JP6112832B2 - 角度補正装置及び回転角センサ - Google Patents

Description

この発明は、角度補正装置及び回転角センサに関し、特に、モータが有するロータの回転位置を検出する回転角センサに用いられる角度補正装置及び回転角センサに関する。

モータの発生トルクを制御するためには、ステータに通電する電流位相を、ロータの磁極位置に同期して制御する必要がある。このような制御を行うためには、ロータの位置（回転角度）を正確に検出することが求められる。

一般に、ロータの位置を検出するためには、例えばレゾルバなどの回転角センサが用いられる。このような回転角センサは、ロータ軸（回転軸）に取り付けられる。しかしながら、ロータの回転角度の検出装置として回転角センサを用いたとしても、回転角センサがロータ軸に正確に取り付けられていないと正確なモータ制御はできない。そのため、回転角センサの取り付けに際しては、回転角センサの検出位置と実際のロータの磁極位置とのずれが所定範囲内に収まるように、回転角センサの取り付け位置（原点）を調整する必要がある。すなわち、回転角センサの取り付けは、モータのロータ位置の基準点と、回転角センサの検出基準点との相関が保たれるように、正確に取り付けられていなければならない。

このような問題に対して、モータのトルクが０となるｄｑ軸電流指令値の位相差とｄｑ軸電流の位相差とのずれ量をセンサの検出誤差とすることで、回転角センサの取り付け位置調整作業を行わずに、モータ側で磁極位置検出誤差を補正する方法が開示されている（例えば、特許文献１）。

特開２００７−３１８８９４号公報

ところで、回転角センサの取り付け位置調整作業を行う場合、次のような問題が生じる。すなわち、モータ側では、取り付け位置調整に特殊な検査器具と技術が必要となる。また、位置合わせに手間がかかり、長時間を要するといった問題がある。また、手作業（物理的な位置合わせ）で位置調整を行う必要があり、位置調整を高い精度で行うことが困難であるという問題がある。

これに対して、上記の特許文献１に記載されているように、回転角センサの取り付け位置調整作業を行わずに、モータ側で磁極位置検出誤差を補正する方法では、次のような問題がある。すなわち、この場合、モータ側から見れば、回転センサからは検出誤差が得られるに過ぎず、モータ側で、検出誤差を用いた何らかの補正方法を実施し、対策する必要がある。

この発明はそのような問題点を解決するためになされたものであり、回転角センサの取り付け位置調整作業が不要であって、モータ側で磁極位置検出誤差の補正を考慮する必要がなく、高い検出精度を有する角度補正装置及び回転角センサを提供することを目的としている。

上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、モータに取り付けられて、モータが有するロータの回転位置を検出する回転角センサの角度補正装置は、ロータの回転軸の位置に対応する回転軸位置角度信号と、回転角センサの検出信号に対応する回転角センサ検出角度信号との比較結果に応じた回転角センサ信号補正値を生成し、回転角センサ信号補正値に基づいて、回転角センサ検出角度信号の基準点が予め定めたモータの回転軸の基準点になるように、回転角センサ検出角度信号の角度を補正した角度信号を出力し、回転軸位置角度信号は、モータのステータ巻線に発生する誘起電圧信号に対応する、モータのロータの回転軸の位置を示す信号である。

好ましくは、角度補正装置は、ロータの回転位置を検出し、回転軸位置角度信号を出力する回転軸位置検出部と、回転角センサの検出信号に基づいて、回転角センサ検出角度信号を出力する回転角センサ信号解析部と、回転軸位置検出部から出力された回転軸位置角度信号と、回転角センサ信号解析部から出力された回転角センサ検出角度信号とを比較して、回転角センサ信号補正値を出力する検出信号比較部と、回転角センサ信号解析部から出力された回転角センサ検出角度信号と検出信号比較部から出力された回転角センサ信号補正値とに基づいて、角度信号を出力する角度補正部とを備える。

好ましくは、回転角センサは、レゾルバ又はエンコーダである。

この発明の他の局面に従うと、モータに取り付けられて、モータが有するロータの回転位置を検出する回転角センサは、上述に記載の角度補正装置を備え、角度補正装置は、回転角センサの検出信号に対応する回転角センサ検出角度信号の角度を補正した角度信号を出力する。

これらの発明に従うと、回転軸位置角度信号と、回転角センサの検出信号に対応する回転角センサ検出角度信号との比較結果に応じて、回転角センサ検出角度信号の角度を補正した角度信号が出力される。したがって、回転角センサの取り付け位置調整作業が不要であって、モータ側で磁極位置検出誤差の補正を考慮する必要がなく、高い検出精度を有する角度補正装置及び回転角センサを提供することができる。

本実施の形態に係るレゾルバの角度補正装置の回路構成を示すブロック図である。 角度補正装置の動作時における各信号を示すタイミングチャートである。 角度補正装置による角度補正の処理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態における角度補正装置を用いたモータの回転角センサについて説明する。

モータは、モータ本体に取り付けられる回転角センサを用いてロータの回転位置を検出し、制御を行うことができるように構成されている。モータは、回転角センサの角度補正装置を備えている。本実施の形態では、例えば、回転角センサは、可変リラクタンス型レゾルバである。

回転角センサの角度補正装置は、ロータの回転軸の位置を示す回転軸位置角度信号と、回転角センサからの検出信号に応じた回転角センサ検出角度信号とを比較し、その比較結果に応じた回転角センサ信号補正値を生成する。そして、回転角センサ信号補正値に基づいて、回転角センサ検出角度信号の基準点が予め定めたモータの回転軸の基準点になるように角度を補正し、角度信号を出力する。

［実施の形態］

まず、本発明の実施の形態の１つにおけるレゾルバ（回転角センサの一例）に用いられる角度補正装置の回路構成について説明する。

図１は、本実施の形態に係るレゾルバの角度補正装置の回路構成を示すブロック図である。

図１に示されるように、レゾルバ３０（レゾルバ本体３１）は、モータ２０に取り付けられている。レゾルバ３０は、モータ２０が有するロータの回転位置を検出する。レゾルバ３０は、レゾルバ本体３１と、レゾルバ本体３１とモータ２０とに接続された角度補正装置１０とを有している。モータ２０と、レゾルバ３０（レゾルバ本体３１及び角度補正装置１０を含む）とで、モータ駆動装置１が構成されている。

角度補正装置１０は、レゾルバ３０において、レゾルバ本体３１の角度補正装置として機能する。図１に示されるように、角度補正装置１０には、モータ２０から出力される誘起電圧信号（回転軸位置信号の一例）Ｓｓと、レゾルバ本体３１から出力されるレゾルバ信号（回転角センサの検出信号の一例）Ｓｒとが入力される。角度補正装置１０は、誘起電圧信号Ｓｓとレゾルバ信号Ｓｒとに基づいて、角度補正を行い、角度信号Ｓａを出力する。出力された角度信号Ｓａは、モータ２０の駆動制御などに用いられる信号である。

より具体的には、角度補正装置１０は、後述のように、ロータの回転軸の位置を示す回転軸位置角度信号Ｓｓａと、レゾルバ信号Ｓｒに応じたレゾルバ検出角度信号（回転角センサ検出角度信号の一例）Ｓｒａとを比較する。そして、角度補正装置１０は、その比較結果に応じてレゾルバ信号補正値（回転角センサ信号補正値の一例）Ｓｃを生成する。角度補正装置１０は、レゾルバ信号補正値Ｓｃとレゾルバ検出角度信号Ｓｒａとに基づいて、角度信号Ｓａを出力する。角度信号Ｓａは、レゾルバ検出角度信号Ｓｒａの基準点が予め定めたモータ２０の回転軸の基準点になるように、レゾルバ検出角度信号Ｓｒａについて角度を補正した信号である。

レゾルバの角度補正装置１０は、回転軸位置検出部１１と、レゾルバ信号解析部（回転角センサ信号解析部の一例）１２と、検出信号比較部１３と、角度補正部１４とを備える。

回転軸位置検出部１１には、誘起電圧信号Ｓｓが入力される。誘起電圧信号Ｓｓは、モータ２０のステータ巻線に発生する信号である。回転軸位置検出部１１は、誘起電圧信号Ｓｓに基づいて、ロータの回転軸位置を検出し、回転軸の位置を示す回転軸位置角度信号Ｓｓａを出力する。

レゾルバ信号解析部１２には、レゾルバ信号Ｓｒが入力される。レゾルバ信号解析部１２は、レゾルバ信号Ｓｒに応じて、レゾルバ検出角度信号Ｓｒａを出力する。

検出信号比較部１３には、回転軸位置角度信号Ｓｓａと、レゾルバ検出角度信号Ｓｒａとが入力される。検出信号比較部１３は、回転軸位置角度信号Ｓｓａと、レゾルバ検出角度信号Ｓｒａとを比較し、レゾルバ信号補正値Ｓｃを決定し、出力する。レゾルバ信号補正値Ｓｃは、回転軸位置角度信号Ｓｓａとレゾルバ検出角度信号Ｓｒａとの比較結果（演算結果）に対応する信号である。

角度補正部１４には、レゾルバ検出角度信号Ｓｒａと、レゾルバ信号補正値Ｓｃとが入力される。角度補正部１４は、レゾルバ検出角度信号Ｓｒａについて角度を補正し、角度信号Ｓａを出力する。

次に、角度補正装置１０の動作について説明する。

図２は、角度補正装置１０の動作時における各信号を示すタイミングチャートである。

図２に示されるように、回転軸位置検出部１１においては、時刻Ｔ１に、誘起電圧信号Ｓｓが入力される。これに応じて、時刻Ｔ３に、回転軸位置角度信号Ｓｓａが出力される。

レゾルバ信号解析部１２においては、時刻Ｔ２に、レゾルバ信号Ｓｒが入力される。それに基づいて、時刻Ｔ４に、レゾルバ検出角度信号Ｓｒａが出力される。その後、時刻Ｔ７，Ｔ９，Ｔ１１にも、レゾルバ信号解析部１２から新たなレゾルバ検出角度信号Ｓｒａが出力される。

検出信号比較部１３では、入力された回転軸位置角度信号Ｓｓａ及びレゾルバ検出角度信号Ｓｒａを比較して補正値を演算して求め、時刻Ｔ５にレゾルバ信号補正値Ｓｃを出力する。

角度補正部１４では、入力されたレゾルバ信号補正値Ｓｃ及びレゾルバ検出角度信号Ｓｒａをもとに、時刻Ｔ６に角度信号Ｓａを出力する。その後、時刻Ｔ８，Ｔ１０，Ｔ１２にも、新たに入力されるレゾルバ検出角度信号Ｓｒａに応じて、新たな角度信号Ｓａを出力する。

なお、各信号のタイミングチャートは、図２の具体例に限定されるものではない。例えば、タイミングとして、誘起電圧信号Ｓｓよりも先にレゾルバ信号Ｓｒが出力されてもよい。

図３は、角度補正装置１０による角度補正の処理手順を示すフローチャートである。

ステップＳ１において、回転軸位置検出部１１は、モータ２０の回転軸位置を検出する。

ステップＳ２において、レゾルバ信号解析部１２は、レゾルバ角度を検出する。具体的には、レゾルバ信号Ｓｒに応じたレゾルバ検出角度信号Ｓｒａを出力する。

ステップＳ３において、検出信号比較部１３は、角度の補正値（レゾルバ信号補正値Ｓｃ）が決定されているかどうかを判定する。決定されている場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ６の処理に進む。他方、決定されていない場合（ＮＯ）には、ステップＳ４の処理に進む。

ステップＳ４において、検出信号比較部１３は、回転軸位置角度と、レゾルバ検出角度とを比較する。具体的には、回転軸位置角度信号Ｓｓａとレゾルバ検出角度信号Ｓｒａとを比較する。

ステップＳ５において、検出信号比較部１３は、補正値を決定する。具体的には、ステップＳ４の比較結果に応じて補正値を演算し、レゾルバ信号補正値Ｓｃを出力する。

ステップＳ６において、角度補正部１４にて、検出されたレゾルバ本体３１の信号の角度補正処理を行う。具体的には、入力されたレゾルバ信号補正値Ｓｃ及びレゾルバ検出角度信号Ｓｒａをもとに、角度信号Ｓａを出力する。その後、ステップＳ２の処理に戻る。

なお、本発明のフローチャートは、図３に限定されるものではない。例えば、誘起電圧信号Ｓｓよりも先にレゾルバ信号Ｓｒが出力される場合は、ステップＳ１とステップＳ２とが逆の順序で行われるようにしてもよい。

［実施の形態における効果］

以上説明したように、本実施の形態では、レゾルバ信号補正値に基づいて、検出された角度信号が補正される。具体的には、角度信号は、レゾルバ検出角度信号の基準点が、予め定めたモータの回転軸の基準点になるように、補正される。これにより、レゾルバをモータに取り付けるときに、レゾルバの取り付け位置調整作業を行う必要がなくなる。したがって、特殊な検査器具や技術が不要となり、かつ、取り付け作業工数が軽減され、回転角センサを取り付けたモータの製造コストを低減することができる。

また、角度信号は、電気的に補正される。したがって、物理的な位置合わせ（取り付け位置調整作業）を行う場合と比較して、高い精度で補正を行うことができる。これにより、レゾルバで検出される回転角は、高い精度になる。また、角度の補正が行われた角度信号が角度補正装置から出力されるので、モータ側で磁極位置検出誤差の補正を考慮する必要がなくなり、モータの制御回路の回路構成を簡素にすることができる。

［その他］

回転角センサは、レゾルバに限定されず、例えば、エンコーダなどであってもよい。

角度補正装置は、その一部又は全部がＩＣ（集積回路）として集積化されているものであってもよい。

レゾルバ信号解析部は、一般的なＲ／Ｄ（レゾルバ−デジタル変換）ＬＳＩを利用して構成されていてもよい。

回転軸位置信号は、誘起電圧信号に限定されず、例えば、ホールセンサ（ホール素子、ホールＩＣ）による位置検出信号などであってもよい。

予め定めるモータの回転軸の基準点は、任意に設定することができるものであり、特定の位置に限定するものではない。具体的には、モータの原点と回転角センサのゼロ点といった関係に限定されないモータのロータ位置の基準点と回転角センサの検出基準点との相関が保たれるようにすればよい。

上述の実施の形態における処理は、ソフトウェアによって行っても、ハードウェア回路を用いて行ってもよい。

上述の実施の形態における処理を実行するプログラムを提供することもできるし、そのプログラムをＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ、メモリカードなどの記録媒体に記録してユーザに提供することにしてもよい。プログラムはインターネットなどの通信回線を介して、装置にダウンロードするようにしてもよい。上記のフローチャートで文章で説明された処理は、そのプログラムに従ってＣＰＵなどにより実行される。

上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ モータ駆動装置
１０ 角度補正装置（回転角センサの角度補正装置の一例）
１１ 回転軸位置検出部
１２ レゾルバ信号解析部（回転角センサ信号解析部の一例）
１３ 検出信号比較部
１４ 角度補正部
２０ モータ
３０ レゾルバ（回転角センサの一例）
３１ レゾルバ本体
Ｓｓ 誘起電圧信号（回転軸位置信号の一例）
Ｓｒ レゾルバ信号（検出信号の一例）
Ｓｓａ 回転軸位置角度信号
Ｓｒａ レゾルバ検出角度信号（回転角センサ検出角度信号の一例）
Ｓｃ レゾルバ信号補正値（回転角センサ信号補正値の一例）
Ｓａ 角度信号

Claims (4)

1. モータに取り付けられて、前記モータが有するロータの回転位置を検出する回転角センサの角度補正装置であって、
   前記ロータの回転軸の位置に対応する回転軸位置角度信号と、前記回転角センサの検出信号に対応する回転角センサ検出角度信号との比較結果に応じた回転角センサ信号補正値を生成し、
   前記回転角センサ信号補正値に基づいて、前記回転角センサ検出角度信号の基準点が予め定めた前記モータの回転軸の基準点になるように、前記回転角センサ検出角度信号の角度を補正した角度信号を出力し、
   前記回転軸位置角度信号は、前記モータのステータ巻線に発生する誘起電圧信号に対応する、前記モータのロータの回転軸の位置を示す信号である、角度補正装置。
2. 前記ロータの回転位置を検出し、前記回転軸位置角度信号を出力する回転軸位置検出部と、
   前記回転角センサの検出信号に基づいて、前記回転角センサ検出角度信号を出力する回転角センサ信号解析部と、
   前記回転軸位置検出部から出力された回転軸位置角度信号と、前記回転角センサ信号解析部から出力された回転角センサ検出角度信号とを比較して、前記回転角センサ信号補正値を出力する検出信号比較部と、
   前記回転角センサ信号解析部から出力された回転角センサ検出角度信号と前記検出信号比較部から出力された回転角センサ信号補正値とに基づいて、前記角度信号を出力する角度補正部とを備える、請求項１に記載の角度補正装置。
3. 前記回転角センサは、レゾルバ又はエンコーダである、請求項１又は２に記載の角度補正装置。
4. モータに取り付けられて、前記モータが有するロータの回転位置を検出する回転角センサであって、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の角度補正装置を備え、
   前記角度補正装置は、前記回転角センサの検出信号に対応する回転角センサ検出角度信号の角度を補正した角度信号を出力する、回転角センサ。

Images