WO2022208912A1 - モータ制御装置、モータモジュールおよびモータ制御方法 - Google Patents

モータ制御装置、モータモジュールおよびモータ制御方法 Download PDF

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WO2022208912A1
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hall sensor
motor
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rotational speed
rotor
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Inventor
哲三 永久
Original Assignee
日本電産株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position

Definitions

  • the present invention relates to a motor control device, a motor module, and a motor control method.
  • the brushless motor control device described in Patent Document 1 includes an inverter circuit, a rotor magnetic pole detector, a rotor position estimator, a current detector, and an electrical angle corrector.
  • the electrical angle correction unit determines an electrical angle offset based on the variation in the power supply current value, and adds the electrical angle offset to the electrical angle indicated by the estimated rotor position signal, thereby correcting the estimated rotor position signal.
  • the brushless motor control device described in Patent Document 1 requires a circuit for reading the power supply current, which may increase the size of the circuit.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and aims to provide a motor control device capable of correcting the positional deviation between the windings of each phase and the Hall sensor while suppressing the enlargement of the circuit.
  • An object of the present invention is to provide a motor module and a motor control method.
  • An exemplary motor control device of the present invention controls a motor.
  • the motor includes a rotor, a stator, and Hall sensors.
  • the stator has multi-phase windings.
  • the Hall sensor detects the rotational position of the rotor.
  • the motor control device includes an inverter circuit, an estimation section, an energization control section, and a correction section.
  • the inverter circuit applies a driving voltage to the windings of the plurality of phases.
  • the estimating section estimates the position of the rotor based on the change in the magnetic poles detected by the Hall sensors.
  • the energization control unit controls energization timings for the windings of each phase based on the estimated position of the rotor.
  • the correction unit corrects the energization timing based on a positional deviation between the windings of each phase and the Hall sensor.
  • the correction unit determines a correction value based on the extreme value of the rotation speed when the set position of the Hall sensor is changed under open control.
  • An exemplary motor module of the present invention includes the motor controller described above and a motor.
  • the motor is controlled by the motor controller.
  • the motor includes a rotor, a stator, and Hall sensors.
  • the stator has multi-phase windings.
  • the Hall sensor detects the rotational position of the rotor.
  • An exemplary motor control method of the present invention controls a motor.
  • the motor includes a rotor, a stator, and Hall sensors.
  • the stator has multi-phase windings.
  • the Hall sensor detects the rotational position of the rotor.
  • the motor control method includes an acquisition step, a determination step, and a correction step under open control.
  • the obtaining step the rotational speed of the motor is obtained by changing the set position of the Hall sensor.
  • determining step a correction value is determined based on the obtained extreme value of the rotational speed.
  • the correction step the energization timing of each phase winding is corrected based on the correction value.
  • the exemplary present invention it is possible to correct the positional deviation between the windings of each phase and the Hall sensors while suppressing an increase in the size of the circuit.
  • FIG. 1 is a block diagram of a motor module according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing an inverter circuit.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a motor.
  • FIG. 4 is a diagram showing the back electromotive force and the Hall sensor signal.
  • FIG. 5 is a diagram showing absolute values of rotational speed with respect to Hall sensor set positions.
  • FIG. 6 is a diagram showing absolute values of rotational speed with respect to Hall sensor set positions.
  • FIG. 7 is a diagram showing rotation speed.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a method of determining the rotation speed.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a method of determining the rotation speed.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a method of determining the extreme value of the rotation speed.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a method of determining the extreme value of the rotation speed.
  • FIG. 11A is a diagram showing Hall sensor setting positions.
  • FIG. 11B is a diagram showing Hall sensor setting positions.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining a method of determining an extreme value of rotational speed.
  • FIG. 13 is a diagram showing hall sensor setting positions.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining a method of determining an extreme value of rotational speed.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining a method of determining an extreme value of rotational speed.
  • FIG. 16 is a flowchart illustrating a motor control method according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of a motor module 200 according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing the inverter circuit 110.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the motor M. As shown in FIG.
  • the motor module 200 includes a motor control device 100 and a motor M.
  • Motor M is controlled by a motor control device 100 .
  • Motor M is, for example, a brushless DC motor.
  • Motor M has a U-phase, a V-phase and a W-phase.
  • the motor control device 100 controls the motor M. Specifically, the motor control device 100 controls driving of the motor M.
  • FIG. Motor control device 100 includes inverter circuit 110 and control device 120 .
  • the motor control device 100 outputs a three-phase AC output.
  • the motor control device 100 has three output terminals 102 .
  • the three output terminals 102 include an output terminal 102u, an output terminal 102v, and an output terminal 102w.
  • the three output terminals 102 output three-phase output voltages and three-phase output currents to the motor M.
  • FIG. Specifically, output terminal 102u outputs to motor M a U-phase output voltage Vu and a U-phase output current Iu.
  • Output terminal 102v outputs to motor M V-phase output voltage Vv and V-phase output current Iv.
  • the output terminal 102w outputs to the motor M a W-phase output voltage Vw and a W-phase output current Iw.
  • the inverter circuit 110 applies drive voltages to the windings of multiple phases. Multi-phase windings will be described later with reference to FIG.
  • the motor control device 100 includes a first power terminal P, a second power terminal N, a capacitor C, and three series bodies 112 . More specifically, in this embodiment, the motor control device 100 includes an inverter circuit 110.
  • the inverter circuit 110 includes a first power terminal P, a second power terminal N, a capacitor C, and three series bodies. 112.
  • Inverter circuit 110 further includes a DC voltage source B. As shown in FIG. Note that the DC voltage source B may be outside the inverter circuit 110 .
  • a first voltage V1 is applied to the first power supply terminal P.
  • a first power supply terminal P is connected to a DC voltage source B;
  • a second voltage V2 is applied to the second power supply terminal N.
  • a second power supply terminal N is connected to a DC voltage source B. As shown in FIG. The second voltage V2 is lower than the first voltage V1.
  • the capacitor C is connected between the first power terminal P and the second power terminal N.
  • the semiconductor switching element is, for example, an IGBT (insulated gate bipolar transistor). Note that the semiconductor switching element may be another transistor such as a field effect transistor.
  • the three series bodies 112 include a series body 112u, a series body 112v, and a series body 112w. The three series bodies 112 are connected in parallel with each other. Each of the three series bodies 112 is connected to the first power terminal P at one end. Each of the three series bodies 112 is connected to the second power terminal N at the other end.
  • a rectifying element D is connected in parallel to each of these semiconductor switching elements, with the first power supply terminal P side (upper side of the paper) as a cathode and the second power supply terminal N side (lower side of the paper) as an anode. If a field effect transistor is used as the semiconductor switching element, a parasitic diode may be used as this rectifying element.
  • Each of the three series bodies 112 has a first semiconductor switching element and a second semiconductor switching element.
  • the series body 112u has a first semiconductor switching element Up and a second semiconductor switching element Un.
  • Series body 112v has a first semiconductor switching element Vp and a second semiconductor switching element Vn.
  • the series body 112w has a first semiconductor switching element Wp and a second semiconductor switching element Wn.
  • the first semiconductor switching element Up, the first semiconductor switching element Vp, and the first semiconductor switching element Wp are connected to the first power supply terminal P.
  • the first semiconductor switching element Up, the first semiconductor switching element Vp, and the first semiconductor switching element Wp are semiconductor switching elements on the high voltage side.
  • the second semiconductor switching element Un, the second semiconductor switching element Vn, and the second semiconductor switching element Wn are connected to the second power supply terminal N.
  • the second semiconductor switching element Un, the second semiconductor switching element Vn, and the second semiconductor switching element Wn are semiconductor switching elements on the low voltage side.
  • the first semiconductor switching element and the second semiconductor switching element are connected at the connection point 114 .
  • the first semiconductor switching element Up and the second semiconductor switching element Un are connected at a connection point 114u.
  • the first semiconductor switching element Vp and the second semiconductor switching element Vn are connected at a connection point 114v.
  • the first semiconductor switching element Wp and the second semiconductor switching element Wn are connected at a connection point 114w.
  • connection point 114 in each of the three series bodies 112 is connected to the three output terminals 102 .
  • a connection point 114u in the series body 112u is connected to the output terminal 102u.
  • a connection point 114v in the series body 112v is connected to the output terminal 102v.
  • a connection point 114w in the series body 112w is connected to the output terminal 102w.
  • a PWM signal is input to the first semiconductor switching element Up, the first semiconductor switching element Vp, and the first semiconductor switching element Wp.
  • a PWM signal is output from the controller 120 .
  • the PWM signal input to the first semiconductor switching element Up may be referred to as "UpPWM signal”.
  • the PWM signal input to the first semiconductor switching element Vp may be referred to as "Vp PWM signal”.
  • a PWM signal input to the first semiconductor switching element Wp may be referred to as a "Wp PWM signal”.
  • the first semiconductor switching element Up, the first semiconductor switching element Vp, and the first semiconductor switching element Wp are switched on and off at a frequency higher than the frequency of the AC output.
  • the first semiconductor switching element Up, the first semiconductor switching element Vp, and the first semiconductor switching element Wp are turned on when the UpPWM signal, the VpPWM signal, and the WpPWM signal are at HIGH level, respectively.
  • the first semiconductor switching element Up, the first semiconductor switching element Vp and the first semiconductor switching element Wp are turned off when the UpPWM signal, the VpPWM signal and the WpPWM signal are at LOW level, respectively.
  • a PWM signal is input to the second semiconductor switching element Un, the second semiconductor switching element Vn, and the second semiconductor switching element Wn.
  • a PWM signal is output from the controller 120 .
  • the PWM signal input to the second semiconductor switching element Un may be referred to as "UnPWM signal”.
  • the PWM signal input to the second semiconductor switching element Vn may be referred to as "Vn PWM signal”.
  • a PWM signal input to the second semiconductor switching element Wn may be referred to as a "Wn PWM signal”.
  • the second semiconductor switching element Un, the second semiconductor switching element Vn, and the second semiconductor switching element Wn are switched on and off at a frequency higher than the frequency of the AC output.
  • the second semiconductor switching element Un, the second semiconductor switching element Vn, and the second semiconductor switching element Wn are turned on when the UnPWM signal, the VnPWM signal, and the WnPWM signal are at HIGH level, respectively.
  • the second semiconductor switching element Un, the second semiconductor switching element Vn, and the second semiconductor switching element Wn are turned off when the UnPWM signal, the VnPWM signal, and the WnPWM signal are at LOW level, respectively.
  • the motor M includes a rotor 310, a stator 320, and three Hall sensors 330.
  • the rotor 310 is arranged around a central axis AX extending in a direction perpendicular to the plane of the paper. That is, as an example, the motor M is an inner rotor type motor. Rotor 310 rotates around central axis AX. The rotor 310 is arranged inside the stator 320 in the radial direction RD.
  • the stator 320 is arranged around a central axis AX extending in a direction perpendicular to the plane of the paper.
  • the stator 320 faces the rotor 310 in the radial direction RD.
  • Stator 320 has multi-phase windings 322 .
  • stator 320 has three-phase windings 322 .
  • the three Hall sensors 330 include a Hall sensor 332, a Hall sensor 334, and a Hall sensor 336.
  • Hall sensor 332 is a U-phase Hall sensor.
  • Hall sensor 334 is a V-phase Hall sensor.
  • the Hall sensor 336 is a W-phase Hall sensor.
  • Hall sensor 330 is, for example, a magnetic sensor. Hall sensor 330 detects the rotational position of rotor 310 .
  • the motor control device 100 includes an estimation section 122, an energization control section 124, and a correction section 126. More specifically, in this embodiment, the motor control device 100 includes a control device 120 , and the control device 120 includes an estimation section 122 , an energization control section 124 and a correction section 126 .
  • the control device 120 is a hardware circuit including a processor such as a CPU (Central Processing Unit) and an ASIC (Application Specific Integrated Circuit).
  • the processor of the control device 120 functions as an estimation unit 122, an energization control unit 124, and a correction unit 126 by executing computer programs stored in the storage device.
  • the control device 120 controls the inverter circuit 110 . Specifically, control device 120 controls inverter circuit 110 by generating a PWM signal and outputting the PWM signal. More specifically, controller 120 generates PWM signals that are input to each of the three series bodies 112 .
  • the estimator 122 estimates the position of the rotor 310 based on the magnetic pole change detected by the Hall sensor 330 .
  • the energization control unit 124 controls the timing of energizing the windings 322 of each phase based on the estimated position of the rotor 310 .
  • the correction unit 126 corrects the energization timing based on the positional deviation between the winding 322 of each phase and the Hall sensor 330 . Determination of the correction value will be described later with reference to FIGS. 5 and 6. FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing the back electromotive force and the Hall sensor signal.
  • the back electromotive force is indicated by a dashed line and the Hall sensor signal is indicated by a solid line.
  • the waveform of the back electromotive force is sinusoidal.
  • the positions of windings 322 of stator 320 correspond to the waveform of the back electromotive force.
  • the Hall sensor signal is square wave shaped.
  • ⁇ is a value determined by the positional relationship between the position of the winding 322 of the stator 320 and the Hall sensor 330 . Due to an installation error between the windings 322 of the stator 320 and the Hall sensor 330, a deviation ⁇ occurs in the Hall sensor signal.
  • FIG. 5 is a diagram showing absolute values of rotational speed with respect to Hall sensor set positions.
  • the horizontal axis indicates the Hall sensor set position.
  • the vertical axis indicates the absolute value of the rotational speed.
  • circles indicate the absolute value of the rotation speed when the motor M rotates in the CW direction (clockwise direction).
  • the triangle mark indicates the absolute value of the rotation speed when the motor M rotates in the CCW direction (counterclockwise direction).
  • Position P1 is a Hall sensor installation position at an electrical angle of 48 degrees.
  • the rotation speed in the CCW direction reaches its extreme value at P2.
  • the Hall sensor is installed at an electrical angle of 45 degrees.
  • the correction unit 126 determines a correction value based on the extreme value of the rotational speed when the set position of the Hall sensor 330 is changed under open control. For example, the correction unit 126 acquires the rotation speed when the set position of the hall sensor 330 is changed under open control. Then, the correcting unit 126 sets the Hall sensor 330 set value to the position P3, which is the average of the position P1 at which the rotational speed in the CW direction is the extreme value and the position P2 at which the rotational speed in the CCW direction is the extreme value. Position P3 has an electrical angle of 46.5 degrees. The correction unit 126 sets the set position of the Hall sensor 330 to an electrical angle of 46.5 degrees and corrects the energization timing.
  • the correction unit 126 determines the correction value based on the extreme value of the rotation speed when the set position of the Hall sensor 330 is changed under open control. Therefore, it is possible to correct the positional deviation between the windings of each phase and the Hall sensor 330 while suppressing an increase in the size of the circuit.
  • FIG. 6 is a diagram showing absolute values of rotational speed with respect to Hall sensor set positions.
  • the horizontal axis indicates the Hall sensor set position.
  • the vertical axis indicates the absolute value of the rotational speed.
  • circles indicate the absolute value of the rotation speed when the motor M rotates in the CW direction (clockwise direction).
  • the triangle mark indicates the absolute value of the rotation speed when the motor M rotates in the CCW direction (counterclockwise direction).
  • the data shown in FIG. 6 indicates data of the motor M different from the data shown in FIG.
  • Position P1 is an installation position of the Hall sensor at an electrical angle of 28 degrees.
  • the rotation speed in the CCW direction reaches its extreme value at P2.
  • the Hall sensor is installed at an electrical angle of 37 degrees.
  • the correction unit 126 determines a correction value based on the extreme value of the rotational speed when the set position of the Hall sensor 330 is changed under open control. For example, the correction unit 126 acquires the rotation speed when the set position of the hall sensor 330 is changed under open control. Then, the correcting unit 126 sets the Hall sensor 330 set value to the position P3, which is the average of the position P1 at which the rotational speed in the CW direction is the extreme value and the position P2 at which the rotational speed in the CCW direction is the extreme value. Position P3 has an electrical angle of 32.5 degrees. The correction unit 126 sets the set position of the Hall sensor 330 to an electrical angle of 32.5 degrees and corrects the energization timing.
  • the correction unit 126 determines the correction value based on the extreme value of the rotation speed when the set position of the Hall sensor 330 is changed under open control. Therefore, it is possible to correct the positional deviation between the windings of each phase and the Hall sensor 330 while suppressing an increase in the size of the circuit.
  • FIG. 7 is a diagram showing rotation speed.
  • the horizontal axis indicates the elapsed time after the Hall sensor setting position is changed.
  • the vertical axis indicates the absolute value of the rotational speed.
  • the data shown in FIG. 7 is data when the Hall sensor setting position is changed from 30 electrical degrees to 31 electrical degrees, and the Hall sensor setting position is changed from 31 electrical degrees to 32 electrical degrees.
  • the rotation speed converges as the time elapses after the Hall sensor setting position is changed. Therefore, when changing the setting position of the Hall sensor 330 to acquire the rotation speed, the correction unit 126 acquires the rotation speed after a certain period of time has passed since the setting position of the Hall sensor 330 was changed. Therefore, an accurate rotational speed can be obtained by obtaining a value at which the rotational speed converges.
  • FIG. 8 and 9 are diagrams for explaining the method of determining the rotation speed.
  • the horizontal axis indicates time
  • the vertical axis indicates rotational speed.
  • the correction unit 126 considers that the rotation speed has converged when the oscillation of the rotation speed falls within a certain range.
  • the correction unit 126 When acquiring the rotation speed by changing the set position of the Hall sensor 330, the correction unit 126 stores at least one of the maximum value and the minimum value among a plurality of instantaneous speeds in a plurality of predetermined periods. In the present embodiment, the correction unit 126 stores the maximum value and the minimum value among a plurality of instantaneous velocities in a plurality of predetermined periods when changing the set position of the Hall sensor 330 to acquire the rotational speed. Note that, when acquiring the rotation speed by changing the setting position of the Hall sensor 330, the correction unit 126 may store only the maximum value among the plurality of instantaneous speeds in the plurality of predetermined periods. Alternatively, when acquiring the rotational speed by changing the set position of the Hall sensor 330, the correcting unit 126 may store only the minimum value among multiple instantaneous velocities in multiple predetermined periods.
  • the correction unit 126 sets a predetermined period as a block BL, and stores the maximum value U1 and the minimum value L1 among the plurality of instantaneous velocities in each block BL.
  • the correction unit 126 determines the rotation speed based on the maximum value and/or the minimum value when at least one of the variation in the maximum value and the variation in the minimum value in a plurality of predetermined periods falls within a certain range. to decide.
  • the correcting unit 126 determines the rotational speed based on the maximum and minimum values when the maximum and minimum value variations in a plurality of predetermined periods fall within a certain range. It should be noted that the correction unit 126 may determine the rotation speed based on the maximum value when variations in the maximum value in a plurality of predetermined periods fall within a certain range. Alternatively, the correcting unit 126 may determine the rotation speed based on the minimum value when variations in the minimum value during a plurality of predetermined periods fall within a certain range.
  • the maximum value is within ⁇ 0.1% of the intermediate value Umid between the maximum value Umax of the maximum value U1 and the minimum value Umin of the maximum value U1. It is considered that the rotation speed has converged when Umax and the minimum value Umin are within.
  • correction unit 126 determines the rotation speed based on the maximum value and the minimum value. Specifically, when maximum value U1 and minimum value L1 converge, correction unit 126 determines intermediate value spd_mid between intermediate value Umid and intermediate value Lmid as the rotation speed. Therefore, even if the instantaneous rotation speed increases or decreases due to mechanical vibration, it is possible to obtain an accurate rotation speed. Furthermore, convergence of the rotational speed can be detected quickly.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a method of determining the extreme value of the rotation speed.
  • the Hall sensor setting position is first set to a typical value.
  • a typical value indicates the position where the Hall sensor 330 should be installed.
  • a typical value is a potential angle of 45 degrees.
  • the rotation speed is obtained at the Hall sensor setting position P32 obtained by scanning ⁇ in the positive direction from the typical value P31. If it is smaller than the previous rotation speed, the scanning direction is reversed. Here, since it is smaller than the previous rotational speed, the scanning direction is reversed to the negative direction.
  • the rotation speed is obtained at the Hall sensor setting position P33 obtained by scanning ⁇ in the negative direction from the typical value P31. Since it is greater than the previous rotation speed, the scanning direction is maintained in the negative direction.
  • the rotation speed is obtained at the Hall sensor setting position P34 scanned by ⁇ in the negative direction from the Hall sensor setting position P33. Since it is greater than the previous rotation speed, the scanning direction is maintained in the negative direction.
  • the rotation speed is obtained at the Hall sensor setting position P34 scanned by ⁇ in the negative direction from the Hall sensor setting position P34. Since it is smaller than the previous rotation speed, the scanning direction is reversed to the forward direction.
  • the rotational speed is obtained at the Hall sensor setting position P36 scanned in the positive direction from the Hall sensor setting position P34 by ⁇ /2.
  • the extreme value of the rotational speed can be determined.
  • the Hall sensor setting positions corresponding to the extreme values of the rotational speed can be determined.
  • FIGS. 11A and 11B are diagrams showing Hall sensor setting positions.
  • FIG. 11A shows the measurement result of the Hall sensor setting position in the CW direction (clockwise direction).
  • FIG. 11B shows the measured Hall sensor settings in the CCW direction (counterclockwise direction).
  • the horizontal axis indicates the number of scans of the Hall sensor set position.
  • the vertical axis indicates the Hall sensor setting position.
  • the initial values of the Hall sensor setting positions are 52 electrical degrees, 50 electrical degrees, 48 electrical degrees, 46 electrical degrees, 44 electrical degrees, 42 electrical degrees, 40 electrical degrees, and the measurement result of the Hall sensor setting value when the electricity is 38 degrees.
  • the Hall sensor setting position can be converged within the range of ⁇ 1 degree electrical angle. That is, regardless of the magnitude of the deviation from the typical value, the Hall sensor set position of the motor M to be corrected can be obtained correctly.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining a method of determining an extreme value of rotational speed.
  • the correction unit 126 acquires a plurality of rotation speeds by scanning the set positions of the Hall sensor 330 near the typical value. In this embodiment, the correction unit 126 acquires the rotation speed within the range of ⁇ 10 electrical degrees of the typical value P5. The correcting unit 126 calculates the set position of the Hall sensor 330 corresponding to the extreme value by approximating the plurality of rotational speeds with a second-order or higher polynomial. In the present embodiment, the correcting unit 126 calculates the set position of the Hall sensor 330 corresponding to the extreme value by parabolically approximating a plurality of rotational speeds. Parabolic approximation is performed, for example, by the method of least squares.
  • the correction unit 126 may calculate the set position of the Hall sensor 330 corresponding to the extreme value by approximating a plurality of rotational speeds with a third-order or higher polynomial.
  • the correction unit 126 determines a correction value based on the calculated set position of the Hall sensor 330 . Therefore, it is possible to appropriately determine the correction value.
  • FIG. 13 is called a QQ plot (Quantile-Quantile Plot), and is a diagram showing the distribution of Hall sensor setting positions according to the number of trials.
  • the determination of the Hall sensor setting position is attempted as many times as the number of plots, and the horizontal axis indicates the Hall sensor setting position obtained in each trial.
  • the vertical axis indicates normal distribution probability (%).
  • the Hall sensor setting position can be converged within the range of ⁇ 0.38 electrical degrees with a probability of 96%. Therefore, it is possible to appropriately determine the correction value.
  • FIG. 14 and 15 are diagrams for explaining the method of determining the extreme value of the rotation speed.
  • FIG. 14 shows the absolute value of the rotation speed when the motor M rotates in the CW direction (clockwise direction).
  • FIG. 15 shows the absolute value of the rotation speed when the motor M rotates in the CCW direction (counterclockwise direction).
  • the correction unit 126 scans the set position of the Hall sensor 330 from the retarded angle side. Specifically, for example, scanning of set positions is started from a position P11 that is 14 electrical degrees smaller than the typical value. Then, by calculating the inclination of the rotational speed of the open control with respect to the setting positions of the hall sensor 330 at two or more points in the immediate vicinity, the point where the absolute value of the rotational speed changes from decreasing to increasing is detected. Specifically, the absolute value of the rotational speed increases from position P11 to position P12. The absolute value of the rotational speed decreases from position P12 to position P14.
  • the correction unit 126 determines the correction value by approximating the relationship between the set position of the Hall sensor 330 and the rotational speed of the open control until the rotational speed starts to increase by polynomial approximation of second or higher degree.
  • the absolute value of the rotational speed increases from position P14 to position P15.
  • the correction unit 126 determines a correction value by approximating the relationship between the set position of the Hall sensor 330 on the side of the slow angle (small side) including the position P13 and the rotational speed of the open control by polynomial approximation of second or higher order.
  • the correction unit 126 determines the correction value by parabolically approximating the relationship between the set position of the Hall sensor 330 on the side of the slow angle (small side) including the position P13 and the rotation speed of the open control. Therefore, it is possible to appropriately determine the correction value.
  • the correction unit 126 determines the correction value by approximating the relationship between the set position of the Hall sensor 330 on the side where the angle is slow (small side) including the position P13 and the rotational speed of the open control by polynomial approximation of third or higher degree.
  • the rotation speed is measured up to the position P15, which is necessary for determining the range in which the parabolic approximation is to be performed, and the subsequent scanning is not performed. Thereby, the time required for determining the correction value can be shortened.
  • the correction unit 126 scans the set position of the Hall sensor 330 from the retarded angle side. Specifically, for example, scanning of set positions is started from position P21, which is 14 electrical degrees larger than the typical value. Then, by calculating the inclination of the rotational speed of the open control with respect to the setting positions of the Hall sensor 330 at two or more points in the immediate vicinity, the point where the absolute value of the rotational speed turns from decreasing to increasing is detected. Specifically, the absolute value of the rotational speed increases from position P21 to position P22. The absolute value of the rotational speed decreases from position P22 to position P24.
  • the correction unit 126 determines a correction value by approximating the relationship between the set position of the Hall sensor 330 and the rotational speed of the open control until the rotational speed starts increasing with a second-order or higher polynomial. Specifically, the absolute value of the rotational speed increases from position P24 to position P25.
  • the correction unit 126 determines a correction value by approximating the relationship between the set position of the Hall sensor 330 on the side of the slow angle (large side) including the position P23 and the rotational speed of the open control by polynomial approximation of second or higher degree.
  • the correction unit 126 determines the correction value by parabolically approximating the relationship between the set position of the Hall sensor 330 on the side of the slow angle (large side) including the position P23 and the rotational speed of the open control. Therefore, it is possible to appropriately determine the correction value.
  • the correction unit 126 determines the correction value by approximating the relationship between the set position of the Hall sensor 330 on the slow side (large side) of the angle including the position P23 and the rotational speed of the open control by polynomial approximation of third or higher degree.
  • the rotation speed is measured up to the position P25, which is necessary for determining the range in which the parabolic approximation should be performed, and the subsequent scanning is not performed. Thereby, the time required for determining the correction value can be shortened.
  • FIG. 16 is a flowchart illustrating a motor control method according to an embodiment of the invention. Motor control is performed by executing the processing of steps S102 to S106 under open control.
  • Step S102 The correction unit 126 acquires the rotational speed of the motor M by changing the set position of the hall sensor 330. The process proceeds to step S104. Note that step S102 is an example of the "acquisition step”.
  • Step S104 The correction unit 126 determines a correction value based on the obtained extreme value of the rotation speed. The process proceeds to step S106. Note that step S104 is an example of a "determining step.”
  • Step S106 The correction unit 126 corrects the energization timing of each phase winding based on the correction value. Processing ends. Note that step S106 is an example of a "correction step.”
  • the motor control method includes an acquisition process, a determination process, and a correction process.
  • the correction step the energization timing of each phase winding is corrected based on the correction value. Therefore, it is possible to correct the positional deviation between the winding 322 of each phase and the Hall sensor 330 while suppressing the increase in size of the circuit.
  • FIGS. 1 to 16 The embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings (FIGS. 1 to 16). However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various aspects without departing from the gist of the present invention.
  • the drawings schematically show each component mainly, and the thickness, length, number, etc. of each component illustrated are different from the actual ones due to the convenience of drawing. .
  • the material, shape, dimensions, etc. of each component shown in the above embodiment are examples and are not particularly limited, and various changes are possible within a range that does not substantially deviate from the effects of the present invention. be.
  • the present invention can be suitably used for power conversion devices, motor modules, and motor control methods.
  • Motor control device 110 Inverter circuit 120
  • Control device 122 Estimation unit 124
  • Motor module 310 Rotor 320 Stator 322 Windings 330, 332, 334, 336 Hall sensor M Motor

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Abstract

モータ制御装置は、モータを制御する。モータは、ロータと、ステータと、ホールセンサとを備える。ステータは、複数相の巻線を有する。ホールセンサは、ロータの回転位置を検出する。モータ制御装置は、インバータ回路と、推定部と、通電制御部と、補正部とを備える。インバータ回路は、複数相の巻線に駆動電圧を印加する。推定部は、ホールセンサによって検出された磁極の変化に基づいて、ロータの位置を推定する。通電制御部は、ロータの推定位置に基づいて各相の巻線への通電タイミングを制御する。補正部は、各相の巻線とホールセンサとの位置ずれに基づいて通電タイミングを補正する。補正部は、オープン制御下でホールセンサの設定位置を変化させたときの回転速度の極値に基づいて補正値を決定する。

Description

モータ制御装置、モータモジュールおよびモータ制御方法
　本発明は、モータ制御装置、モータモジュールおよびモータ制御方法に関する。
　特許文献１に記載のブラシレスモータ制御装置は、インバータ回路と、ロータ磁極検出部と、ロータ位置推定部と、電流検出部と、電気角補正部とを備える。電気角補正部は、電源電流値の変動に基づいて電気角オフセットを決定し、電気角オフセットをロータ推定位置信号が示す電気角に加算することによって、ロータ推定位置信号を補正する。
国際公開第２０１８／７９０５２号公報
　しかしながら、特許文献１に記載のブラシレスモータ制御装置は、電源電流を読み取る回路が必要となり、回路が大型化する可能性がある。
　本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は回路の大型化を抑制しつつ、各相の巻き線とホールセンサとの間の位置ずれを補正することができるモータ制御装置、モータモジュールおよびモータ制御方法を提供することにある。
　本発明の例示的なモータ制御装置は、モータを制御する。前記モータは、ロータと、ステータと、ホールセンサとを備える。前記ステータは、複数相の巻線を有する。前記ホールセンサは、前記ロータの回転位置を検出する。前記モータ制御装置は、インバータ回路と、推定部と、通電制御部と、補正部とを備える。前記インバータ回路は、前記複数相の巻線に駆動電圧を印加する。前記推定部は、前記ホールセンサによって検出された磁極の変化に基づいて、前記ロータの位置を推定する。前記通電制御部は、前記ロータの推定位置に基づいて各相の巻線への通電タイミングを制御する。前記補正部は、各相の巻線と前記ホールセンサとの位置ずれに基づいて前記通電タイミングを補正する。前記補正部は、オープン制御下で前記ホールセンサの設定位置を変化させたときの回転速度の極値に基づいて補正値を決定する。
　本発明の例示的なモータモジュールは、上記に記載のモータ制御装置と、モータとを備える。前記モータは、前記モータ制御装置によって制御される。前記モータは、ロータと、ステータと、ホールセンサとを備える。前記ステータは、複数相の巻線を有する。前記ホールセンサは、前記ロータの回転位置を検出する。
　本発明の例示的なモータ制御方法は、モータを制御する。前記モータは、ロータと、ステータと、ホールセンサとを備える。前記ステータは、複数相の巻線を有する。前記ホールセンサは、前記ロータの回転位置を検出する。前記モータ制御方法はオープン制御下において、取得工程と、決定工程と、補正工程とを包含する。前記取得工程において、前記ホールセンサの設定位置を変化させて前記モータの回転速度を取得する。前記決定工程において、取得した前記回転速度の極値に基づいて補正値を決定する。前記補正工程において、前記補正値に基づいて各相の巻き線への通電タイミングを補正する。
　例示的な本発明によれば、回路の大型化を抑制しつつ、各相の巻き線とホールセンサとの間の位置ずれを補正することができる。
図１は、本発明の実施形態に係るモータモジュールのブロック図である。 図２は、インバータ回路を示す回路図である。 図３は、モータを示す模式図である。 図４は、逆起電力とホールセンサ信号とを示す図である。 図５は、ホールセンサ設定位置に対する回転速度の絶対値を示す図である。 図６は、ホールセンサ設定位置に対する回転速度の絶対値を示す図である。 図７は、回転速度を示す図である。 図８は、回転速度の決定方法を説明するための図である。 図９は、回転速度の決定方法を説明するための図である。 図１０は、回転速度の極値の決定方法を説明するための図である。 図１１Ａは、ホールセンサ設定位置を示す図である。 図１１Ｂは、ホールセンサ設定位置を示す図である。 図１２は、回転速度の極値の決定方法を説明するための図である。 図１３はホールセンサ設定位置を示す図である。 図１４は、回転速度の極値の決定方法を説明するための図である。 図１５は、回転速度の極値の決定方法を説明するための図である。 図１６は、本発明の実施形態に係るモータ制御方法を示すフローチャートである。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図中、同一または相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
　図１～図３を参照して、本発明の実施形態に係るモータモジュール２００について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るモータモジュール２００のブロック図である。図２は、インバータ回路１１０を示す回路図である。図３は、モータＭを示す模式図である。
　図１に示すように、モータモジュール２００は、モータ制御装置１００と、モータＭとを備える。モータＭは、モータ制御装置１００によって制御される。モータＭは、例えば、ブラシレスＤＣモータである。モータＭは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相を有する。
　モータ制御装置１００は、モータＭを制御する。詳しくは、モータ制御装置１００は、モータＭの駆動を制御する。モータ制御装置１００は、インバータ回路１１０と、制御装置１２０とを備える。
　モータ制御装置１００は、３相の交流出力を出力する。モータ制御装置１００は、３つの出力端子１０２を備える。３つの出力端子１０２は、出力端子１０２ｕと、出力端子１０２ｖと、出力端子１０２ｗとを含む。３つの出力端子１０２は、３相の出力電圧と３相の出力電流とをモータＭへ出力する。詳しくは、出力端子１０２ｕは、Ｕ相の出力電圧Ｖｕと、Ｕ相の出力電流ＩｕとをモータＭへ出力する。出力端子１０２ｖは、Ｖ相の出力電圧Ｖｖと、Ｖ相の出力電流ＩｖとをモータＭへ出力する。出力端子１０２ｗは、Ｗ相の出力電圧Ｖｗと、Ｗ相の出力電流ＩｗとをモータＭへ出力する。
　インバータ回路１１０は、複数相の巻線に駆動電圧を印加する。複数相の巻線については、図３を参照して後述する。
　図２に示すように、モータ制御装置１００は、第１電源端子Ｐと、第２電源端子Ｎと、コンデンサＣと、３つの直列体１１２とを備える。より具体的には、本実施形態では、モータ制御装置１００は、インバータ回路１１０を備え、インバータ回路１１０は、第１電源端子Ｐと、第２電源端子Ｎと、コンデンサＣと、３つの直列体１１２とを備える。インバータ回路１１０は、直流電圧源Ｂをさらに備える。なお、直流電圧源Ｂは、インバータ回路１１０の外部にあってもよい。
　第１電源端子Ｐには、第１の電圧Ｖ１が印加される。第１電源端子Ｐは、直流電圧源Ｂに接続されている。
　第２電源端子Ｎには、第２の電圧Ｖ２が印加される。第２電源端子Ｎは、直流電圧源Ｂに接続されている。第２の電圧Ｖ２は、第１の電圧Ｖ１よりも低い。
　コンデンサＣは、第１電源端子Ｐと第２電源端子Ｎとの間に接続される。
　３つの直列体１１２には、２つの半導体スイッチング素子が直列に接続されている。半導体スイッチング素子は、例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である。なお、半導体スイッチング素子は、電界効果トランジスタのような他のトランジスタであってもよい。３つの直列体１１２は、直列体１１２ｕと、直列体１１２ｖと、直列体１１２ｗとを含む。３つの直列体１１２は、互いに並列に接続されている。３つの直列体１１２の各々は、一端が第１電源端子Ｐに接続されている。３つの直列体１１２の各々は、他端が第２電源端子Ｎに接続されている。これらの半導体スイッチング素子にはそれぞれ、第１電源端子Ｐ側（紙面上側）をカソード、第２電源端子Ｎ側（紙面下側）をアノードとして、整流素子Ｄが並列に接続される。半導体スイッチング素子として電界効果トランジスタを用いる場合には、寄生ダイオードをこの整流素子として用いてもよい。
　３つの直列体１１２の各々は、第１半導体スイッチング素子と、第２半導体スイッチング素子とを有する。詳しくは、直列体１１２ｕは、第１半導体スイッチング素子Ｕｐと、第２半導体スイッチング素子Ｕｎとを有する。直列体１１２ｖは、第１半導体スイッチング素子Ｖｐと、第２半導体スイッチング素子Ｖｎとを有する。直列体１１２ｗは、第１半導体スイッチング素子Ｗｐと、第２半導体スイッチング素子Ｗｎとを有する。
　第１半導体スイッチング素子Ｕｐ、第１半導体スイッチング素子Ｖｐおよび第１半導体スイッチング素子Ｗｐは、第１電源端子Ｐに接続される。換言すると、第１半導体スイッチング素子Ｕｐ、第１半導体スイッチング素子Ｖｐおよび第１半導体スイッチング素子Ｗｐは、高電圧側の半導体スイッチング素子である。
　第２半導体スイッチング素子Ｕｎ、第２半導体スイッチング素子Ｖｎおよび第２半導体スイッチング素子Ｗｎは、第２電源端子Ｎに接続される。換言すると、第２半導体スイッチング素子Ｕｎ、第２半導体スイッチング素子Ｖｎおよび第２半導体スイッチング素子Ｗｎは、低電圧側の半導体スイッチング素子である。
　第１半導体スイッチング素子と第２半導体スイッチング素子とは接続点１１４において接続されている。詳しくは、第１半導体スイッチング素子Ｕｐと、第２半導体スイッチング素子Ｕｎとは、接続点１１４ｕにおいて接続されている。第１半導体スイッチング素子Ｖｐと、第２半導体スイッチング素子Ｖｎとは、接続点１１４ｖにおいて接続されている。第１半導体スイッチング素子Ｗｐと、第２半導体スイッチング素子Ｗｎとは、接続点１１４ｗにおいて接続されている。
　３つの直列体１１２の各々における接続点１１４が、３つの出力端子１０２に接続されている。詳しくは、直列体１１２ｕにおける接続点１１４ｕが、出力端子１０２ｕに接続されている。直列体１１２ｖにおける接続点１１４ｖが、出力端子１０２ｖに接続されている。直列体１１２ｗにおける接続点１１４ｗが、出力端子１０２ｗに接続されている。
　第１半導体スイッチング素子Ｕｐ、第１半導体スイッチング素子Ｖｐおよび第１半導体スイッチング素子Ｗｐには、ＰＷＭ信号が入力される。ＰＷＭ信号は、制御装置１２０から出力される。以下、本明細書において、第１半導体スイッチング素子Ｕｐに入力されるＰＷＭ信号を「ＵｐＰＷＭ信号」と記載することがある。また、第１半導体スイッチング素子Ｖｐに入力されるＰＷＭ信号を「ＶｐＰＷＭ信号」と記載することがある。第１半導体スイッチング素子Ｗｐに入力されるＰＷＭ信号を「ＷｐＰＷＭ信号」と記載することがある。第１半導体スイッチング素子Ｕｐ、第１半導体スイッチング素子Ｖｐおよび第１半導体スイッチング素子Ｗｐは、交流出力の周波数よりも高い周波数でオンとオフとが切り替えられる。例えば、第１半導体スイッチング素子Ｕｐ、第１半導体スイッチング素子Ｖｐおよび第１半導体スイッチング素子Ｗｐは、それぞれ、ＵｐＰＷＭ信号、ＶｐＰＷＭ信号およびＷｐＰＷＭ信号がＨＩＧＨレベルの場合に、オンとなる。一方、第１半導体スイッチング素子Ｕｐ、第１半導体スイッチング素子Ｖｐおよび第１半導体スイッチング素子Ｗｐは、それぞれ、ＵｐＰＷＭ信号、ＶｐＰＷＭ信号およびＷｐＰＷＭ信号がＬＯＷレベルの場合に、オフとなる。
　第２半導体スイッチング素子Ｕｎ、第２半導体スイッチング素子Ｖｎおよび第２半導体スイッチング素子Ｗｎには、ＰＷＭ信号が入力される。ＰＷＭ信号は、制御装置１２０から出力される。以下、本明細書において、第２半導体スイッチング素子Ｕｎに入力されるＰＷＭ信号を「ＵｎＰＷＭ信号」と記載することがある。また、第２半導体スイッチング素子Ｖｎに入力されるＰＷＭ信号を「ＶｎＰＷＭ信号」と記載することがある。第２半導体スイッチング素子Ｗｎに入力されるＰＷＭ信号を「ＷｎＰＷＭ信号」と記載することがある。第２半導体スイッチング素子Ｕｎ、第２半導体スイッチング素子Ｖｎおよび第２半導体スイッチング素子Ｗｎは、交流出力の周波数よりも高い周波数でオンとオフとが切り替えられる。例えば、第２半導体スイッチング素子Ｕｎ、第２半導体スイッチング素子Ｖｎおよび第２半導体スイッチング素子Ｗｎは、それぞれ、ＵｎＰＷＭ信号、ＶｎＰＷＭ信号およびＷｎＰＷＭ信号がＨＩＧＨレベルの場合に、オンとなる。一方、第２半導体スイッチング素子Ｕｎ、第２半導体スイッチング素子Ｖｎおよび第２半導体スイッチング素子Ｗｎは、それぞれ、ＵｎＰＷＭ信号、ＶｎＰＷＭ信号およびＷｎＰＷＭ信号がＬＯＷレベルの場合に、オフとなる。
　図３に示すように、モータＭは、ロータ３１０と、ステータ３２０と、３つのホールセンサ３３０とを備える。
　ロータ３１０は、紙面に対して垂直な方向に延びる中心軸ＡＸを中心に配置される。つまり、一例として、モータＭは、インナーロータ型のモータである。ロータ３１０は、中心軸ＡＸの回りに回転する。ロータ３１０は、ステータ３２０の径方向ＲＤ内方に配置される。
　ステータ３２０は、紙面に対して垂直な方向に延びる中心軸ＡＸを中心に配置される。ステータ３２０は、ロータ３１０と径方向ＲＤに対向する。ステータ３２０は、複数相の巻線３２２を有する。本実施形態では、ステータ３２０は、３相の巻線３２２を有する。
　３つのホールセンサ３３０は、ホールセンサ３３２と、ホールセンサ３３４と、ホールセンサ３３６とを含む。ホールセンサ３３２は、Ｕ相用のホールセンサである。ホールセンサ３３４は、Ｖ相用のホールセンサである。ホールセンサ３３６は、Ｗ相用のホールセンサである。ホールセンサ３３０は、例えば、磁気センサである。ホールセンサ３３０は、ロータ３１０の回転位置を検出する。
　図１に示すように、モータ制御装置１００は、推定部１２２と、通電制御部１２４と、補正部１２６とを備える。より具体的には、本実施形態では、モータ制御装置１００は、制御装置１２０を備え、制御装置１２０は、推定部１２２と、通電制御部１２４と、補正部１２６とを備える。制御装置１２０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）のようなプロセッサー、およびＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）等によって構成されるハードウェア回路である。そして、制御装置１２０のプロセッサーは、記憶装置に記憶されたコンピュータープログラムを実行することによって、推定部１２２と、通電制御部１２４と、補正部１２６として機能する。
　制御装置１２０は、インバータ回路１１０を制御する。具体的には、制御装置１２０は、ＰＷＭ信号を生成してＰＷＭ信号を出力することによって、インバータ回路１１０を制御する。より具体的には、制御装置１２０は、３つの直列体１１２のそれぞれに入力するＰＷＭ信号を生成する。
　推定部１２２は、ホールセンサ３３０によって検出された磁極の変化に基づいて、ロータ３１０の位置を推定する。
　通電制御部１２４は、ロータ３１０の推定位置に基づいて各相の巻線３２２への通電タイミングを制御する。
　補正部１２６は、各相の巻線３２２とホールセンサ３３０との位置ずれに基づいて通電タイミングを補正する。補正値の決定については、図５および図６を参照して後述する。
　図４を参照して、ホールセンサ３３０と各相の巻線３２２との位置ずれについて説明する。図４は、逆起電力とホールセンサ信号とを示す図である。図４において、逆起電力は破線で示しており、ホールセンサ信号は実線で示している。
　図４に示すように、逆起電力の波形は正弦波状である。ステータ３２０の巻線３２２の位置は、逆起電力の波形と対応している。ホールセンサ信号は、矩形波状である。
　αは、ステータ３２０の巻線３２２の位置と、ホールセンサ３３０との位置関係によって決まる値である。ステータ３２０の巻線３２２と、ホールセンサ３３０との取付け誤差によって、ホールセンサ信号にずれΔαが生じている。
　図５を参照して、ホールセンサ３３０と各相の巻線３２２との位置ずれの補正方法について説明する。図５は、ホールセンサ設定位置に対する回転速度の絶対値を示す図である。図５において、横軸は、ホールセンサ設定位置を示す。図５において、縦軸は、回転速度の絶対値を示す。図５において、丸印は、モータＭがＣＷ方向（時計回り方向）に回転するときの回転速度の絶対値を示す。図５において、三角印は、モータＭがＣＣＷ方向（反時計回り方向）に回転するときの回転速度の絶対値を示す。
　図５に示すように、ＣＷ方向の回転速度は位置Ｐ１において極値となる。位置Ｐ１は、ホールセンサ設置位置が電気角４８度である。
　ＣＣＷ方向の回転速度はＰ２において極値となる。位置Ｐ２は、ホールセンサ設置位置が電気角４５度である。
　補正部１２６は、オープン制御下でホールセンサ３３０の設定位置を変化させたときの回転速度の極値に基づいて補正値を決定する。例えば、補正部１２６は、オープン制御下でホールセンサ３３０の設定位置を変化させたときの回転速度を取得する。そして、補正部１２６は、ＣＷ方向の回転速度が極値となる位置Ｐ１と、ＣＣＷ方向の回転速度が極値となる位置Ｐ２との平均である位置Ｐ３をホールセンサ３３０設定値とする。位置Ｐ３は、電気角４６．５度である。補正部１２６は、ホールセンサ３３０の設定位置を電気角４６．５度に設定し通電タイミングを補正する。このように、補正部１２６は、オープン制御下でホールセンサ３３０の設定位置を変化させたときの回転速度の極値に基づいて補正値を決定する。したがって、回路の大型化を抑制しつつ、各相の巻き線とホールセンサ３３０との間の位置ずれを補正することができる。
　図６を参照して、ホールセンサ３３０と各相の巻線３２２との位置ずれの補正方法について説明する。図６は、ホールセンサ設定位置に対する回転速度の絶対値を示す図である。図６において、横軸は、ホールセンサ設定位置を示す。図６において、縦軸は、回転速度の絶対値を示す。図６において、丸印は、モータＭがＣＷ方向（時計回り方向）に回転するときの回転速度の絶対値を示す。図６において、三角印は、モータＭがＣＣＷ方向（反時計回り方向）に回転するときの回転速度の絶対値を示す。図６に示したデータは、図５に示したデータとは別のモータＭのデータを示す。
　図５に示すように、ＣＷ方向の回転速度は位置Ｐ１において極値となる。位置Ｐ１は、ホールセンサ設置位置が電気角２８度である。
　ＣＣＷ方向の回転速度はＰ２において極値となる。位置Ｐ２は、ホールセンサ設置位置が電気角３７度である。
　補正部１２６は、オープン制御下でホールセンサ３３０の設定位置を変化させたときの回転速度の極値に基づいて補正値を決定する。例えば、補正部１２６は、オープン制御下でホールセンサ３３０の設定位置を変化させたときの回転速度を取得する。そして、補正部１２６は、ＣＷ方向の回転速度が極値となる位置Ｐ１と、ＣＣＷ方向の回転速度が極値となる位置Ｐ２との平均である位置Ｐ３をホールセンサ３３０設定値とする。位置Ｐ３は、電気角３２．５度である。補正部１２６は、ホールセンサ３３０の設定位置を電気角３２．５度に設定し通電タイミングを補正する。このように、補正部１２６は、オープン制御下でホールセンサ３３０の設定位置を変化させたときの回転速度の極値に基づいて補正値を決定する。したがって、回路の大型化を抑制しつつ、各相の巻き線とホールセンサ３３０との間の位置ずれを補正することができる。
　図７を参照して、回転速度の取得タイミングについて説明する。図７は、回転速度を示す図である。図７において、横軸は、ホールセンサ設定位置を変えてからの経過時間を示す。図７において、縦軸は、回転速度の絶対値を示す。図７に示すデータは、下のグラフから順に、ホールセンサ設定位置を電気角３０度から電気角３１度に変更したときのデータ、ホールセンサ設定位置を電気角３１度から電気角３２度に変更したときのデータ、ホールセンサ設定位置を電気角３２度から電気角３３度に変更したときのデータ、ホールセンサ設定位置を電気角３３度から電気角３４度に変更したときのデータ、ホールセンサ設定位置を電気角３４度から電気角３５度に変更したときのデータ、およびホールセンサ設定位置を電気角３５度から電気角３６度に変更したときのデータを示す。
　図７に示すように、ホールセンサ設定位置を変えてからの経過時間が経つにしたがって、回転速度は収束する。したがって、補正部１２６は、ホールセンサ３３０の設定位置を変化させて回転速度を取得するとき、ホールセンサ３３０の設定位置を変化させてから一定時間経過後に回転速度を取得する。したがって、回転速度が収束した値を取得することで、正確な回転速度を取得できる。
　図８および図９を参照して、回転速度の決定について説明する。図８および図９は、回転速度の決定方法を説明するための図である。図８において、横軸は時間を示し、縦軸は回転速度を示す。
　図８に示すように、モータＭによっては回転速度が細かく振動する可能性がある。したがって、補正部１２６は、回転速度の振動が一定の範囲に収まる場合に、回転速度が収束したとみなす。
　補正部１２６は、ホールセンサ３３０の設定位置を変化させて回転速度を取得するとき、複数の所定の期間における複数の瞬時速度のうち最大値および最小値の少なくとも一方を記憶する。本実施形態では、補正部１２６は、ホールセンサ３３０の設定位置を変化させて回転速度を取得するとき、複数の所定の期間における複数の瞬時速度のうち最大値および最小値を記憶する。なお、補正部１２６は、ホールセンサ３３０の設定位置を変化させて回転速度を取得するとき、複数の所定の期間における複数の瞬時速度のうち最大値のみを記憶してもよい。あるいは、補正部１２６は、ホールセンサ３３０の設定位置を変化させて回転速度を取得するとき、複数の所定の期間における複数の瞬時速度のうち最小値のみを記憶してもよい。
　具体的には、補正部１２６は、所定の期間をブロックＢＬとし、各ブロックＢＬにおける複数の瞬時速度のうち最大値Ｕ１と、最小値Ｌ１とを記憶する。
　図９に示すように、補正部１２６は、複数の所定の期間における最大値のばらつきおよび最小値のばらつきの少なくとも一方が一定の範囲に収まる場合に、最大値および／または最小値に基づき回転速度を決定する。本実施形態では、補正部１２６は、複数の所定の期間における最大値のばらつきおよび最小値のばらつきが一定の範囲に収まる場合に、最大値および最小値に基づき回転速度を決定する。なお、補正部１２６は、複数の所定の期間における最大値のばらつきが一定の範囲に収まる場合に、最大値に基づき回転速度を決定してもよい。あるいは、補正部１２６は、複数の所定の期間における最小値のばらつきが一定の範囲に収まる場合に、最小値に基づき回転速度を決定してもよい。
　具体的には、補正部１２６の一例では、直近の５ブロックＢＬにおいて、最大値Ｕ１の最大値Ｕｍａｘと、最大値Ｕ１の最小値Ｕｍｉｎとの中間値Ｕｍｉｄの±０．１％以内に最大値Ｕｍａｘおよび最小値Ｕｍｉｎが収まる場合に回転速度が収束したとみなす。
　また、補正部１２６の別の一例では、直近の５ブロックＢＬにおいて、最小値Ｌ１の最大値Ｌｍａｘと、最小値Ｌ１の最小値Ｌｍｉｎとの中間値Ｌｍｉｄの±０．１％以内に収まる場合に回転速度が収束したとみなす。
　補正部１２６の別の一例では、最大値および最小値に基づき回転速度を決定する。詳しくは、最大値Ｕ１および最小値Ｌ１が収束すると、補正部１２６は、中間値Ｕｍｉｄおよび中間値Ｌｍｉｄの中間値ｓｐｄ＿ｍｉｄを回転速度と決定する。したがって、機械振動によって瞬時回転速度が増減する場合でも、正確な回転速度を求めることができる。さらに、回転速度の収束を早く検知することができる。
　図１０を参照して、回転速度の極値の決定方法の一例について説明する。図１０は、回転速度の極値の決定方法を説明するための図である。
　図１０に示すように、ホールセンサ設定位置は、まず典型値に設定される。典型値は、ホールセンサ３３０が設置されるべき位置を示す。例えば、典型値は電位角４５度である。
　典型値から走査方向を正に、走査量をΔθ、前回回転速度を０に初期化する。そして、典型値Ｐ３１における回転速度を取得する。
　次に、図１０の「１」に示すように、典型値Ｐ３１から正方向にΔθ走査したホールセンサ設定位置Ｐ３２において回転速度を取得する。前回の回転速度より小さければ走査方向を逆転する。ここでは、前回の回転速度より小さいので、走査方向を逆転し負方向にする。
　次に、図１０の「２」に示すように、典型値Ｐ３１から負方向にΔθ走査したホールセンサ設定位置Ｐ３３において回転速度を取得する。前回の回転速度より大きいので、走査方向は負方向で維持する。
　次に図１０の「３」に示すように、ホールセンサ設定位置Ｐ３３から負方向にΔθ走査したホールセンサ設定位置Ｐ３４において回転速度を取得する。前回の回転速度より大きいので、走査方向は負方向で維持する。
　次に図１０の「４」に示すように、ホールセンサ設定位置Ｐ３４から負方向にΔθ走査したホールセンサ設定位置Ｐ３４において回転速度を取得する。前回の回転速度より小さいので、走査方向を逆転し正方向にする。
　次に図１０の「５」に示すように、ホールセンサ設定位置Ｐ３４から正方向にΔθ／２走査したホールセンサ設定位置Ｐ３６において回転速度を取得する。
　このように、走査しながら回転速度を取得することによって、回転速度の極値を決定することができる。その結果、回転速度の極値に対応するホールセンサ設定位置を決定することができる。
　図１１Ａおよび図１１Ｂを参照して、図１０において説明した方法によるホールセンサ設定位置の測定結果について説明する。図１１Ａおよび図１１Ｂは、ホールセンサ設定位置を示す図である。図１１Ａは、ＣＷ方向（時計回り方向）におけるホールセンサ設定位置の測定結果を示す。図１１Ｂは、ＣＣＷ方向（反時計回り方向）におけるホールセンサ設定値の測定結果を示す。図１１Ａおよび図１１Ｂにおいて、横軸はホールセンサ設定位置の走査回数を示す。図１１Ａおよび図１１Ｂにおいて、縦軸は、ホールセンサ設定位置を示す。図１１Ａおよび図１１Ｂでは、ホールセンサ設定位置の初期値を電気角５２度、電気角５０度、電気角４８度、電気角４６度、電気角４４度、電気角４２度、電気角４０度、および電気３８度した場合におけるホールセンサ設定値の測定結果を示す。
　図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、ホールセンサ設定位置の初期値を振った場合であっても、電気角±１度の範囲にホールセンサ設定位置を収束させることができる。すなわち、典型値からのずれの大小に関わらず、補正対象のモータＭのホールセンサ設定位置を正しく求めることができる。
　図１２を参照して回転速度の極値の決定方法の一例について説明する。図１２は、回転速度の極値の決定方法を説明するための図である。
　図１２に示す例では、補正部１２６は、典型値の近傍のホールセンサ３３０の設定位置を走査することによって複数の回転速度を取得する。本実施形態では、補正部１２６は、典型値Ｐ５の電気角±１０度の範囲の回転速度を取得する。補正部１２６は、複数の回転速度を２次以上の多項式近似することによって、極値に対応するホールセンサ３３０の設定位置を算出する。本実施形態では、補正部１２６は、複数の回転速度を放物線近似することによって、極値に対応するホールセンサ３３０の設定位置を算出する。放物線近似は、例えば、最小二乗法によって行う。最小二乗法によって求めた放物線ｙ＝ａｘ2＋ｂｘ＋ｃにおいて、－ｂ／２ａを求めることによって極値に対応するｘ座標、つまり極値に対応するホールセンサ３３０の設定位置を算出することができる。なお、補正部１２６は、複数の回転速度を３次以上の多項式近似することによって、極値に対応するホールセンサ３３０の設定位置を算出してもよい。
　補正部１２６は、算出されたホールセンサ３３０の設定位置に基づいて補正値を決定する。したがって、適切に補正値を決定することができる。
　図１３を参照して、図１２において説明した方法によるホールセンサ設定位置の測定結果について説明する。図１３はＱ－Ｑプロット（Ｑｕａｎｔｉｌｅ－Ｑｕａｎｔｉｌｅ　Ｐｌｏｔ）と呼ばれ、試行回数に応じたホールセンサ設定位置の分布を示す図である。図１３において、プロットの数ほどホールセンサ設定位置の決定を試行しており、横軸は、各試行で求まったホールセンサ設定位置を示す。図１３において、縦軸は、正規分布確率（％）を示す。
　図１３に示すように、９６％の確率で電気角±０．３８度以内の範囲にホールセンサ設定位置を収束させることができる。したがって、適切に補正値を決定することができる。
　図１４および図１５を参照して、回転速度の極値の決定方法の一例について説明する。図１４および図１５は、回転速度の極値の決定方法を説明するための図である。図１４は、モータＭがＣＷ方向（時計回り方向）に回転するときの回転速度の絶対値を示す。図１５は、モータＭがＣＣＷ方向（反時計回り方向）に回転するときの回転速度の絶対値を示す。
　図１４に示すように、補正部１２６は、ホールセンサ３３０の設定位置の走査をホールセンサ３３０の設定位置が遅角側から行う。詳しくは、例えば、典型値より電気角１４度小さい位置Ｐ１１から設定位置の走査を開始する。そして、直近２点以上のホールセンサ３３０の設定位置に対してオープン制御の回転速度の傾きを算出することによって、回転速度の絶対値が減少から増加に転じる箇所を検出する。詳しくは、位置Ｐ１１から位置Ｐ１２までは回転速度の絶対値は増加している。位置Ｐ１２から位置Ｐ１４までは回転速度の絶対値は減少している。補正部１２６は、増加に転じるまでのホールセンサ３３０の設定位置とオープン制御の回転速度との関係を２次以上の多項式近似することによって補正値を決定する。位置Ｐ１４から位置Ｐ１５までは回転速度の絶対値は増加している。補正部１２６は、位置Ｐ１３を含む角度が遅い側（小さい側）のホールセンサ３３０の設定位置とオープン制御の回転速度との関係を２次以上の多項式近似することによって補正値を決定する。本実施形態では、補正部１２６は、位置Ｐ１３を含む角度が遅い側（小さい側）のホールセンサ３３０の設定位置とオープン制御の回転速度との関係を放物線近似することによって補正値を決定する。したがって、適切に補正値を決定することができる。なお、補正部１２６は、位置Ｐ１３を含む角度が遅い側（小さい側）のホールセンサ３３０の設定位置とオープン制御の回転速度との関係を３次以上の多項式近似することによって補正値を決定してもよい。また、本実施例においては、回転速度の測定は、放物線近似をすべき範囲を決定するために必要な位置Ｐ１５までは行い、以降の走査はしていない。これにより、補正値決定に要する時間を短縮することができる。
　図１５に示すように、補正部１２６は、ホールセンサ３３０の設定位置の走査をホールセンサ３３０の設定位置が遅角側から行う。詳しくは、例えば、典型値より電気角１４度大きい位置Ｐ２１から設定位置の走査を開始する。そして、直近２点以上のホールセンサ３３０の設定位置に対してオープン制御の回転速度の傾きを算出することによって、回転速度の絶対値が減少から増加に転じる箇所を検出する。詳しくは、位置Ｐ２１から位置Ｐ２２までは回転速度の絶対値は増加している。位置Ｐ２２から位置Ｐ２４までは回転速度の絶対値は減少している。補正部１２６は、増加に転じるまでのホールセンサ３３０の設定位置とオープン制御の回転速度との関係を２次以上の多項式近似することによって補正値を決定する。詳しくは、位置Ｐ２４から位置Ｐ２５までは回転速度の絶対値は増加している。補正部１２６は、位置Ｐ２３を含む角度が遅い側（大きい側）のホールセンサ３３０の設定位置とオープン制御の回転速度との関係を２次以上の多項式近似することによって補正値を決定する。本実施形態では、補正部１２６は、位置Ｐ２３を含む角度が遅い側（大きい側）のホールセンサ３３０の設定位置とオープン制御の回転速度との関係を放物線近似することによって補正値を決定する。したがって、適切に補正値を決定することができる。なお、補正部１２６は、位置Ｐ２３を含む角度が遅い側（大きい側）のホールセンサ３３０の設定位置とオープン制御の回転速度との関係を３次以上の多項式近似することによって補正値を決定してもよい。また、本実施例においては、回転速度の測定は、放物線近似をすべき範囲を決定するために必要な位置Ｐ２５までは行い、以降の走査はしていない。これにより、補正値決定に要する時間を短縮することができる。
　図１６を参照して、本発明の実施形態に係るモータ制御方法について説明する。図１６は、本発明の実施形態に係るモータ制御方法を示すフローチャートである。ステップＳ１０２～ステップＳ１０６の処理がオープン制御下において実行されることによって、モータ制御が行われる。
　ステップＳ１０２：補正部１２６は、ホールセンサ３３０の設定位置を変化させてモータＭの回転速度を取得する。処理はステップＳ１０４に進む。なお、ステップＳ１０２は、「取得工程」の一例である。
　ステップＳ１０４：補正部１２６は、取得した回転速度の極値に基づいて補正値を決定する。処理はステップＳ１０６に進む。なお、ステップＳ１０４は、「決定工程」の一例である。
　ステップＳ１０６：補正部１２６は、補正値に基づいて各相の巻き線への通電タイミングを補正する。処理は終了する。なお、ステップＳ１０６は、「補正工程」の一例である。
　以上、図１６を参照して説明したように、モータ制御方法は、取得工程と、決定工程と、補正工程とを包含する。補正工程において、補正値に基づいて各相の巻き線への通電タイミングを補正する。したがって、回路の大型化を抑制しつつ、各相の巻線３２２とホールセンサ３３０との間の位置ずれを補正することができる。
　以上、図面（図１～図１６）を参照しながら本発明の実施形態を説明した。但し、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。図面は、理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、図示された各構成要素の厚み、長さ、個数等は、図面作成の都合上から実際とは異なる。また、上記の実施形態で示す各構成要素の材質や形状、寸法等は一例であって、特に限定されるものではなく、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
　本発明は、電力変換装置、モータモジュールおよびモータ制御方法に好適に利用できる。
１００　　　　　モータ制御装置
１１０　　　　　インバータ回路
１２０　　　　　制御装置
１２２　　　　　推定部
１２４　　　　　通電制御部
１２６　　　　　補正部
２００　　　　　モータモジュール
３１０　　　　　ロータ
３２０　　　　　ステータ
３２２　　　　　巻線
３３０、３３２、３３４、３３６　ホールセンサ
Ｍ　　　　　　　モータ

Claims (8)

  1. 　モータを制御するモータ制御装置であって、
    　前記モータは、
    　ロータと、
    　複数相の巻線を有するステータと、
    　前記ロータの回転位置を検出するホールセンサとを備え、
    　前記モータ制御装置は、
    　前記複数相の巻線に駆動電圧を印加するインバータ回路と、
    　前記ホールセンサによって検出された磁極の変化に基づいて、前記ロータの位置を推定する推定部と、
    　前記ロータの推定位置に基づいて各相の巻線への通電タイミングを制御する通電制御部と、
    　各相の巻線と前記ホールセンサとの位置ずれに基づいて前記通電タイミングを補正する補正部とを備え、
    　前記補正部は、オープン制御下で前記ホールセンサの設定位置を変化させたときの回転速度の極値に基づいて補正値を決定する、モータ制御装置。
  2. 　前記補正部は、前記ホールセンサの設定位置を変化させて前記回転速度を取得するとき、前記ホールセンサの設定位置を変化させてから一定時間経過後に前記回転速度を取得する、請求項１に記載のモータ制御装置。
  3. 　前記補正部は、前記ホールセンサの設定位置を変化させて前記回転速度を取得するとき、複数の所定の期間における複数の瞬時速度のうち最大値および最小値の少なくとも一方を記憶し、複数の所定の期間における前記最大値のばらつきおよび前記最小値のばらつきの少なくとも一方が一定の範囲に収まる場合に、前記最大値および／または前記最小値に基づき前記回転速度を決定する、請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置。
  4. 　前記補正部は、前記ホールセンサの設定位置を変化させて前記回転速度を取得するとき、複数の所定の期間における複数の瞬時速度のうち最大値および最小値を記憶し、複数の所定の期間における前記最大値のばらつきおよび前記最小値のばらつきが一定の範囲に収まる場合に、前記最大値および前記最小値に基づき前記回転速度を決定する、請求項３に記載のモータ制御装置。
  5. 　前記補正部は、典型値の近傍の前記ホールセンサの設定位置を走査することによって複数の前記回転速度を取得し、複数の前記回転速度を２次以上の多項式近似することによって、前記極値に対応する前記ホールセンサの設定位置を算出し、前記算出された前記ホールセンサの設定位置に基づいて前記補正値を決定する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
  6. 　前記補正部は、前記ホールセンサの設定位置の走査を前記ホールセンサの設定位置が遅角側から行い、直近２点以上の前記ホールセンサの設定位置に対してオープン制御の前記回転速度の傾きを算出することによって、前記回転速度の絶対値が減少から増加に転じる箇所を検出し、増加に転じるまでの前記ホールセンサの設定位置とオープン制御の前記回転速度との関係を２次以上の多項式近似することによって前記補正値を決定する、請求項５に記載のモータ制御装置。
  7. 　請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のモータ制御装置と、
    　前記モータ制御装置によって制御されるモータとを備え、
    　前記モータは、
    　ロータと、
    　複数相の巻線を有するステータと、
    　前記ロータの回転位置を検出するホールセンサとを備える、モータモジュール。
  8. 　モータを制御するモータ制御方法であって、
    　前記モータは、
    　ロータと、
    　複数相の巻線を有するステータと、
    　前記ロータの回転位置を検出するホールセンサとを備え、
    　前記モータ制御方法はオープン制御下において、
    　前記ホールセンサの設定位置を変化させて前記モータの回転速度を取得する取得工程と、
    　取得した前記回転速度の極値に基づいて補正値を決定する決定工程と、
    　前記補正値に基づいて各相の巻き線への通電タイミングを補正する補正工程とを包含する、モータ制御方法。
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