JP4269496B2 - モータ制御装置及びモータ制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ制御装置及びモータ制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動車両においては、回転自在に配設され、磁極対を備えたロータ、及び該ロータより径方向外方に配設され、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のステータコイルを備えたステータから成るモータが使用される。そして、モータ制御装置によってＵ相、Ｖ相及びＷ相の電流を前記ステータコイルに供給することにより、前記モータを駆動し、モータのトルク、すなわち、モータトルクを発生させ、該モータトルクを駆動輪に伝達して電動車両を走行させるようになっている。
【０００３】
そのために、前記モータ制御装置において、前記ステータコイルに供給される電流を電流センサによって検出するとともに、前記ロータの磁極の位置、すなわち、磁極位置をレゾルバによって検出し、検出された電流、及び検出された磁極位置、すなわち、検出磁極位置θをモータ制御部に送るようになっている。そして、該モータ制御部は、前記電流、検出磁極位置θ、及び車両制御装置から送られたトルク指令値に基づいてインバータを駆動する。
【０００４】
ところが、前記レゾルバを使用する場合、磁極位置の検出精度、及びモータの制御性を向上させることはできるが、モータ制御装置のコストが高くなってしまう。そこで、前記レゾルバに代えて簡易的な磁極位置センサとしての磁気抵抗素子、例えば、ホール素子を使用することが考えられる。この場合、ロータのシャフトにドラムが取り付けられ、該ドラムに小磁石が取り付けられ、前記ホール素子は、前記小磁石の位置を検出し、所定の角度（例えば、６０〔°〕）ごとに位置検出信号ＰU 、ＰV 、ＰW を発生させるようになっている（特開平６−１６５５７２号公報参照）。
【０００５】
そして、前記ホール素子と接続させて磁極位置検出回路が配設され、該磁極位置検出回路は、位置検出信号ＰU 、ＰV 、ＰW を受けると、位置検出信号ＰU 、ＰV 、ＰW の信号レベルの組合せに基づいて６個の検出パルスを発生させ、各検出パルスに基づいて磁極位置を検出し、検出磁極位置θを前記検出パルスと共に前記モータ制御部に送るようにしている。この場合、前記ホール素子はレゾルバと比べて価格が低いので、モータ制御装置のコストをその分低くすることができる。
【０００６】
図２は従来の位置検出信号及び検出磁極位置の波形図である。なお、図において、横軸に時間、縦軸に位置検出信号ＰU 、ＰV 、ＰW 及び検出磁極位置θを採ってある。
【０００７】
図において、ＰU 、ＰV 、ＰW はホール素子によって発生させられた位置検出信号であり、該位置検出信号ＰU 、ＰV 、ＰW は、それぞれ電気角で１８０〔°〕ごとに信号レベルが切り換わり、互いに電気角で１２０〔°〕ずつ位相をずらして発生させられる。したがって、前記位置検出信号ＰU 、ＰV 、ＰW の信号レベルの組合せは６個のパターンから成る。
【０００８】
前記磁極位置検出回路は、前記位置検出信号ＰU 、ＰV 、ＰW を受けると、各タイミングｔ１〜ｔ６で検出パルスを発生させ、位置検出信号ＰU 、ＰV 、ＰW の信号レベルの組合せに基づいて、電気角の１周期において６ステップの分解能で磁極位置を検出する。この場合、検出磁極位置θは、図に示されるように階段状に変化させられる。
【０００９】
ところで、実際の磁極位置、すなわち、実磁極位置と検出磁極位置θとは一致しない。
【００１０】
図３は従来のホール素子を使用して磁極位置を検出したときの実磁極位置と検出磁極位置との関係を示す図である。なお、図において、横軸に実磁極位置を、縦軸に検出磁極位置θを採ってある。
【００１１】
図において、Ｌ１は理想の検出磁極位置θを表す線であり、理想の検出磁極位置θと実磁極位置とは等しい。また、Ｌ２は磁極位置検出回路によって検出された検出磁極位置θを表す線であり、実磁極位置が０〔°〕以上６０〔°〕未満、６０〔°〕以上１２０〔°〕未満、１２０〔°〕以上１８０〔°〕未満、１８０〔°〕以上２４０〔°〕未満、２４０〔°〕以上３００〔°〕未満、及び３００〔°〕以上３６０〔°〕未満の各位置検出可能範囲にあるときの各検出磁極位置θはそれぞれ０、６０、１２０、１８０、２４０、３００〔°〕である。
【００１２】
そこで、前記モータ制御装置は、各検出パルスが発生させられたときの検出磁極位置θに基づいて制御用として認識される磁極位置、すなわち、制御磁極位置θｄを算出するようにしている。そして、前記モータが所定のモータの回転速度、すなわち、所定のモータ回転速度より高いモータ回転速度で駆動され、ロータが所定の回転速度より高い回転速度で回転させられる場合、制御磁極位置θｄは、例えば、比例計算によって線形補間を行うことにより算出される。モータ回転速度をＮｍとし、検出パルスが発生させられてから現在までに経過した時間をτとすると、制御磁極位置θｄは、
θｄ＝θ＋Ｎｍ・τ
になる。
【００１３】
また、モータが所定のモータ回転速度以下のモータ回転速度で駆動され、ロータが所定の回転速度以下の回転速度で回転させられている場合、制御磁極位置θｄは、前記線Ｌ１上における各位置検出可能範囲の中間点ｐ１〜ｐ６にあると推定され、
θｄ＝θ＋３０〔°〕
として算出される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のモータ制御装置においては、ホール素子を使用しているので、分解能が低く、一律に制御磁極位置θｄが各位置検出可能範囲の中間点ｐ１〜ｐ６にあると推定すると、制御磁極位置θｄと実磁極位置との差が大きくなることがある。その場合、モータトルクを、最大にして、電動車両を駆動するのに必要とされるトルク、すなわち、要求トルクと等しい値にすることができない。
【００１５】
したがって、発進時、登坂路走行時等のように要求トルクが大きい場合に、電動車両を走行させるのが困難になり、電動車両の走行性が低下してしまう。
【００１６】
そこで、モータ制御装置の処理能力、モータの性能等を向上させることが考えられるが、その場合、モータ制御装置のコストが高くなってしまう。
【００１７】
本発明は、前記従来のモータ制御装置の問題点を解決して、モータ制御装置のコストを低くすることができ、電動車両の走行性を向上させることができるモータ制御装置及びモータ制御方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明のモータ制御装置においては、ロータ及びステータを備えたモータと、前記ロータの回動に伴って、所定の角度ごとに磁極位置情報を発生させる磁極位置センサと、前記磁極位置情報に基づいて制御磁極位置算出処理を行い、制御用として認識される制御磁極位置を算出する制御磁極位置算出処理手段と、前記制御磁極位置に基づいて前記モータを駆動する駆動手段とを有する。
【００１９】
そして、前記制御磁極位置算出処理手段は、前記磁極位置情報の発生に伴って、所定の変更領域内で前記制御磁極位置を変更する制御磁極位置変更処理手段を備える。
また、該制御磁極位置変更処理手段は、最初の磁極位置情報を検出するまでは所定の変更領域内で制御磁極位置を変更し、最初の磁極位置情報の発生に伴って、前記変更領域を狭くする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２７】
図１は本発明の実施の形態におけるモータ制御装置のブロック図、図４は本発明の実施の形態におけるモータの断面図、図５は本発明の実施の形態におけるモータ制御装置の概略図、図６は本発明の実施の形態におけるモータ制御部のブロック図、図７は本発明の実施の形態におけるモータ制御装置の動作を示すフローチャート、図８は本発明の実施の形態におけるモータの特性図である。なお、図８において、横軸に界磁角を、縦軸にモータトルクを採ってある。
【００２８】
図において、１０はモータ制御装置、３１はモータであり、該モータ３１としてＤＣブラシレスモータが使用される。前記モータ３１は、回転自在に配設されたロータ２１、及び該ロータ２１より径方向外方に配設されたステータ２２を備える。前記ロータ２１は、図示されないシャフトに図示されないハブを介して取り付けられたロータコア２１ａ、及び該ロータコア２１ａの円周方向における複数箇所に配設された永久磁石２１ｂを備える。本実施の形態においては、１２箇所にそれぞれＮ極及びＳ極の永久磁石２１ｂが交互に配設され、６個の磁極対が形成される。また、前記ステータ２２は、ステータコア２３、及び該ステータコア２３に巻装されたＵ相、Ｖ相及びＷ相のステータコイル１１〜１３を備え、前記ステータコア２３の円周方向における複数箇所（本実施の形態においては、１８箇所）には、径方向外方に向けて突出させてステータポール２４が形成される。
【００２９】
そして、前記モータ３１を駆動して電動車両を走行させるために、バッテリ１４からの直流の電流がインバータ４０によってＵ相、Ｖ相及びＷ相の電流ＩU 、ＩV 、ＩW に変換され、各相の電流ＩU 、ＩV 、ＩW はそれぞれ各ステータコイル１１〜１３に供給される。
【００３０】
そのために、前記インバータ４０は、６個のスイッチング素子としてのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を備え、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を選択的にオン・オフさせることによって、前記各相の電流ＩU 、ＩV 、ＩW を発生させることができるようになっている。
【００３１】
また、前記シャフトに図示されないドラムが取り付けられ、該ドラムに小磁石が取り付けられ、前記ドラムと対向させて、簡易的な磁極位置センサとしての磁気抵抗素子、例えば、ホール素子４３が配設され、該ホール素子４３は、前記ロータ２１の回動に伴って、前記小磁石の位置を検出し、所定の角度（本実施の形態においては、６０〔°〕）ごとに磁極位置情報としての位置検出信号ＰU 、ＰV 、ＰW を発生させ、磁極位置検出手段及び検出パルス発生処理手段としての磁極位置検出回路４４に送る。そして、該磁極位置検出回路４４は、前記位置検出信号ＰU 、ＰV 、ＰW を受けて位置検出信号ＰU 、ＰV 、ＰW の信号レベルの組合せに基づいて６個の検出パルスを発生させ、各検出パルスに基づいて磁極位置を検出し、検出磁極位置θを前記検出パルスと共にインバータ出力発生手段としてのモータ制御部４５に送る。
【００３２】
ところで、前記ステータコイル１１〜１３はスター結線されているので、各相のうちの二つの相の電流の値が決まると、残りの一つの相の電流の値も決まる。したがって、各相の電流ＩU 、ＩV 、ＩW を制御するために、例えば、ステータコイル１１、１２のリード線にＵ相及びＶ相の電流ＩU 、ＩV を検出する電流センサ３３、３４が配設され、該電流センサ３３、３４のセンサ出力としての検出信号ＳＧU 、ＳＧV がモータ制御部４５に送られる。
【００３３】
したがって、電動車両の全体の制御を行う図示されない車両制御回路の指令値発生部がトルク指令値を発生させ、該トルク指令値をモータ制御部４５に送ると、該モータ制御部４５は、トルク指令値に基づいて電流指令値を発生させ、前記検出磁極位置θ、検出信号ＳＧU 、ＳＧV 及び前記電流指令値に基づいて所定のパルス幅を有するＶ相、Ｕ相及びＷ相のパルス幅変調信号ＳU 、ＳV 、ＳW を発生させ、該各相のパルス幅変調信号ＳU 、ＳV 、ＳW をドライブ回路５１に送る。該ドライブ回路５１は、前記パルス幅変調信号ＳU 、ＳV 、ＳW を受けて、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を駆動するための６個の駆動信号をそれぞれ発生させ、該駆動信号をインバータ４０に送る。該インバータ４０は、前記駆動信号がオンの間だけトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオンにして各相の電流ＩU 、ＩV 、ＩW を発生させ、該各相の電流ＩU 、ＩV 、ＩW を前記各ステータコイル１１〜１３に供給する。このように、モータ３１を駆動することによって電動車両を走行させることができる。なお、１７はインバータ４０とバッテリ１４との間に配設された平滑用のコンデンサである。また、インバータ４０、モータ制御部４５及びドライブ回路５１によって駆動手段が構成される。
【００３４】
ところで、前述されたように、実磁極位置と検出磁極位置θとは一致しないので、前記モータ制御部４５内に制御磁極位置算出処理手段７２が配設され、該制御磁極位置算出処理手段７２は、制御磁極位置算出処理を行い、磁極位置検出回路４４から各検出パルス及び検出磁極位置θが送られると、各検出パルス及び検出磁極位置θに基づいて、制御用として認識される制御磁極位置θｃを算出するようにしている。
【００３５】
そして、前記モータ制御部４５においては、ロータ２１の磁極対の方向にｄ軸を、該ｄ軸と直角の方向にｑ軸をそれぞれ採ったｄ−ｑ軸モデル上でベクトル制御演算によるフィードバック制御が行われるようになっている。
【００３６】
そのために、前記モータ制御部４５内において、前記検出信号ＳＧU 、ＳＧV 及び制御磁極位置θｃがＵＶ−ｄｑ変換器６１に送られる。該ＵＶ−ｄｑ変換器６１は、検出信号ＳＧU 、ＳＧV 及び前記制御磁極位置θｃに基づいて三相／二相変換を行い、検出信号ＳＧU 、ＳＧV をｄ軸電流ｉd 及びｑ軸電流ｉq に変換する。
【００３７】
そして、ｄ軸電流ｉd は減算器６２に送られ、該減算器６２において前記ｄ軸電流ｉd と前記電流指令値のうちのｄ軸電流指令値ｉdsとのｄ軸電流偏差Δｉd が算出され、該ｄ軸電流偏差Δｉd が電圧指令値発生手段としてのｄ軸電圧指令値発生部６４に送られる。一方、ｑ軸電流ｉq は減算器６３に送られ、該減算器６３において前記ｑ軸電流ｉq と前記電流指令値のうちのｑ軸電流指令値ｉqsとのｑ軸電流偏差Δｉq が算出され、該ｑ軸電流偏差Δｉq が電圧指令値発生手段としてのｑ軸電圧指令値発生部６５に送られる。
【００３８】
そして、前記ｄ軸電圧指令値発生部６４及びｑ軸電圧指令値発生部６５は、パラメータ演算部７１から送られたｑ軸インダクタンスＬq 及びｄ軸インダクタンスＬd 、並びに前記ｄ軸電流偏差Δｉd 及びｑ軸電流偏差Δｉq に基づいて、ｄ軸電流偏差Δｉd 及びｑ軸電流偏差Δｉq が零（０）になるように、２軸上のインバータ出力としてのｄ軸電圧指令値Ｖd * 及びｑ軸電圧指令値Ｖq * をそれぞれ発生させ、該ｄ軸電圧指令値Ｖd * 及びｑ軸電圧指令値Ｖq * をそれぞれｄｑ−ＵＶ変換器６７に送る。
【００３９】
続いて、該ｄｑ−ＵＶ変換器６７は、前記ｄ軸電圧指令値Ｖd * 、ｑ軸電圧指令値Ｖq * 及び制御磁極位置θｃに基づいて二相／三相変換を行い、ｄ軸電圧指令値Ｖd * 及びｑ軸電圧指令値Ｖq * をＵ相、Ｖ相及びＷ相の電圧指令値ＶU * 、ＶV * 、ＶW * に変換し、該各相の電圧指令値ＶU * 、ＶV * 、ＶW * をＰＷＭ発生器６８に送る。該ＰＷＭ発生器６８は、前記各相の電圧指令値ＶU * 、ＶV * 、ＶW * 、及び前記コンデンサ１７の端子間に印加され、図示されない直流電圧検出回路によって検出されたバッテリ１４の電圧に基づいて各相のパルス幅変調信号ＳU 、ＳV 、ＳW を発生させ、ドライブ回路５１に送られる。
【００４０】
次に、制御磁極位置算出処理手段７２の動作について説明する。
【００４１】
この場合、前記制御磁極位置算出処理手段７２は、第１の条件としてのモータ駆動判断条件が成立するかどうか、すなわち、磁極位置検出回路４４において検出パルスが発生させられ、検出パルスが発生させられてから現在までに経過した時間をτとしたとき、時間τが閾（しきい）値τTH（本実施の形態においては、３００〔ｍｓ〕）より小さいかどうかを判断する。モータ駆動判断条件が成立する場合、すなわち、前記時間τが閾値τTHより小さい場合は、モータ３１が所定のモータ回転速度より高いモータ回転速度で駆動され、ロータ２１が所定の回転速度より高い回転速度で回転させられていることになるので、前記制御磁極位置算出処理手段７２は、例えば、比例計算によって線形補間を行うことにより前記制御磁極位置θｃを算出する。そして、該制御磁極位置θｃは、
θｃ＝θ＋Ｎｍ・τ
になる。モータ回転速度Ｎｍは、二つ以上の検出パルスが発生させられるタイミングに基づいて算出される。なお、本実施の形態においては、前記モータ駆動判断条件が成立するかどうかを、時間τが閾値τTHより小さいかどうかによって判断されるようになっているが、前記モータ回転速度Ｎｍが閾値以上であるかどうかによって判断することもできる。
【００４２】
また、前記モータ駆動判断条件が成立しない場合、すなわち、前記時間τが閾値τTH以上である場合は、モータ３１が所定のモータ回転速度以下のモータ回転速度で駆動され、ロータ２１が所定の回転速度以下の回転速度で回転させられていることになる。
【００４３】
そこで、前記制御磁極位置算出処理手段７２は、発進時、登坂路走行時等のように要求トルクが大きい場合、第１の推定方法によって前記制御磁極位置θｃを推定し、惰行走行時、平坦（たん）路走行時、降坂路走行等のように要求トルクが小さい場合、第２の推定方法によって前記制御磁極位置θｃを推定する。
【００４４】
そのために、前記制御磁極位置算出処理手段７２は、第２の条件としての制御磁極位置変更処理開始条件が成立するかどうか、すなわち、トルク指令値ＴＭ* の絶対値｜ＴＭ* ｜が閾値ＴＭTH（本実施の形態においては、９０〔Ｎｍ〕）より大きいかどうかを判断する。制御磁極位置変更処理開始条件が成立する場合、すなわち、絶対値｜ＴＭ* ｜が閾値ＴＭTHより大きい場合は、前記要求トルクが大きいので、制御磁極位置算出処理手段７２の図示されない制御磁極位置変更処理手段は、制御磁極位置変更処理を開始し、位置検出信号ＰU 、ＰV 、ＰW 及び検出パルスの発生に伴って、第１の推定方法によって前記制御磁極位置θｃを推定し、ホール素子４３の各位置検出可能範囲において設定された所定の変更領域内、すなわち、所定のスイープ幅で制御磁極位置θｃを変更（スイープ）する。なお、本実施の形態において、各位置検出可能範囲は、電気角で表したとき６０〔°〕である。
【００４５】
また、前記絶対値｜ＴＭ* ｜が閾値ＴＭTH以下である場合は、前記要求トルクが小さいので、前記制御磁極位置算出処理手段７２の図示されない中間点設定処理手段は、第２の推定方法によって、制御磁極位置θｃが前記線Ｌ１（図３参照）上における各位置検出可能範囲の中間点ｐ１〜ｐ６にあると推定され、
θｃ＝θ＋３０〔°〕
として算出される。
【００４６】
前記制御磁極位置変更処理手段は、前記制御磁極位置変更処理が開始された後、最初の検出パルスが発生させられるまでは前記制御磁極位置θｃを第１のスイープ幅ｗ１及び第１の変化速度Δθｃ１で変更し、前記最初の検出パルスが発生させられると、前記制御磁極位置θｃを第２のスイープ幅ｗ２及び第２の変化速度Δθｃ２で変更する。なお、前記第１、第２のスイープ幅ｗ１、ｗ２及び第１、第２の変化速度Δθｃ１、Δθｃ２は、
ｗ１＞ｗ２
Δθｃ２＞Δθｃ１
である。また、該第２の変化速度Δθｃ２は、検出パルスが発生させられるたびに変更され、高くされる。したがって、モータトルクを、最大にして、要求トルクと等しい値にするのに必要な時間を短くすることができる。
【００４７】
そして、本実施の形態において、前記制御磁極位置変更処理が開始されてから最初の検出パルスが発生させられるまでは、前記制御磁極位置θｃは電気角で７０〜−１０〔°〕の範囲で変更され、前記第１のスイープ幅ｗ１は８０〔°〕にされる。すなわち、前記位置検出可能範囲内における制御磁極位置θｃの初期値を３０〔°〕とし、前記最初の検出パルスが発生させられるまで、制御磁極位置θｃを、３０〔°〕からトルク指令方向に７０〔°〕まで大きくした後、７０〔°〕からトルク指令方向と逆の方向に−１０〔°〕まで小さくし、その後、７０〜−１０〔°〕の範囲で繰り返し変更する。
【００４８】
続いて、前記最初の検出パルスが発生させられると、前記制御磁極位置θｃは電気角で４５〜１５〔°〕の範囲で変更され、前記第２のスイープ幅ｗ２は狭くされ、３０〔°〕にされる。すなわち、前記位置検出可能範囲内における制御磁極位置θｃの初期値を１５〔°〕とし、次の検出パルスが発生させられるまで、制御磁極位置θｃを、１５〔°〕からトルク指令方向に４５〔°〕まで大きくした後、４５〔°〕からトルク指令方向と逆の方向に１５〔°〕まで小さくし、その後、４５〜１５〔°〕の範囲で繰り返し変更する。
【００４９】
ところで、モータ３１を駆動し、ステータ２２に対してロータ２１を回動させるのに伴って、ロータ２１におけるＮ極とステータ２２におけるＳ極との間の角度、すなわち、界磁角が変化するが、図８に示されるように、界磁角が３０〔°〕である場合、モータトルクが最大になり、３０〔°〕から離れるに従ってモータトルクが小さくなる。そこで、前記制御磁極位置変更処理が開始されてから最初の検出パルスが発生させられるまでの制御磁極位置θｃの初期値を３０〔°〕にし、制御磁極位置θｃを７０〜−１０〔°〕の範囲内において変更すると、モータトルクは必ず最大になる。
【００５０】
また、前記最初の検出パルスが発生させられる時点において、界磁角は０〔°〕であるが、０〔°〕から６０〔°〕までの間に実磁極位置が進む速度は予測できない。そこで、制御磁極位置θｃを実磁極位置に対して進ませるようにしている。すなわち、前記最初の検出パルスが発生させられた後は、制御磁極位置θｃの初期値を１５〔°〕にし、制御磁極位置θｃを４５〜１５〔°〕の範囲で変更すると、モータトルクは必ず最大になる。
【００５１】
このように、制御磁極位置θｃを変更すると、モータ３１によって発生させられるモータトルクに積極的にトルク脈動が発生させられるので、実磁極位置と検出磁極位置θとが一致しない場合でも、モータトルクの実行値成分をトルク脈動によって一時的に大きくし、モータトルクを最大にして要求トルクと等しい値にすることができる。したがって、発進時、登坂路走行時等のように要求トルクが大きい場合でも、電動車両を走行させるのが容易になり、電動車両の走行性を向上させることができる。
【００５２】
また、モータ制御装置の処理能力、モータの性能等を向上させる必要がないので、モータ制御装置のコストを低くすることができる。
【００５３】
なお、前記最初の検出パルスが発生させられた後は、制御磁極位置θｃとモータトルクが最大になる磁極位置とが大きくずれることがない。したがって、第１のスイープ幅ｗ１を第２のスイープ幅ｗ２にして変更領域を狭くし、モータトルクを最大にして要求トルクと等しい値にするのに必要な時間を短くすることができる。
【００５４】
また、モータ駆動判断条件が成立し、例えば、比例計算によって線形補間を行うことにより前記制御磁極位置θｃを算出する場合には、前記制御磁極位置θｃを変更する必要がなくなるので、モータトルクを最大にして要求トルクと等しい値にするのに必要な時間が不要になる。
【００５５】
このようにして、制御磁極位置変更処理が行われ、モータ３１が十分なモータトルクで駆動されると、制御磁極位置算出処理手段７２は第３の条件としての制御磁極位置変更処理解除条件が成立するかどうかを判断する。本実施の形態において、制御磁極位置変更処理解除条件が成立するかどうかは、モータ回転速度Ｎｍの絶対値｜Ｎｍａ｜が閾値ＮTH（本実施の形態においては、２０〔ｒｐｍ〕）以上であるかどうか、又は絶対値｜ＴＭ* ｜が閾値ＴＭTHより大きいかどうかによって判断され、絶対値｜Ｎｍａ｜が閾値ＮTH以上であるか、又は絶対値｜ＴＭ* ｜が閾値ＴＭTHより大きい場合に成立し、絶対値｜Ｎｍａ｜が閾値ＮTHより小さく、かつ、絶対値｜ＴＭ* ｜が閾値ＴＭTH以下である場合に成立しない。
【００５６】
そして、前記制御磁極位置算出処理手段７２は、前記制御磁極位置変更処理解除条件が成立する場合、制御磁極位置変更処理を終了し、制御磁極位置変更処理解除条件が成立しない場合、制御磁極位置変更処理を継続する。
【００５７】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ１ モータ駆動判断条件が成立するかどうかを判断する。モータ駆動判断条件が成立する場合はステップＳ２に、成立しない場合はステップＳ３に進む。
ステップＳ２ 比例計算によって制御磁極位置θｃを算出し、処理を終了する。
ステップＳ３ 制御磁極位置変更処理開始条件が成立するかどうかを判断する。制御磁極位置変更処理開始条件が成立する場合はステップＳ５に、成立しない場合はステップＳ４に進む。
ステップＳ４ 制御磁極位置θｃが各位置検出可能範囲の中間点ｐ１〜ｐ６にあると推定し、処理を終了する。
ステップＳ５ 最初の検出パルスが発生させられたかどうかを判断する。最初の検出パルスが発生させられた場合はステップＳ７に、発生させられていない場合はステップＳ６に進む。
ステップＳ６ 制御磁極位置θｃを第１のスイープ幅ｗ１及び第１の変化速度Δθｃ１で変更し、ステップＳ５に戻る。
ステップＳ７ 制御磁極位置θｃを第２のスイープ幅ｗ２及び第２の変化速度Δθｃ２で変更する。
ステップＳ８ 制御磁極位置変更処理解除条件が成立するかどうかを判断する。制御磁極位置変更処理解除条件が成立する場合は処理を終了し、成立しない場合はステップＳ７に戻る。
【００５８】
次に、モータ制御装置１０の動作の例について説明する。
【００５９】
図９は本発明の実施の形態におけるモータ制御装置の動作の例を示すタイムチャートである。
【００６０】
図において、ｑ１〜ｑ６は検出パルス、ｒは位置検出可能範囲である。タイミングｔ１１において、検出パルスｑ１が発生させられ、磁極位置検出回路４４（図５）から検出パルスｑ１が送られると、制御磁極位置算出処理手段７２（図６）は、検出パルスｑ１が発生させられてから現在までに経過した時間τが閾値τTHより小さいかどうかを判断し、時間τが閾値τTHより小さい場合、前記制御磁極位置算出処理手段７２は、例えば、比例計算によって前記制御磁極位置θｃを算出する。そして、該制御磁極位置θｃは、ラインＬ１１に示されるように、
θｃ＝θ＋Ｎｍ・τ
にされる。また、制御磁極位置θｃが、タイミングｔ１２で
θｃ＝θ＋６０〔°〕
になると、ラインＬ１２に示されるように一定の値になる。
【００６１】
続いて、タイミングｔ１３で前記時間τが閾値τTH以上になると、制御磁極位置算出処理手段７２は、絶対値｜ＴＭ* ｜が閾値ＴＭTHより大きいかどうかを判断し、絶対値｜ＴＭ* ｜が閾値ＴＭTHより大きい場合、第１の推定方法によって前記制御磁極位置θｃを推定する。
【００６２】
すなわち、制御磁極位置算出処理手段７２は、前記位置検出可能範囲ｒ内における制御磁極位置θｃの初期値を３０〔°〕とし、ラインＬ１３に示されるように、タイミングｔ１３、ｔ１４間に、制御磁極位置θｃを３０〔°〕からトルク指令方向に７０〔°〕まで大きくした後、タイミングｔ１４、ｔ１５間に、制御磁極位置θｃを７０〔°〕からトルク指令方向と逆の方向に−１０〔°〕まで小さくし、その後、タイミングｔ１５、ｔ１６間、すなわち、次の検出パルスｑ２が発生させられるまでに、制御磁極位置θｃを−１０〔°〕からトルク指令方向に大きくする。
【００６３】
そして、前記タイミングｔ１６で次の検出パルスｑ２が発生させられると、制御磁極位置算出処理手段７２は、前記位置検出可能範囲ｒ内における制御磁極位置θｃの初期値を１５〔°〕とし、ラインＬ１４で示されるように、タイミングｔ１６、ｔ１７間に、制御磁極位置θｃを１５〔°〕からトルク指令方向に４５〔°〕まで大きくした後、タイミングｔ１７、ｔ１８間に、制御磁極位置θｃを４５〔°〕からトルク指令方向と逆の方向に１５〔°〕まで小さくし、その後、タイミングｔ１８、ｔ１９間に、すなわち、次の検出パルスｑ３が発生させられるまでに、制御磁極位置θｃを１５〔°〕からトルク指令方向に大きくする。
【００６４】
続いて、前記タイミングｔ１９で次の検出パルスｑ３が発生させられると、制御磁極位置算出処理手段７２は、前記位置検出可能範囲ｒ内における制御磁極位置θｃの初期値を１５〔°〕とし、ラインＬ１５で示されるように、タイミングｔ１９、ｔ２０間、すなわち、次の検出パルスｑ４が発生させられるまでに、制御磁極位置θｃを１５〔°〕からトルク指令方向に大きくする。
【００６５】
同様に、制御磁極位置算出処理手段７２は、各検出パルスが発生させられるたびに、次の検出パルスが発生させられるまで、制御磁極位置θｃを１５〔°〕からトルク指令方向に大きくする。そして、制御磁極位置算出処理手段７２は、タイミングｔ２１で検出パルスｑ５が発生させられ、制御磁極位置θｃを１５〔°〕からトルク指令方向に大きくする。また、タイミングｔ２２で検出パルスｑ６が発生させられると、制御磁極位置θｃを１５〔°〕からトルク指令方向に大きくし、例えば、絶対値｜Ｎｍａ｜が閾値ＮTH以上になると、制御磁極位置算出処理手段７２は制御磁極位置変更処理を終了する。
【００６６】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００６７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、モータ制御装置においては、ロータ及びステータを備えたモータと、前記ロータの回動に伴って、所定の角度ごとに磁極位置情報を発生させる磁極位置センサと、前記磁極位置情報に基づいて制御磁極位置算出処理を行い、制御用として認識される制御磁極位置を算出する制御磁極位置算出処理手段と、前記制御磁極位置に基づいて前記モータを駆動する駆動手段とを有する。
【００６８】
そして、前記制御磁極位置算出処理手段は、前記磁極位置情報の発生に伴って、所定の変更領域内で前記制御磁極位置を変更する制御磁極位置変更処理手段を備える。
また、該制御磁極位置変更処理手段は、最初の磁極位置情報を検出するまでは所定の変更領域内で制御磁極位置を変更し、最初の磁極位置情報の発生に伴って、前記変更領域を狭くする。
【００６９】
この場合、磁極位置センサによって発生させられた磁極位置情報に基づいて、制御用として認識される制御磁極位置が算出され、制御磁極位置は、磁極位置情報の発生に伴って、所定の変更領域内で変更されるので、モータによって発生させられるモータトルクに積極的にトルク脈動が発生させられる。
【００７０】
したがって、実磁極位置と検出磁極位置とが一致しない場合でも、モータトルクの実行値成分をトルク脈動によって一時的に大きくし、モータトルクを最大にして要求トルクと等しい値にすることができる。その結果、発進時、登坂路走行時等のように要求トルクが大きい場合でも、電動車両を走行させるのが容易になり、電動車両の走行性を向上させることができる。
【００７１】
また、モータ制御装置の処理能力、モータの性能等を向上させる必要がないので、モータ制御装置のコストを低くすることができる。
【００７４】
さらに、最初の磁極位置情報が検出された後は、制御磁極位置とモータトルクが最大になる磁極位置とが大きくずれることがない。したがって、変更領域を狭くし、モータトルクを最大にして要求トルクと等しい値にするのに必要な時間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるモータ制御装置のブロック図である。
【図２】従来の位置検出信号及び検出磁極位置の波形図である。
【図３】従来のホール素子を使用して磁極位置を検出したときの実磁極位置と検出磁極位置との関係を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるモータの断面図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるモータ制御装置の概略図である。
【図６】本発明の実施の形態におけるモータ制御部のブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態におけるモータ制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態におけるモータの特性図である。
【図９】本発明の実施の形態におけるモータ制御装置の動作の例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１０ モータ制御装置
２１ ロータ
２２ ステータ
３１ モータ
４０ インバータ
４３ ホール素子
４４ 磁極位置検出回路
４５ モータ制御部
５１ ドライブ回路
７２ 制御磁極位置算出処理手段
ＰU 、ＰV 、ＰW 位置検出信号
ｗ１、ｗ２ 第１、第２のスイープ幅
Δθｃ１、Δθｃ２ 第１、第２の変化速度
θ 検出磁極位置
θｃ 制御磁極位置
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ制御装置及びモータ制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動車両においては、回転自在に配設され、磁極対を備えたロータ、及び該ロータより径方向外方に配設され、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のステータコイルを備えたステータから成るモータが使用される。そして、モータ制御装置によってＵ相、Ｖ相及びＷ相の電流を前記ステータコイルに供給することにより、前記モータを駆動し、モータのトルク、すなわち、モータトルクを発生させ、該モータトルクを駆動輪に伝達して電動車両を走行させるようになっている。
【０００３】
そのために、前記モータ制御装置において、前記ステータコイルに供給される電流を電流センサによって検出するとともに、前記ロータの磁極の位置、すなわち、磁極位置をレゾルバによって検出し、検出された電流、及び検出された磁極位置、すなわち、検出磁極位置θをモータ制御部に送るようになっている。そして、該モータ制御部は、前記電流、検出磁極位置θ、及び車両制御装置から送られたトルク指令値に基づいてインバータを駆動する。
【０００４】
ところが、前記レゾルバを使用する場合、磁極位置の検出精度、及びモータの制御性を向上させることはできるが、モータ制御装置のコストが高くなってしまう。そこで、前記レゾルバに代えて簡易的な磁極位置センサとしての磁気抵抗素子、例えば、ホール素子を使用することが考えられる。この場合、ロータのシャフトにドラムが取り付けられ、該ドラムに小磁石が取り付けられ、前記ホール素子は、前記小磁石の位置を検出し、所定の角度（例えば、６０〔°〕）ごとに位置検出信号ＰU 、ＰV 、ＰW を発生させるようになっている（特開平６−１６５５７２号公報参照）。
【０００５】
そして、前記ホール素子と接続させて磁極位置検出回路が配設され、該磁極位置検出回路は、位置検出信号ＰU 、ＰV 、ＰW を受けると、位置検出信号ＰU 、ＰV 、ＰW の信号レベルの組合せに基づいて６個の検出パルスを発生させ、各検出パルスに基づいて磁極位置を検出し、検出磁極位置θを前記検出パルスと共に前記モータ制御部に送るようにしている。この場合、前記ホール素子はレゾルバと比べて価格が低いので、モータ制御装置のコストをその分低くすることができる。
【０００６】
図２は従来の位置検出信号及び検出磁極位置の波形図である。なお、図において、横軸に時間、縦軸に位置検出信号ＰU 、ＰV 、ＰW 及び検出磁極位置θを採ってある。
【０００７】
図において、ＰU 、ＰV 、ＰW はホール素子によって発生させられた位置検出信号であり、該位置検出信号ＰU 、ＰV 、ＰW は、それぞれ電気角で１８０〔°〕ごとに信号レベルが切り換わり、互いに電気角で１２０〔°〕ずつ位相をずらして発生させられる。したがって、前記位置検出信号ＰU 、ＰV 、ＰW の信号レベルの組合せは６個のパターンから成る。
【０００８】
前記磁極位置検出回路は、前記位置検出信号ＰU 、ＰV 、ＰW を受けると、各タイミングｔ１〜ｔ６で検出パルスを発生させ、位置検出信号ＰU 、ＰV 、ＰW の信号レベルの組合せに基づいて、電気角の１周期において６ステップの分解能で磁極位置を検出する。この場合、検出磁極位置θは、図に示されるように階段状に変化させられる。
【０００９】
ところで、実際の磁極位置、すなわち、実磁極位置と検出磁極位置θとは一致しない。
【００１０】
図３は従来のホール素子を使用して磁極位置を検出したときの実磁極位置と検出磁極位置との関係を示す図である。なお、図において、横軸に実磁極位置を、縦軸に検出磁極位置θを採ってある。
【００１１】
図において、Ｌ１は理想の検出磁極位置θを表す線であり、理想の検出磁極位置θと実磁極位置とは等しい。また、Ｌ２は磁極位置検出回路によって検出された検出磁極位置θを表す線であり、実磁極位置が０〔°〕以上６０〔°〕未満、６０〔°〕以上１２０〔°〕未満、１２０〔°〕以上１８０〔°〕未満、１８０〔°〕以上２４０〔°〕未満、２４０〔°〕以上３００〔°〕未満、及び３００〔°〕以上３６０〔°〕未満の各位置検出可能範囲にあるときの各検出磁極位置θはそれぞれ０、６０、１２０、１８０、２４０、３００〔°〕である。
【００１２】
そこで、前記モータ制御装置は、各検出パルスが発生させられたときの検出磁極位置θに基づいて制御用として認識される磁極位置、すなわち、制御磁極位置θｄを算出するようにしている。そして、前記モータが所定のモータの回転速度、すなわち、所定のモータ回転速度より高いモータ回転速度で駆動され、ロータが所定の回転速度より高い回転速度で回転させられる場合、制御磁極位置θｄは、例えば、比例計算によって線形補間を行うことにより算出される。モータ回転速度をＮｍとし、検出パルスが発生させられてから現在までに経過した時間をτとすると、制御磁極位置θｄは、
θｄ＝θ＋Ｎｍ・τ
になる。
【００１３】
また、モータが所定のモータ回転速度以下のモータ回転速度で駆動され、ロータが所定の回転速度以下の回転速度で回転させられている場合、制御磁極位置θｄは、前記線Ｌ１上における各位置検出可能範囲の中間点ｐ１〜ｐ６にあると推定され、
θｄ＝θ＋３０〔°〕
として算出される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のモータ制御装置においては、ホール素子を使用しているので、分解能が低く、一律に制御磁極位置θｄが各位置検出可能範囲の中間点ｐ１〜ｐ６にあると推定すると、制御磁極位置θｄと実磁極位置との差が大きくなることがある。その場合、モータトルクを、最大にして、電動車両を駆動するのに必要とされるトルク、すなわち、要求トルクと等しい値にすることができない。
【００１５】
したがって、発進時、登坂路走行時等のように要求トルクが大きい場合に、電動車両を走行させるのが困難になり、電動車両の走行性が低下してしまう。
【００１６】
そこで、モータ制御装置の処理能力、モータの性能等を向上させることが考えられるが、その場合、モータ制御装置のコストが高くなってしまう。
【００１７】
本発明は、前記従来のモータ制御装置の問題点を解決して、モータ制御装置のコストを低くすることができ、電動車両の走行性を向上させることができるモータ制御装置及びモータ制御方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明のモータ制御装置においては、ロータ及びステータを備えたモータと、前記ロータの回動に伴って、所定の角度ごとに磁極位置情報を発生させる磁極位置センサと、前記磁極位置情報に基づいて制御磁極位置算出処理を行い、制御用として認識される制御磁極位置を算出する制御磁極位置算出処理手段と、前記制御磁極位置に基づいて前記モータを駆動する駆動手段とを有する。
【００１９】
そして、前記制御磁極位置算出処理手段は、前記磁極位置情報の発生に伴って、所定の変更領域内で前記制御磁極位置を変更する制御磁極位置変更処理手段を備える。
また、該制御磁極位置変更処理手段は、最初の磁極位置情報を検出するまでは所定の変更領域内で制御磁極位置を変更し、最初の磁極位置情報の発生に伴って、前記変更領域を狭くする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２７】
図１は本発明の実施の形態におけるモータ制御装置のブロック図、図４は本発明の実施の形態におけるモータの断面図、図５は本発明の実施の形態におけるモータ制御装置の概略図、図６は本発明の実施の形態におけるモータ制御部のブロック図、図７は本発明の実施の形態におけるモータ制御装置の動作を示すフローチャート、図８は本発明の実施の形態におけるモータの特性図である。なお、図８において、横軸に界磁角を、縦軸にモータトルクを採ってある。
【００２８】
図において、１０はモータ制御装置、３１はモータであり、該モータ３１としてＤＣブラシレスモータが使用される。前記モータ３１は、回転自在に配設されたロータ２１、及び該ロータ２１より径方向外方に配設されたステータ２２を備える。前記ロータ２１は、図示されないシャフトに図示されないハブを介して取り付けられたロータコア２１ａ、及び該ロータコア２１ａの円周方向における複数箇所に配設された永久磁石２１ｂを備える。本実施の形態においては、１２箇所にそれぞれＮ極及びＳ極の永久磁石２１ｂが交互に配設され、６個の磁極対が形成される。また、前記ステータ２２は、ステータコア２３、及び該ステータコア２３に巻装されたＵ相、Ｖ相及びＷ相のステータコイル１１〜１３を備え、前記ステータコア２３の円周方向における複数箇所（本実施の形態においては、１８箇所）には、径方向外方に向けて突出させてステータポール２４が形成される。
【００２９】
そして、前記モータ３１を駆動して電動車両を走行させるために、バッテリ１４からの直流の電流がインバータ４０によってＵ相、Ｖ相及びＷ相の電流ＩU 、ＩV 、ＩW に変換され、各相の電流ＩU 、ＩV 、ＩW はそれぞれ各ステータコイル１１〜１３に供給される。
【００３０】
そのために、前記インバータ４０は、６個のスイッチング素子としてのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を備え、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を選択的にオン・オフさせることによって、前記各相の電流ＩU 、ＩV 、ＩW を発生させることができるようになっている。
【００３１】
また、前記シャフトに図示されないドラムが取り付けられ、該ドラムに小磁石が取り付けられ、前記ドラムと対向させて、簡易的な磁極位置センサとしての磁気抵抗素子、例えば、ホール素子４３が配設され、該ホール素子４３は、前記ロータ２１の回動に伴って、前記小磁石の位置を検出し、所定の角度（本実施の形態においては、６０〔°〕）ごとに磁極位置情報としての位置検出信号ＰU 、ＰV 、ＰW を発生させ、磁極位置検出手段及び検出パルス発生処理手段としての磁極位置検出回路４４に送る。そして、該磁極位置検出回路４４は、前記位置検出信号ＰU 、ＰV 、ＰW を受けて位置検出信号ＰU 、ＰV 、ＰW の信号レベルの組合せに基づいて６個の検出パルスを発生させ、各検出パルスに基づいて磁極位置を検出し、検出磁極位置θを前記検出パルスと共にインバータ出力発生手段としてのモータ制御部４５に送る。
【００３２】
ところで、前記ステータコイル１１〜１３はスター結線されているので、各相のうちの二つの相の電流の値が決まると、残りの一つの相の電流の値も決まる。したがって、各相の電流ＩU 、ＩV 、ＩW を制御するために、例えば、ステータコイル１１、１２のリード線にＵ相及びＶ相の電流ＩU 、ＩV を検出する電流センサ３３、３４が配設され、該電流センサ３３、３４のセンサ出力としての検出信号ＳＧU 、ＳＧV がモータ制御部４５に送られる。
【００３３】
したがって、電動車両の全体の制御を行う図示されない車両制御回路の指令値発生部がトルク指令値を発生させ、該トルク指令値をモータ制御部４５に送ると、該モータ制御部４５は、トルク指令値に基づいて電流指令値を発生させ、前記検出磁極位置θ、検出信号ＳＧU 、ＳＧV 及び前記電流指令値に基づいて所定のパルス幅を有するＶ相、Ｕ相及びＷ相のパルス幅変調信号ＳU 、ＳV 、ＳW を発生させ、該各相のパルス幅変調信号ＳU 、ＳV 、ＳW をドライブ回路５１に送る。該ドライブ回路５１は、前記パルス幅変調信号ＳU 、ＳV 、ＳW を受けて、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を駆動するための６個の駆動信号をそれぞれ発生させ、該駆動信号をインバータ４０に送る。該インバータ４０は、前記駆動信号がオンの間だけトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオンにして各相の電流ＩU 、ＩV 、ＩW を発生させ、該各相の電流ＩU 、ＩV 、ＩW を前記各ステータコイル１１〜１３に供給する。このように、モータ３１を駆動することによって電動車両を走行させることができる。なお、１７はインバータ４０とバッテリ１４との間に配設された平滑用のコンデンサである。また、インバータ４０、モータ制御部４５及びドライブ回路５１によって駆動手段が構成される。
【００３４】
ところで、前述されたように、実磁極位置と検出磁極位置θとは一致しないので、前記モータ制御部４５内に制御磁極位置算出処理手段７２が配設され、該制御磁極位置算出処理手段７２は、制御磁極位置算出処理を行い、磁極位置検出回路４４から各検出パルス及び検出磁極位置θが送られると、各検出パルス及び検出磁極位置θに基づいて、制御用として認識される制御磁極位置θｃを算出するようにしている。
【００３５】
そして、前記モータ制御部４５においては、ロータ２１の磁極対の方向にｄ軸を、該ｄ軸と直角の方向にｑ軸をそれぞれ採ったｄ−ｑ軸モデル上でベクトル制御演算によるフィードバック制御が行われるようになっている。
【００３６】
そのために、前記モータ制御部４５内において、前記検出信号ＳＧU 、ＳＧV 及び制御磁極位置θｃがＵＶ−ｄｑ変換器６１に送られる。該ＵＶ−ｄｑ変換器６１は、検出信号ＳＧU 、ＳＧV 及び前記制御磁極位置θｃに基づいて三相／二相変換を行い、検出信号ＳＧU 、ＳＧV をｄ軸電流ｉd 及びｑ軸電流ｉq に変換する。
【００３７】
そして、ｄ軸電流ｉd は減算器６２に送られ、該減算器６２において前記ｄ軸電流ｉd と前記電流指令値のうちのｄ軸電流指令値ｉdsとのｄ軸電流偏差Δｉd が算出され、該ｄ軸電流偏差Δｉd が電圧指令値発生手段としてのｄ軸電圧指令値発生部６４に送られる。一方、ｑ軸電流ｉq は減算器６３に送られ、該減算器６３において前記ｑ軸電流ｉq と前記電流指令値のうちのｑ軸電流指令値ｉqsとのｑ軸電流偏差Δｉq が算出され、該ｑ軸電流偏差Δｉq が電圧指令値発生手段としてのｑ軸電圧指令値発生部６５に送られる。
【００３８】
そして、前記ｄ軸電圧指令値発生部６４及びｑ軸電圧指令値発生部６５は、パラメータ演算部７１から送られたｑ軸インダクタンスＬq 及びｄ軸インダクタンスＬd 、並びに前記ｄ軸電流偏差Δｉd 及びｑ軸電流偏差Δｉq に基づいて、ｄ軸電流偏差Δｉd 及びｑ軸電流偏差Δｉq が零（０）になるように、２軸上のインバータ出力としてのｄ軸電圧指令値Ｖd * 及びｑ軸電圧指令値Ｖq * をそれぞれ発生させ、該ｄ軸電圧指令値Ｖd * 及びｑ軸電圧指令値Ｖq * をそれぞれｄｑ−ＵＶ変換器６７に送る。
【００３９】
続いて、該ｄｑ−ＵＶ変換器６７は、前記ｄ軸電圧指令値Ｖd * 、ｑ軸電圧指令値Ｖq * 及び制御磁極位置θｃに基づいて二相／三相変換を行い、ｄ軸電圧指令値Ｖd * 及びｑ軸電圧指令値Ｖq * をＵ相、Ｖ相及びＷ相の電圧指令値ＶU * 、ＶV * 、ＶW * に変換し、該各相の電圧指令値ＶU * 、ＶV * 、ＶW * をＰＷＭ発生器６８に送る。該ＰＷＭ発生器６８は、前記各相の電圧指令値ＶU * 、ＶV * 、ＶW * 、及び前記コンデンサ１７の端子間に印加され、図示されない直流電圧検出回路によって検出されたバッテリ１４の電圧に基づいて各相のパルス幅変調信号ＳU 、ＳV 、ＳW を発生させ、ドライブ回路５１に送られる。
【００４０】
次に、制御磁極位置算出処理手段７２の動作について説明する。
【００４１】
この場合、前記制御磁極位置算出処理手段７２は、第１の条件としてのモータ駆動判断条件が成立するかどうか、すなわち、磁極位置検出回路４４において検出パルスが発生させられ、検出パルスが発生させられてから現在までに経過した時間をτとしたとき、時間τが閾（しきい）値τTH（本実施の形態においては、３００〔ｍｓ〕）より小さいかどうかを判断する。モータ駆動判断条件が成立する場合、すなわち、前記時間τが閾値τTHより小さい場合は、モータ３１が所定のモータ回転速度より高いモータ回転速度で駆動され、ロータ２１が所定の回転速度より高い回転速度で回転させられていることになるので、前記制御磁極位置算出処理手段７２は、例えば、比例計算によって線形補間を行うことにより前記制御磁極位置θｃを算出する。そして、該制御磁極位置θｃは、
θｃ＝θ＋Ｎｍ・τ
になる。モータ回転速度Ｎｍは、二つ以上の検出パルスが発生させられるタイミングに基づいて算出される。なお、本実施の形態においては、前記モータ駆動判断条件が成立するかどうかを、時間τが閾値τTHより小さいかどうかによって判断されるようになっているが、前記モータ回転速度Ｎｍが閾値以上であるかどうかによって判断することもできる。
【００４２】
また、前記モータ駆動判断条件が成立しない場合、すなわち、前記時間τが閾値τTH以上である場合は、モータ３１が所定のモータ回転速度以下のモータ回転速度で駆動され、ロータ２１が所定の回転速度以下の回転速度で回転させられていることになる。
【００４３】
そこで、前記制御磁極位置算出処理手段７２は、発進時、登坂路走行時等のように要求トルクが大きい場合、第１の推定方法によって前記制御磁極位置θｃを推定し、惰行走行時、平坦（たん）路走行時、降坂路走行等のように要求トルクが小さい場合、第２の推定方法によって前記制御磁極位置θｃを推定する。
【００４４】
そのために、前記制御磁極位置算出処理手段７２は、第２の条件としての制御磁極位置変更処理開始条件が成立するかどうか、すなわち、トルク指令値ＴＭ* の絶対値｜ＴＭ* ｜が閾値ＴＭTH（本実施の形態においては、９０〔Ｎｍ〕）より大きいかどうかを判断する。制御磁極位置変更処理開始条件が成立する場合、すなわち、絶対値｜ＴＭ* ｜が閾値ＴＭTHより大きい場合は、前記要求トルクが大きいので、制御磁極位置算出処理手段７２の図示されない制御磁極位置変更処理手段は、制御磁極位置変更処理を開始し、位置検出信号ＰU 、ＰV 、ＰW 及び検出パルスの発生に伴って、第１の推定方法によって前記制御磁極位置θｃを推定し、ホール素子４３の各位置検出可能範囲において設定された所定の変更領域内、すなわち、所定のスイープ幅で制御磁極位置θｃを変更（スイープ）する。なお、本実施の形態において、各位置検出可能範囲は、電気角で表したとき６０〔°〕である。
【００４５】
また、前記絶対値｜ＴＭ* ｜が閾値ＴＭTH以下である場合は、前記要求トルクが小さいので、前記制御磁極位置算出処理手段７２の図示されない中間点設定処理手段は、第２の推定方法によって、制御磁極位置θｃが前記線Ｌ１（図３参照）上における各位置検出可能範囲の中間点ｐ１〜ｐ６にあると推定され、
θｃ＝θ＋３０〔°〕
として算出される。
【００４６】
前記制御磁極位置変更処理手段は、前記制御磁極位置変更処理が開始された後、最初の検出パルスが発生させられるまでは前記制御磁極位置θｃを第１のスイープ幅ｗ１及び第１の変化速度Δθｃ１で変更し、前記最初の検出パルスが発生させられると、前記制御磁極位置θｃを第２のスイープ幅ｗ２及び第２の変化速度Δθｃ２で変更する。なお、前記第１、第２のスイープ幅ｗ１、ｗ２及び第１、第２の変化速度Δθｃ１、Δθｃ２は、
ｗ１＞ｗ２
Δθｃ２＞Δθｃ１
である。また、該第２の変化速度Δθｃ２は、検出パルスが発生させられるたびに変更され、高くされる。したがって、モータトルクを、最大にして、要求トルクと等しい値にするのに必要な時間を短くすることができる。
【００４７】
そして、本実施の形態において、前記制御磁極位置変更処理が開始されてから最初の検出パルスが発生させられるまでは、前記制御磁極位置θｃは電気角で７０〜−１０〔°〕の範囲で変更され、前記第１のスイープ幅ｗ１は８０〔°〕にされる。すなわち、前記位置検出可能範囲内における制御磁極位置θｃの初期値を３０〔°〕とし、前記最初の検出パルスが発生させられるまで、制御磁極位置θｃを、３０〔°〕からトルク指令方向に７０〔°〕まで大きくした後、７０〔°〕からトルク指令方向と逆の方向に−１０〔°〕まで小さくし、その後、７０〜−１０〔°〕の範囲で繰り返し変更する。
【００４８】
続いて、前記最初の検出パルスが発生させられると、前記制御磁極位置θｃは電気角で４５〜１５〔°〕の範囲で変更され、前記第２のスイープ幅ｗ２は狭くされ、３０〔°〕にされる。すなわち、前記位置検出可能範囲内における制御磁極位置θｃの初期値を１５〔°〕とし、次の検出パルスが発生させられるまで、制御磁極位置θｃを、１５〔°〕からトルク指令方向に４５〔°〕まで大きくした後、４５〔°〕からトルク指令方向と逆の方向に１５〔°〕まで小さくし、その後、４５〜１５〔°〕の範囲で繰り返し変更する。
【００４９】
ところで、モータ３１を駆動し、ステータ２２に対してロータ２１を回動させるのに伴って、ロータ２１におけるＮ極とステータ２２におけるＳ極との間の角度、すなわち、界磁角が変化するが、図８に示されるように、界磁角が３０〔°〕である場合、モータトルクが最大になり、３０〔°〕から離れるに従ってモータトルクが小さくなる。そこで、前記制御磁極位置変更処理が開始されてから最初の検出パルスが発生させられるまでの制御磁極位置θｃの初期値を３０〔°〕にし、制御磁極位置θｃを７０〜−１０〔°〕の範囲内において変更すると、モータトルクは必ず最大になる。
【００５０】
また、前記最初の検出パルスが発生させられる時点において、界磁角は０〔°〕であるが、０〔°〕から６０〔°〕までの間に実磁極位置が進む速度は予測できない。そこで、制御磁極位置θｃを実磁極位置に対して進ませるようにしている。すなわち、前記最初の検出パルスが発生させられた後は、制御磁極位置θｃの初期値を１５〔°〕にし、制御磁極位置θｃを４５〜１５〔°〕の範囲で変更すると、モータトルクは必ず最大になる。
【００５１】
このように、制御磁極位置θｃを変更すると、モータ３１によって発生させられるモータトルクに積極的にトルク脈動が発生させられるので、実磁極位置と検出磁極位置θとが一致しない場合でも、モータトルクの実行値成分をトルク脈動によって一時的に大きくし、モータトルクを最大にして要求トルクと等しい値にすることができる。したがって、発進時、登坂路走行時等のように要求トルクが大きい場合でも、電動車両を走行させるのが容易になり、電動車両の走行性を向上させることができる。
【００５２】
また、モータ制御装置の処理能力、モータの性能等を向上させる必要がないので、モータ制御装置のコストを低くすることができる。
【００５３】
なお、前記最初の検出パルスが発生させられた後は、制御磁極位置θｃとモータトルクが最大になる磁極位置とが大きくずれることがない。したがって、第１のスイープ幅ｗ１を第２のスイープ幅ｗ２にして変更領域を狭くし、モータトルクを最大にして要求トルクと等しい値にするのに必要な時間を短くすることができる。
【００５４】
また、モータ駆動判断条件が成立し、例えば、比例計算によって線形補間を行うことにより前記制御磁極位置θｃを算出する場合には、前記制御磁極位置θｃを変更する必要がなくなるので、モータトルクを最大にして要求トルクと等しい値にするのに必要な時間が不要になる。
【００５５】
このようにして、制御磁極位置変更処理が行われ、モータ３１が十分なモータトルクで駆動されると、制御磁極位置算出処理手段７２は第３の条件としての制御磁極位置変更処理解除条件が成立するかどうかを判断する。本実施の形態において、制御磁極位置変更処理解除条件が成立するかどうかは、モータ回転速度Ｎｍの絶対値｜Ｎｍａ｜が閾値ＮTH（本実施の形態においては、２０〔ｒｐｍ〕）以上であるかどうか、又は絶対値｜ＴＭ* ｜が閾値ＴＭTHより大きいかどうかによって判断され、絶対値｜Ｎｍａ｜が閾値ＮTH以上であるか、又は絶対値｜ＴＭ* ｜が閾値ＴＭTHより大きい場合に成立し、絶対値｜Ｎｍａ｜が閾値ＮTHより小さく、かつ、絶対値｜ＴＭ* ｜が閾値ＴＭTH以下である場合に成立しない。
【００５６】
そして、前記制御磁極位置算出処理手段７２は、前記制御磁極位置変更処理解除条件が成立する場合、制御磁極位置変更処理を終了し、制御磁極位置変更処理解除条件が成立しない場合、制御磁極位置変更処理を継続する。
【００５７】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ１ モータ駆動判断条件が成立するかどうかを判断する。モータ駆動判断条件が成立する場合はステップＳ２に、成立しない場合はステップＳ３に進む。
ステップＳ２ 比例計算によって制御磁極位置θｃを算出し、処理を終了する。
ステップＳ３ 制御磁極位置変更処理開始条件が成立するかどうかを判断する。制御磁極位置変更処理開始条件が成立する場合はステップＳ５に、成立しない場合はステップＳ４に進む。
ステップＳ４ 制御磁極位置θｃが各位置検出可能範囲の中間点ｐ１〜ｐ６にあると推定し、処理を終了する。
ステップＳ５ 最初の検出パルスが発生させられたかどうかを判断する。最初の検出パルスが発生させられた場合はステップＳ７に、発生させられていない場合はステップＳ６に進む。
ステップＳ６ 制御磁極位置θｃを第１のスイープ幅ｗ１及び第１の変化速度Δθｃ１で変更し、ステップＳ５に戻る。
ステップＳ７ 制御磁極位置θｃを第２のスイープ幅ｗ２及び第２の変化速度Δθｃ２で変更する。
ステップＳ８ 制御磁極位置変更処理解除条件が成立するかどうかを判断する。制御磁極位置変更処理解除条件が成立する場合は処理を終了し、成立しない場合はステップＳ７に戻る。
【００５８】
次に、モータ制御装置１０の動作の例について説明する。
【００５９】
図９は本発明の実施の形態におけるモータ制御装置の動作の例を示すタイムチャートである。
【００６０】
図において、ｑ１〜ｑ６は検出パルス、ｒは位置検出可能範囲である。タイミングｔ１１において、検出パルスｑ１が発生させられ、磁極位置検出回路４４（図５）から検出パルスｑ１が送られると、制御磁極位置算出処理手段７２（図６）は、検出パルスｑ１が発生させられてから現在までに経過した時間τが閾値τTHより小さいかどうかを判断し、時間τが閾値τTHより小さい場合、前記制御磁極位置算出処理手段７２は、例えば、比例計算によって前記制御磁極位置θｃを算出する。そして、該制御磁極位置θｃは、ラインＬ１１に示されるように、
θｃ＝θ＋Ｎｍ・τ
にされる。また、制御磁極位置θｃが、タイミングｔ１２で
θｃ＝θ＋６０〔°〕
になると、ラインＬ１２に示されるように一定の値になる。
【００６１】
続いて、タイミングｔ１３で前記時間τが閾値τTH以上になると、制御磁極位置算出処理手段７２は、絶対値｜ＴＭ* ｜が閾値ＴＭTHより大きいかどうかを判断し、絶対値｜ＴＭ* ｜が閾値ＴＭTHより大きい場合、第１の推定方法によって前記制御磁極位置θｃを推定する。
【００６２】
すなわち、制御磁極位置算出処理手段７２は、前記位置検出可能範囲ｒ内における制御磁極位置θｃの初期値を３０〔°〕とし、ラインＬ１３に示されるように、タイミングｔ１３、ｔ１４間に、制御磁極位置θｃを３０〔°〕からトルク指令方向に７０〔°〕まで大きくした後、タイミングｔ１４、ｔ１５間に、制御磁極位置θｃを７０〔°〕からトルク指令方向と逆の方向に−１０〔°〕まで小さくし、その後、タイミングｔ１５、ｔ１６間、すなわち、次の検出パルスｑ２が発生させられるまでに、制御磁極位置θｃを−１０〔°〕からトルク指令方向に大きくする。
【００６３】
そして、前記タイミングｔ１６で次の検出パルスｑ２が発生させられると、制御磁極位置算出処理手段７２は、前記位置検出可能範囲ｒ内における制御磁極位置θｃの初期値を１５〔°〕とし、ラインＬ１４で示されるように、タイミングｔ１６、ｔ１７間に、制御磁極位置θｃを１５〔°〕からトルク指令方向に４５〔°〕まで大きくした後、タイミングｔ１７、ｔ１８間に、制御磁極位置θｃを４５〔°〕からトルク指令方向と逆の方向に１５〔°〕まで小さくし、その後、タイミングｔ１８、ｔ１９間に、すなわち、次の検出パルスｑ３が発生させられるまでに、制御磁極位置θｃを１５〔°〕からトルク指令方向に大きくする。
【００６４】
続いて、前記タイミングｔ１９で次の検出パルスｑ３が発生させられると、制御磁極位置算出処理手段７２は、前記位置検出可能範囲ｒ内における制御磁極位置θｃの初期値を１５〔°〕とし、ラインＬ１５で示されるように、タイミングｔ１９、ｔ２０間、すなわち、次の検出パルスｑ４が発生させられるまでに、制御磁極位置θｃを１５〔°〕からトルク指令方向に大きくする。
【００６５】
同様に、制御磁極位置算出処理手段７２は、各検出パルスが発生させられるたびに、次の検出パルスが発生させられるまで、制御磁極位置θｃを１５〔°〕からトルク指令方向に大きくする。そして、制御磁極位置算出処理手段７２は、タイミングｔ２１で検出パルスｑ５が発生させられ、制御磁極位置θｃを１５〔°〕からトルク指令方向に大きくする。また、タイミングｔ２２で検出パルスｑ６が発生させられると、制御磁極位置θｃを１５〔°〕からトルク指令方向に大きくし、例えば、絶対値｜Ｎｍａ｜が閾値ＮTH以上になると、制御磁極位置算出処理手段７２は制御磁極位置変更処理を終了する。
【００６６】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００６７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、モータ制御装置においては、ロータ及びステータを備えたモータと、前記ロータの回動に伴って、所定の角度ごとに磁極位置情報を発生させる磁極位置センサと、前記磁極位置情報に基づいて制御磁極位置算出処理を行い、制御用として認識される制御磁極位置を算出する制御磁極位置算出処理手段と、前記制御磁極位置に基づいて前記モータを駆動する駆動手段とを有する。
【００６８】
そして、前記制御磁極位置算出処理手段は、前記磁極位置情報の発生に伴って、所定の変更領域内で前記制御磁極位置を変更する制御磁極位置変更処理手段を備える。
また、該制御磁極位置変更処理手段は、最初の磁極位置情報を検出するまでは所定の変更領域内で制御磁極位置を変更し、最初の磁極位置情報の発生に伴って、前記変更領域を狭くする。
【００６９】
この場合、磁極位置センサによって発生させられた磁極位置情報に基づいて、制御用として認識される制御磁極位置が算出され、制御磁極位置は、磁極位置情報の発生に伴って、所定の変更領域内で変更されるので、モータによって発生させられるモータトルクに積極的にトルク脈動が発生させられる。
【００７０】
したがって、実磁極位置と検出磁極位置とが一致しない場合でも、モータトルクの実行値成分をトルク脈動によって一時的に大きくし、モータトルクを最大にして要求トルクと等しい値にすることができる。その結果、発進時、登坂路走行時等のように要求トルクが大きい場合でも、電動車両を走行させるのが容易になり、電動車両の走行性を向上させることができる。
【００７１】
また、モータ制御装置の処理能力、モータの性能等を向上させる必要がないので、モータ制御装置のコストを低くすることができる。
【００７４】
さらに、最初の磁極位置情報が検出された後は、制御磁極位置とモータトルクが最大になる磁極位置とが大きくずれることがない。したがって、変更領域を狭くし、モータトルクを最大にして要求トルクと等しい値にするのに必要な時間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるモータ制御装置のブロック図である。
【図２】従来の位置検出信号及び検出磁極位置の波形図である。
【図３】従来のホール素子を使用して磁極位置を検出したときの実磁極位置と検出磁極位置との関係を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるモータの断面図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるモータ制御装置の概略図である。
【図６】本発明の実施の形態におけるモータ制御部のブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態におけるモータ制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態におけるモータの特性図である。
【図９】本発明の実施の形態におけるモータ制御装置の動作の例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１０ モータ制御装置
２１ ロータ
２２ ステータ
３１ モータ
４０ インバータ
４３ ホール素子
４４ 磁極位置検出回路
４５ モータ制御部
５１ ドライブ回路
７２ 制御磁極位置算出処理手段
ＰU 、ＰV 、ＰW 位置検出信号
ｗ１、ｗ２ 第１、第２のスイープ幅
Δθｃ１、Δθｃ２ 第１、第２の変化速度
θ 検出磁極位置
θｃ 制御磁極位置
Claims (4)
- ロータ及びステータを備えたモータと、前記ロータの回動に伴って、所定の角度ごとに磁極位置情報を発生させる磁極位置センサと、前記磁極位置情報に基づいて制御磁極位置算出処理を行い、制御用として認識される制御磁極位置を算出する制御磁極位置算出処理手段と、前記制御磁極位置に基づいて前記モータを駆動する駆動手段とを有するとともに、前記制御磁極位置算出処理手段は、前記磁極位置情報の発生に伴って、所定の変更領域内で前記制御磁極位置を変更する制御磁極位置変更処理手段を備え、該制御磁極位置変更処理手段は、最初の磁極位置情報を検出するまでは所定の変更領域内で制御磁極位置を変更し、最初の磁極位置情報の発生に伴って、前記変更領域を狭くすることを特徴とするモータ制御装置。
- 前記磁極位置情報に基づいて検出パルスを発生させる検出パルス発生処理手段を有するとともに、前記制御磁極位置変更処理手段は、前記制御磁極位置算出処理が開始された後、前記検出パルスが発生させられるたびに、前記制御磁極位置の変化速度を変更する請求項１に記載のモータ制御装置。
- 前記制御磁極位置変更処理手段は、モータが所定のモータ回転速度以下のモータ回転速度で駆動される場合に、前記制御磁極位置を変更する請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
- モータのロータの回動に伴って、所定の角度ごとに磁極位置情報を発生させ、該磁極位置情報に基づいて、制御用として認識される制御磁極位置を算出し、該制御磁極位置に基づいて前記モータを駆動するとともに、前記磁極位置情報の発生に伴って、所定の変更領域内で前記制御磁極位置を変更し、最初の磁極位置情報を検出するまでは所定の変更領域内で制御磁極位置を変更し、最初の磁極位置情報の発生に伴って、前記変更領域を狭くすることを特徴とするモータ制御方法。
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