JP4708992B2 - 位置検出装置及びこれを用いた同期モータ駆動装置 - Google Patents
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Description
かかる構成により、ゼロ速度から高速度回転まで急加減速するモータの磁極位置検出の検出精度を向上し得るものとなる。
かかる構成により、ゼロ速度から高速度回転まで急加減速するモータの磁極位置検出の検出精度を向上し得るものとなる。
最初に、図1を用いて、本実施形態による位置検出装置を用いた同期モータ駆動装置の構成について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態による位置検出装置を用いた同期モータ駆動装置の構成を示すブロック図である。
図2〜図4は、本発明の第1の実施形態による位置検出装置にて用いる同期モータと位置センサの構造を示す図である。図2は、本発明の第1の実施形態による位置検出装置にて用いる同期モータと位置センサの構造を示すモータ軸方向の断面図である。図3は、モータの径方向の断面図であり、図2のA−A’断面図である。図4は、モータの径方向の断面図であり、図2のB−B’断面図である。
図5〜図7は、本発明の第1の実施形態による位置検出装置の動作を示す動作信号波形図である。図3は理想状態の動作信号の例を示し、図4はゲイン誤差とオフセット誤差を含む動作信号の例を示し、図5は位相誤差を含む動作信号の例を示している。
VP1 ≧ VL1 ≧(センサ信号の波高値の1/2)+VP0
VP2 ≦ VL2 ≧VP0−(センサ信号の波高値の1/2)
に設定され、センサ信号の最大補正量を設計する時に決定できる値である。
VO2 ≦ VO ≦ VO1
の関係にある。位相信号VOは、各相の信号が交差する付近の値はどちらか一方を採用するか、交点までを採用することができる。なお、理想状態における各相の信号が交差する点は±30度である。これにより、位置θは基準位相値をベースに検出した位相信号VOの加算を繰り返し行うことで0〜360度の絶対角度を得ることができる。
VO2 < VO かつ VO < VO1
の状態であれば位置演算が成立しているなどの位置検出演算の合否チェックをしながら位置検出できるため、位置検出の異常と、異常値を用いたモータの暴走を防止することができる。
(ゲイン誤差係数Ge)=(信号情報SI1)/(基準値PR)
である。ただし、有効位置情報(U相の信号情報SI1≠0)の区間のみがゲイン誤差係数Geの有効な値である。さらに、好ましくは、ゲイン誤差の検出するタイミングはセンサ信号の中心値付近である。例えば、U相の信号情報SI1の変化分≒0のタイミングがあり、さらに別の例では、抽出信号を2階微分したゼロクロスのタイミングがある。
(オフセット誤差係数Oe)= Off11 − Off12
である。ただし、有効位置情報(V相の信号情報SI1≠0)の区間のみがオフセット誤差係数Oeの有効な値である。さらに、好ましくは、オフセット誤差の検出するタイミングは有効位置情報の初めと終わり付近のポイントである。例えば、V相の信号情報SI1が≠0になるタイミングがあり、さらに別の例では、抽出信号が第1と第2の判定値(VL1,VL2)とほぼ等しくなったタイミングがある。
図8は、本発明の第1の実施形態による位置検出装置における電圧ベクトルとロータの磁極位置(位相)の関係の説明図である。
図9は、本発明の第1の実施形態による位置検出装置における誤差検出と補正動作を示すフローチャートである。
図10は、本発明の第2の実施形態による位置検出装置の構成を示すブロック図である。図11は、本発明の第2の実施形態による位置検出装置の動作を示す動作信号波形図である。
Off2= k*{ (Off21-Gain2) -(Off22-Gain2) }
として検出し、オフセット補正の演算係数を乗算し、U相とW相の交点のタイミングでV相の検出センサ信号に補正を施すことができる。好ましくは、1周期の間(2回の検出区間での検出値)の平均値を用いて補正する。すなわち、横軸の380度付近のタイミングでオフセット補正している。ここで、kは演算係数で、例えば、0.5である。
Phas32= k*{ Phas3(1) - Phas3(2) }
として検出し、位相補正の演算係数(一般に≒1)を乗算し、検出センサ信号の位相補正演算をして、信号を補正することができる。なお、位相誤差の検出には、1周期の間(2回の検出区間での検出値)を用いる。好ましくは、オフセット補正中には位相誤差検出せずに、オフセット補正が誤差範囲内に収束した後に、位相誤差の検出ならびに位相補正する。
図12は、本発明の第2の実施形態による位置検出装置にて用いる同期モータと位置センサの構造を示す図である。図12は、本発明の第1の実施形態による位置検出装置にて用いる同期モータと位置センサの構造を示すモータ軸方向の断面図である。図13は、モータの径方向の断面図であり、図12のB−B’断面図である。図14は、本発明の第3の実施形態による位置検出装置の動作を示す動作信号波形図である。
図15は、本発明の第4の実施形態による位置検出装置を用いた同期モータ駆動装置の構成を示すブロック図である。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。
図16は、本発明の各実施形態に示したモータ制御装置を適用したハイブリッド自動車システムの構成図である。
図17は、本発明の各実施形態に示したモータ制御装置を適用した電動パワーステアリング装置の構成図である。
300…永久磁石同期モータ
330…位置センサ部
340…センサロータ
700…位置検出装置
710…位置検出器
720…補正手段
721…誤差演算器
800…モータ駆動装置
801…インバータ
804…ドライブ回路
805…電圧制御器
Claims (13)
- 2つ以上のセンサ信号を用いて、モータの磁極位置を検出する位置検出装置であって、
前記センサ信号の基本波成分の信号を検出して位置演算する位置検出器と、
前記検出した基本波成分の信号からゲイン,オフセット,位相のいずれかの信号情報を演算し、この信号情報から位置検出誤差が零になるように補正する補正手段を備え、
前記位置検出器は、前記センサ信号を、所定の第1判定値と第2判定値との範囲で抽出して、前記基本波成分の信号を検出し、
前記所定の第1判定値は、前記位置検出器の入力レンジの最大値よりも小さくかつ前記センサ信号の平均値よりも大きい値であり、
前記所定の第2判定値は、前記位置検出器の入力レンジの最小値よりも大きくかつ前記センサ信号の平均値よりも小さい値であることを特徴とする位置検出装置。 - 請求項1記載の位置検出装置において、
前記位置検出器は、前記センサ信号の中間電位となるセンサ信号を抽出して、前記基本波成分の信号を検出することを特徴とする位置検出装置。 - 請求項1記載の位置検出装置において、
前記センサ信号は、センサ信号値がほぼ変化しない所定の区間を有する歪み波形であることを特徴とする位置検出装置。 - 請求項1記載の位置検出装置において、
前記センサ信号は、U相,V相,W相の3相の信号であり、
前記位置検出器は、U相信号とW相信号の交点からV相信号とW相信号の交点まで、V相信号とW相信号の交点からU相信号とV相信号の交点まで、U相信号とV相信号の交点からU相信号とW相信号の交点までの信号を抽出して、前記基本波成分の信号を検出することを特徴とする位置検出装置。 - 請求項1記載の位置検出装置において、
前記補正手段は、
前記位置演算器で求めた位置演算値から位置誤差量を算出する誤差演算器と、
この誤差演算器で算出された前記位置誤差量を用いて前記位置演算値を補正する位置補正器を備えることを特徴とする位置検出装置。 - 請求項1記載の位置検出装置において、
前記補正手段は、
前記信号情報と所定の基準値との差からセンサ信号の誤差量を求め、この誤差量が零となるように前記センサ信号を補正する信号補正器を備えることを特徴とする位置検出装置。 - 請求項1記載の位置検出装置において、
前記センサ信号を発生するセンサユニットを備え、
このセンサユニットは、センサと鎖交する有効磁束量を調整する磁気調整部を備えることを特徴とする位置検出装置。 - 請求項1記載の位置検出装置において、
前記センサ信号を発生するセンサユニットを備え、
このセンサユニットは、センサの磁束感度方向と直行する向きに、磁気遮蔽部を備えることを特徴とする位置検出装置。 - 請求項1記載の位置検出装置において、
前記センサ信号を発生するセンサユニットを備え、
このセンサユニットは、モータ組込ケースの外周から複数のセンサを取付可能であることを特徴とする位置検出装置。 - 2つ以上のセンサ信号を用いて、モータの磁極位置を検出する位置検出装置と、
この位置検出装置で検出した位置検出値を基に、PWM駆動信号を作成しインバータに出力して永久磁石同期モータを駆動するモータ制御器とを有する永久磁石同期モータ駆動装置であって、
前記位置検出装置は、
前記センサ信号の基本波成分の信号を検出して位置演算する位置検出器と、
前記検出した基本波成分の信号からゲイン,オフセット,位相のいずれかの信号情報を演算し、この信号情報から位置検出誤差が零になるように補正する補正手段を備え、
前記位置検出器は、前記センサ信号を、所定の第1判定値と第2判定値との範囲で抽出して、前記基本波成分の信号を検出し、
前記所定の第1判定値は、前記位置検出器の入力レンジの最大値よりも小さくかつ前記センサ信号の平均値よりも大きい値であり、
前記所定の第2判定値は、前記位置検出器の入力レンジの最小値よりも大きくかつ前記センサ信号の平均値よりも小さい値であることを特徴とする永久磁石同期モータ駆動装置。 - 請求項10記載の永久磁石同期モータ駆動装置において、
前記モータ制御器は、前記補正手段で信号情報を求める際に、前記永久磁石同期モータを所定の電気角でステップ駆動するようにPWM駆動して前記モータのロータ停止位置を確定させるロータ位置確定器を備え、
前記位置検出装置の前記補正手段は、前記ロータ位置確定器によって確定されたロータ位置において、そのロータ位置の値と、前記位置検出装置で検出した位置検出値との差からロータ位置検出誤差を演算し、
このロータ位置検出誤差を補正することを特徴とする永久磁石同期モータ駆動装置。 - 請求項10記載の永久磁石同期モータ駆動装置において、
前記モータ制御器は、トルク指令を入力するように構成され、
前記永久磁石同期モータは、停止状態から大きな速度範囲で大きな加減速度を持つ動力負荷を備えることを特徴とする同期モータ駆動装置。 - 請求項10記載の永久磁石同期モータ駆動装置において、
前記モータ制御器は、車両制御装置からのトルク指令を入力するように構成され、
前記永久磁石同期モータは、停止状態から高速度走行まで大きな速度範囲で走行する車両を動力負荷として備えることを特徴とする同期モータ駆動装置。
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