合わせに応じて電流idが存在すると推測される象限を決定する。この判定方法について図５を用いて説明する。
【００４０】
図５（ａ）に示されるようにＳ１＞０の場合、電流idは、真のｄｑ座標系の４つの象限Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４のうち、象限Ｑ１又はＱ２に存在し、Ｓ１＜０では象限Ｑ３又はＱ４に存在し、Ｓ１＝０の場合は＋d軸又は-d軸に存在していると推測される（図５（ａ）では片方の場合のみ表示）。ここで、電流iqを適用したときの回転方向Ｓ２の情報が加わると２つの候補のうちいずれに存在するかを決定することができる。Ｓ１＞０の場合では電流idがＱ１、Ｑ２のいずれに存在するかを決定することができる。例えば図５（ｂ）に示すように、Ｓ１＞０かつＳ２＜０の場合、電流idは象限Ｑ２に存在すると推測される。換言すれば、電流idは、象限Ｑ２を画定させる２つの範囲画定ベクトルiq’と−id’との間に存在する。すなわち、この２つの範囲画定ベクトルのオフセット角度をofs1、ofs2とすると、象限Ｑ２は、ofs1=90°、ofs2=180°で表すことができ、電流idのオフセット角度は、ofs1からofs2の範囲内にある。図５（ｃ）に、全てのＳ１及びＳ２の組み合わせの各々に対して、電流idの象限（オフセット角度ofs1、ofs2で表す）、或いは、＋d軸若しくは-d軸のいずれに整列しているか（オフセット角度ofs＝０°若しくは１８０°）のデータを示す。なお、図５（ｃ）において、Ｓ１＝Ｓ２＝０の場合は、あり得ない組み合わせのため、データは記載されていない。
【００４１】
このようにして、ステップ２１２では電流idが真のdq座標系の象限Ｑ１,Ｑ２,Ｑ３及びＱ４のうちいずれの象限にあるかが決定され、本ルーチンを完了して図２のメインルーチンに戻る。このとき、オフセット角度が決定されたことを示すオフセット決定フラグＦは、０のままである。
【００４２】
一方、Ｓ１及びＳ２のいずれかが０であった場合（ステップ２１０の肯定判定）、ステップ２１４に移行する。ステップ２１４では、図５（ｃ）の表に示されるように、Ｓ１＝０のとき、Ｓ２の正負の符号に応じて、オフセット角度＝０°又は１８０°と、判定する。また、Ｓ２＝０のとき、Ｓ１の正負の符号に応じて、オフセット角度＝９０°又は２７０°と、判定する。このようにステップ２１４でオフセット角度ofsが決定されたため、オフセット角度が決定されたことを示すオフセット決定フラグを１に設定し（ステップ２１６）、本ルーチンを完了して図２のメインルーチンに戻る。
【００４３】
再び、図２を参照する。ステップ１００の図３で詳述した初期判定を完了した後、オフセット決定フラグＦ＝１であるか否かを判定する（ステップ１０２）。オフセット決定フラグ＝１である場合（ステップ１０２の肯定判定）、オフセット角度ofsは、図３のステップ２１４で既に決定されているため、オフセット角度較正装置６の角度較正用オフセット角度γ0をofsに設定し（ステップ１２０）、本メインルーチンを終了する。
【００４４】
オフセット決定フラグ＝０である場合（ステップ１０２の否定判定）、図３のステップ２１２で判定された象限を画定するベクトルのオフセット角度ofs1及びofs2が引き渡される（ステップ１０４）。
【００４５】
次にオフセット角度ofs1及びofs2の平均値を次式に従い計算する（ステップ１０６）。
ofs=(ofs1+ofs2)/2
次にステップ１０６で計算されたオフセット角度の平均値ofsを用いて現在のｄ軸電流ベクトルの電流idを較正することにより中間ベクトルを生成し、この中間ベクトルの電流を同期モータ３に適用する（ステップ１０８）。なお、平均値ofsによる電流idの較正は、オフセット角度較正装置６でγ0=ofsと設定することにより実行される。
【００４６】
次に、中間ベクトルの電流が適用された同期モータ３の回転方向Ｓを決定する（ステップ１１０）。Ｓの符号を判定し（ステップ１１２）、Ｓ＜０の場合、ofs1に、ステップ１０６で計算された平均オフセットofsを代入し、ステップ１０６に戻る。ステップ１０６では、新たに計算されたofs1と直前のステップ１０６で使用したofs2とからその平均オフセット角度ofsを再計算し、上記と同様にステップ１０８ないし１１２を実行する。一方、ステップ１１２でＳ＞０と判定された場合、ofs2に、ステップ１０６で計算された平均オフセットofsを代入し、ステップ１０６に戻る。ステップ１０６では、直前のステップ１０６で使用したofs1と新たに計算されたofs2とからその平均オフセット角度ofsを再計算し、上記と同様にステップ１０８ないし１１２を実行する。
【００４７】
ステップ１０６ないし１１２を繰り返すと、ステップ１０８の中間ベクトルが電流id’に近付き、最終的には、事実上一致することになる。この場合、中間ベクトルの電流を適用しても同期モータは回転せず（Ｓ＝０）、このときのofsが現在の電流ベクトルidが真の電流ベクトルid’に対してなすオフセット角度とみなすことができる。かくして、ステップ１１２からステップ１１８に移行し、オフセット決定フラグＦを１にする（ステップ１１８）。そして、オフセット角度較正装置６の角度較正用オフセット角度γ0をofsに設定し（ステップ１２０）、本メインルーチンを終了する。
【００４８】
ここで、図２のステップ１１０、図３のステップ２０４、２０８において同期モータに適用する電流の大きさを決定する処理の流れを図４を用いて説明する。
先ず、パラメータの初期化を行う（ステップ３００）。即ち、電流id=0、回転方向Ｓ＝０とする。次に、電流idに所定値α（α＞０）を加算し（ステップ３０２）、計算した電流idを同期モータに適用する（ステップ３０４）。次に、回転方向Ｓを決定する。左回転、即ち反時計回りではＳ＝＋１、右回転、即ち時計回りではＳ＝−１、回転しない場合はＳ＝０とする（ステップ３０６）。Ｓ＝０かつid<=imaxが成立するかを判定する（ステップ３０８）。ここで、imaxは、電流idの最大値として予め定められた値である。ステップ３０６で左右の回転が観察されていた場合、或いは、電流idが最大値imaxに達している場合は、ステップ３０８でノー判定となり、本ルーチンを完了し、メインルーチンに戻る。ステップ３０８の条件が成立した場合は、ステップ３０２に戻り、電流idにαを再度、加算する。従って、最初の電流idよりもαだけ電流値が大きくなる。新たな電流idに対してステップ３０４ないし３０８を、左右の回転方向が観察されたか或いは電流idが最大値imaxに達するまで繰り返す。図４の処理を実行することにより本来はモータを回転させ得るオフセット角度であっても、電流idの大きさが小さすぎて摩擦等の影響により回転せずに「回転しない」と誤判定する可能性を少なくすることができる。
【００４９】
ステップ１０６ないし１１２の繰り返しシーケンスを図６を用いて更に詳しく説明する。
図６では、真のｄｑ座標系（id’−iq’）の第２象限Ｑ２に現在のｄ軸電流ベクトルの電流id0が存在すると判定された例が示されている。ここで電流id0が電流id’に対してなすオフセット角度ofsは未知であり、id0が象限Ｑ２に存在するため、ofs1＝９０°、ofs2=１８０°に設定されている。
【００５０】
電流id0が象限Ｑ２に存在するという情報から、図６に示すように、未知の電流id’は、電流id0をofs1＝９０°較正した第１の範囲画定ベクトルidr1（id0から９０°時計回りに回転させた電流ベクトル）と、ofs2=１８０°較正した第２の範囲画定ベクトルidr2（id0から１８０°時計回りに回転させた電流ベクトル）との間の範囲にあると推測される。そこで、電流id’の候補ベクトルとして、第１及び第２の範囲画定ベクトルの中間にあるベクトル（以下、「中間ベクトル」と称する）を求める。
【００５１】
本実施例では、先ず、中間ベクトルとして、図２のステップ１０６で計算したオフセット角度の平均値ofs=(ofs1+ofs2)/2だけ電流id0を較正したベクトル（図６で「id1」として表示）を用いる。図示のように電流id1は、まだid’と一致していないため電流id1を適用すると（図２のステップ１０８）、同期モータは回転する。電流id1は、正のiq’成分を生じさせるため、図６では時計回りの回転方向となる（Ｓ＝−１）。この回転方向から、電流id1は、id’よりも反時計回りに正のオフセット角度を有し、第１の範囲画定ベクトルidr1よりも第２の範囲画定ベクトルidr2に近いものと推測される。そこで、電流id1を新たな第１の範囲画定ベクトル（図２のステップ１１４に相当）とし、第２の範囲画定ベクトルを同じidr2を用いて、それらの中間ベクトルid2を求める（図２のステップ１０６におけるオフセット角度の再計算に相当）。ここで、新たな中間ベクトルid2を同期モータに適用する。図示のように電流id2は、id1よりもid’に近づいたものの、まだid’と一致していないため電流id2を適用すると、同期モータは時計回りに回転する（Ｓ＝−１）。同様に、電流id2を新たな第１の範囲画定ベクトル（図２のステップ１１４に相当）とし、第２の範囲画定ベクトルを同じidr2を用いて、それらの中間ベクトルid3を求める。
【００５２】
中間ベクトルid3を同期モータに適用すると、電流id3は、id2よりも更にid’に近づくが、負のiq’成分を生じさせるため、反時計回りの回転を生じさせる（Ｓ＝＋１）。この回転方向から、電流id3は、id’に対して負のオフセット角度を有し、id’は第２の範囲画定ベクトルidr2よりも第１の範囲画定ベクトルid2に近いものと推測される。そこで、第１の範囲画定ベクトルを同じid2を用い、電流id3を新たな第２の範囲画定ベクトル（図２のステップ１１６に相当）とし、それらの中間ベクトルid4を求める。
【００５３】
中間ベクトルid4を同期モータに適用すると、id4はid’に事実上一致しているため、同期モータは回転しない。従って、この時点で計算されたofsを電流id0のオフセット角度γ0とみなすことができる（図２のステップ１２０）。
【００５４】
以上のとおり繰り返しシーケンスの各ステップを実行する毎に、第１及び第２の範囲画定ベクトルのオフセット角度ofs1及びofs2の差は減少し、目標とするオフセット角度とofs1(ofs2)との差は減少していく。中間ベクトルが同期モータを回転させないほどこれらの差が小さくなったとき、中間ベクトルのオフセット角度を目標とするオフセット角度とすることができる。
【００５５】
オフセット角度ofsを０°から３６０°まで所定のステップ角度毎に変更しながら電流をモータに適用する施行繰り返し、最終的にモータが回転しなくなったときのofsを目標とするオフセット角度とするという方法も考えられる。このような方法では施行回数をn回（ステップ角度が１°の場合は最大n＝３６０）とするとき、本発明の実施例では、繰り返しシーケンスの施行回数＝log nとなり、施行回数を大幅に減少させてオフセット角度の較正時間を短縮化することが可能となる。
【００５６】
本発明の実施例の大きな特徴は、同期モータ３を車両内に組み込んだ状態、例えば図８のインホイールモータのように車両静止状態で自由回転ができないときでも、角度センサの較正が可能であるということである。従来技術では、モータを大きな角度で回転させる必要があるため、インホイールモータなどのようにモータを車体に取り付けた状態で自由回転に大きな制約がある場合には、モータを車体に取り付ける前に角度センサの較正を行う必要がある。このため、従来技術では、テストベンチ手段へのモータの接続、決定されたオフセット角度データの車両コントローラへの転送、テストベンチ手段からのモータの切り離し、及びモータの車体への取り付けといった熟練者による一連の手順が必要となり、多大な較正時間を費やしていた。本発明では、これらの手順が不要となり、モータを車体に取り付けた状態でコントローラによる自動的な角度センサの較正が可能となる。
【００５７】
以上が本発明の実施例であるが、本発明は上記例にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内において任意好適に変更することができる。
例えば、図１のモータ制御システムは一例にしか過ぎず、角度センサを備えた同期モータを制御する他の制御システムにも適用することができる。
【００５８】
また、図３のステップ２０２、２０６で正の電流id、iqを適用したが、負の電流-id又は-iqを適用してもよい。さらに、ステップ２０２、２０６の順序を逆にしてもよい。
また、図２のステップ１０６に示された中間ベクトルのオフセットの計算方法は、これに限定されず、第１及び第２の範囲画定ベクトルの中間に存在するベクトルを特定する方法であれば、適用可能である。
【００５９】
またさらに、本発明の同期モータは、図９のモータ取り付け例に限定されるものではなく、モータをクラッチを介して車軸に接続する構成にも本発明の角度センサ較正方法を適用することができる。また、モータを車両から取り外した状態においても本発明の較正方法を適用することも可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１    モータ制御システム
２    コントローラ
３    同期モータ
４    角度センサ
５    インバータ
６    オフセット角度較正装置
７    変換器
８    ２／３変換器
９    ３／２変換器
１０    変換器
１１    電流センサ
２０    回転子
２１    固定子
２２    タイヤ
２３    タイヤチューブ
２４    車両ボディ
【図１】
2013138559.tif 000003
【図２】
2013138559.tif 000004
【図３】
2013138559.tif 000005
【図４】
2013138559.tif 000006
【図５】
2013138559.tif 000007
【図６】
2013138559.tif 000008
【図７】
2013138559.tif 000009
【図８】
2013138559.tif 000010
【図９】
2013138559.tif 000011