JP2020102988A - Motor controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ制御装置に関するものである。 The present invention relates to a motor control device.
従来、パワーウィンドウ装置には、挟み込み防止機能が備えられている。そして、このようなパワーウィンドウ装置用の直流モータの制御装置としては、駆動時の電流の波形のプラス側のピーク値とマイナス側のピーク値とをサンプリングして平均値を演算し、その平均値に基づいて異常負荷を判定して、直流モータを反転駆動させるものがある（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, a power window device has a trapping prevention function. Then, as a control device of such a DC motor for a power window device, the peak value on the plus side and the peak value on the minus side of the current waveform during driving are sampled to calculate an average value, and the average value is calculated. There is one that determines an abnormal load on the basis of the above, and reversely drives a DC motor (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記のようなモータ制御装置では、電流の波形のプラス側のピーク値とマイナス側のピーク値とを全てサンプリングする必要があり、高負荷な処理が必要になるという問題があった。 However, in the motor control device as described above, it is necessary to sample all the plus-side peak value and the minus-side peak value of the current waveform, and there is a problem that high-load processing is required.
本発明は上記問題点を解消するためになされたものであって、その目的は、電流値の平均値を容易且つ高精度に検出することができるモータ制御装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a motor control device that can easily and highly accurately detect the average value of current values.
上記課題を解決するモータ制御装置は、電流（Ｉ）の波形の周期の１／２以下の周期をサンプリング周期として電流値（Ｉｓ）をサンプリングするサンプリング部（２４）と、前記サンプリング部にてサンプリングした電流値の平均値（Ｉａ）を演算する平均演算部（２５）とを備える。 A motor control device that solves the above problems includes a sampling unit (24) that samples a current value (Is) with a cycle that is ½ or less of a cycle of a waveform of a current (I) as a sampling cycle, and a sampling unit that performs the sampling. And an average calculator (25) for calculating an average value (Ia) of the current values.
同構成によれば、電流の波形の周期の１／２以下の周期をサンプリング周期として電流値をサンプリングするサンプリング部と、サンプリング部にてサンプリングした電流値の平均値を演算する平均演算部とを備えるため、電流値の平均値を容易且つ高精度に検出することができる。すなわち、従来のように電流の波形のプラス側のピーク値とマイナス側のピーク値とを全てサンプリングして平均値を演算するといった高負荷な処理を行うことなく、電流の波形の１周期につき２つ以上の電流値をサンプリングすることで偏りの少ない高精度な平均値を検出することができる。 According to this configuration, the sampling unit that samples the current value with a cycle that is ½ or less of the cycle of the current waveform as the sampling cycle, and the averaging unit that calculates the average value of the current values sampled by the sampling unit. Since it is provided, the average value of the current values can be detected easily and with high accuracy. That is, 2 times per cycle of the current waveform can be obtained without performing a heavy load process such as sampling all positive side peak values and negative side peak values of the current waveform and calculating an average value as in the conventional case. By sampling three or more current values, a highly accurate average value with less bias can be detected.
以下、パワーウィンドウ装置用の直流モータのモータ制御装置の一実施形態を図１〜図３に従って説明する。
図１に示すように、直流モータのモータ本体１は、略円筒状のヨーク２と該ヨーク２の内周面に固着されて配置された４つの永久磁石３とを有するステータ４と、そのステータ４の内側で回転可能に支持されたロータ５と、ステータ４に対して支持された一対の給電用ブラシ６，７とを備える。
Hereinafter, an embodiment of a motor control device for a DC motor for a power window device will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, a motor body 1 of a DC motor includes a stator 4 having a substantially cylindrical yoke 2 and four permanent magnets 3 fixedly arranged on an inner peripheral surface of the yoke 2, and a stator 4 thereof. 4, a rotor 5 rotatably supported inside, and a pair of power supply brushes 6 and 7 supported with respect to the stator 4.
ロータ５は、回転軸８と、その回転軸８に固定され整流子セグメント９が周方向に並設された整流子１０と、同じく回転軸８に対して固定され放射状に延びるティース１１を有する電機子コア１２と、前記ティース１１に巻回された巻線１３ａ〜１３ｅとを備える。 The rotor 5 is an electric machine having a rotating shaft 8, a commutator 10 fixed to the rotating shaft 8 and having commutator segments 9 arranged side by side in the circumferential direction, and teeth 11 fixed to the rotating shaft 8 and extending radially. The child core 12 and the windings 13 a to 13 e wound around the teeth 11 are provided.
整流子セグメント９及びティース１１は、それぞれ周方向に１０個設けられている。すなわち、本実施形態の直流モータは４極１０スロットである。巻線１３ａ〜１３ｅは、その両端が周方向に隣り合う整流子セグメント９に接続され、２つのティース１１に渡って分布巻にて巻回されている。また、１８０度離間した整流子セグメント９同士は、図示しない短絡線によって接続されている。尚、図１では、巻線１３ａ〜１３ｅを模式的に図示している。 Ten commutator segments 9 and teeth 11 are provided in the circumferential direction. That is, the DC motor of this embodiment has 4 poles and 10 slots. Both ends of the windings 13a to 13e are connected to the commutator segments 9 that are adjacent to each other in the circumferential direction, and the windings 13a to 13e are wound by distributed winding over the two teeth 11. Further, the commutator segments 9 separated by 180 degrees are connected to each other by a short-circuit line (not shown). In addition, in FIG. 1, the windings 13a to 13e are schematically illustrated.
一対の給電用ブラシ６，７は、９０°間隔で設けられている。給電用ブラシ６，７は、ステータ４に対して保持された図示しないブラシホルダに保持され、図示しないバネ等の付勢手段により径方向内側端部となる先端部が整流子１０に押圧接触されている。そして、一対の給電用ブラシ６，７は、いずれか一方が２つの整流子セグメント９に当接された状態で、他方が１つの整流子セグメント９にのみ当接された状態となるように設定されている。言い換えると、一対の給電用ブラシ６，７は、同時に２つの整流子セグメント９に当接された状態となることがないように設定されている。 The pair of power feeding brushes 6 and 7 are provided at 90° intervals. The power supply brushes 6 and 7 are held by a brush holder (not shown) held with respect to the stator 4, and the tip end, which is an inner end in the radial direction, is pressed into contact with the commutator 10 by a biasing means such as a spring (not shown). ing. The pair of power feeding brushes 6 and 7 are set so that one of them is in contact with two commutator segments 9 and the other is in contact with only one commutator segment 9. Has been done. In other words, the pair of power feeding brushes 6 and 7 are set so as not to be in contact with the two commutator segments 9 at the same time.
直流モータのモータ本体１は、図示しない減速部のギヤハウジングに接続固定され、該減速部の出力軸は図示しないレギュレータ等を介してウィンドウガラスに駆動連結されている。 The motor body 1 of the DC motor is connected and fixed to a gear housing of a reduction gear unit (not shown), and the output shaft of the reduction gear unit is drivingly connected to the window glass via a regulator (not shown).
図２に示すように、モータ制御装置２１は、車両のバッテリに接続されるとともに前記給電用ブラシ６，７に接続され、モータ電流検出部２２、サンプリング周期記憶部２３、サンプリング部２４、平均演算部２５、及び判定部２６を備えている。 As shown in FIG. 2, the motor control device 21 is connected to the battery of the vehicle and is also connected to the power supply brushes 6 and 7, and the motor current detection unit 22, the sampling period storage unit 23, the sampling unit 24, and the average calculation. The unit 25 and the determination unit 26 are provided.
モータ電流検出部２２は、直流モータの駆動時の電流を検出する。
サンプリング周期記憶部２３は、実用最高回転数における電流の波形の周期の１／２以下の周期をサンプリング周期として記憶している。すなわち、前記実用最高回転数における電流の波形の周期の１／２の周期は、（１／２）×（１／Ｚ（但しＺは、ロータ５の１回転に含まれる電流の波形の周期数（言い換えると波形の山の数）））×（１／Ｎ（但しＮは、実用最高回転数））であって、サンプリング周期Ｔ≦（１／２）×（１／Ｚ）×（１／Ｎ）を満たす。なお、ロータ５の１回転に含まれる電流の波形の周期数（言い換えると波形の山の数）は、給電用ブラシ６，７の整流子セグメント９への接触状態の切り替わり数と対応した数であって、本実施形態では「２０」である。
The motor current detector 22 detects a current when the DC motor is driven.
The sampling cycle storage unit 23 stores, as a sampling cycle, a cycle that is ½ or less of the cycle of the current waveform at the maximum practical rotation speed. That is, the half cycle of the current waveform at the maximum practical rotation speed is (1/2)×(1/Z (where Z is the cycle number of the current waveform included in one rotation of the rotor 5). (In other words, the number of peaks in the waveform))×(1/N (where N is the maximum practical rotation speed)), and the sampling cycle T≦(1/2)×(1/Z)×(1/ N) is satisfied. The number of cycles of the waveform of the current included in one rotation of the rotor 5 (in other words, the number of peaks of the waveform) is a number corresponding to the number of switching of the contact state of the power supply brushes 6 and 7 to the commutator segment 9. Therefore, it is “20” in this embodiment.
詳しくは、本実施形態のサンプリング周期記憶部２３は、実用最高回転数における電流の波形の周期の１／２の周期をサンプリング周期（すなわち、Ｔ＝（１／２）×（１／Ｚ）×（１／Ｎ））として記憶している。なお、前記実用最高回転数は、直流モータを負荷であるウィンドウガラスに駆動連結した状態での最高の回転数（詳しくは回転速度）である。また、本実施形態では、前記実用最高回転数は、バッテリの電圧及び直流モータの温度を考慮した回転数であって、回転数が最も速くなるバッテリの電圧が最高レベルの状態で且つ温度が最高レベルの状態での最高の回転数を用いている。 More specifically, the sampling cycle storage unit 23 of the present embodiment has a sampling cycle (that is, T=(1/2)×(1/Z)×) that is ½ of the cycle of the current waveform at the maximum practical rotation speed. (1/N)). The practical maximum rotation speed is the maximum rotation speed (specifically, the rotation speed) when the DC motor is drivingly connected to the window glass as the load. Further, in the present embodiment, the practical maximum rotation speed is a rotation speed in which the voltage of the battery and the temperature of the DC motor are taken into consideration, and the battery voltage at which the rotation speed is the fastest is at the highest level and the temperature is the highest. It uses the highest speed at the level.
サンプリング部２４は、前記サンプリング周期記憶部２３が記憶したサンプリング周期で電流値をサンプリングする。
平均演算部２５は、前記サンプリング部２４にてサンプリングした電流値の平均値を演算する。
The sampling unit 24 samples the current value at the sampling cycle stored in the sampling cycle storage unit 23.
The average calculator 25 calculates the average value of the current values sampled by the sampling unit 24.
判定部２６は、前記平均演算部２５にて演算された電流値の平均値に基づいて異常負荷を判定する。具体的には、例えば、判定部２６は、平均演算部２５にて演算された電流値の平均値が挟み込み閾値を越えたか否かを判定し、挟み込み閾値を越えたと判定した場合には挟み込みが発生したと判定して、直流モータを反転駆動させる。 The determination unit 26 determines an abnormal load based on the average value of the current values calculated by the average calculation unit 25. Specifically, for example, the determination unit 26 determines whether or not the average value of the current values calculated by the average calculation unit 25 exceeds the entrapment threshold value. If it is determined that the average value exceeds the entrapment threshold value, entrapment is determined. When it is determined that it has occurred, the DC motor is driven in reverse.
次に、上記のように構成されたモータ制御装置２１の動作及び作用について詳述する。
例えば、図３に示すように、直流モータの駆動時にモータ電流検出部２２にて電流Ｉが検出されると、サンプリング部２４にてサンプリング周期記憶部２３が記憶した一定のサンプリング周期で電流値Ｉｓがサンプリングされる。なお、このとき、サンプリング部２４によって、電流Ｉの波形の１周期につき２つ以上の電流値Ｉｓがサンプリングされることになる。すると、平均演算部２５によって、サンプリング部２４にてサンプリングした電流値Ｉｓの平均値Ｉａが演算され、その平均値Ｉａに基づいて判定部２６にて異常負荷が判定される。すなわち、判定部２６によって前記平均値Ｉａが挟み込み閾値を越えたか否かが判定され、挟み込み閾値を越えたと判定されて挟み込みが発生したと判定されると、直流モータが反転駆動される。
Next, the operation and action of the motor control device 21 configured as described above will be described in detail.
For example, as shown in FIG. 3, when the motor current detector 22 detects the current I when the DC motor is driven, the sampling unit 24 detects the current value Is at a constant sampling cycle stored in the sampling cycle storage unit 23. Is sampled. At this time, the sampling unit 24 samples two or more current values Is per cycle of the waveform of the current I. Then, the average calculating unit 25 calculates the average value Ia of the current values Is sampled by the sampling unit 24, and the determining unit 26 determines an abnormal load based on the average value Ia. That is, the determination unit 26 determines whether or not the average value Ia exceeds the entrapment threshold value. If it is determined that the average value Ia exceeds the entrapment threshold value and entrapment occurs, the DC motor is driven in reverse.
次に、上記実施の形態の特徴的な効果を以下に記載する。
（１）電流Ｉの波形の周期の１／２以下の周期をサンプリング周期として電流値をサンプリングするサンプリング部２４と、サンプリング部２４にてサンプリングした電流値Ｉｓの平均値Ｉａを演算する平均演算部２５とを備えるため、電流値の平均値Ｉａを容易且つ高精度に検出することができる。
Next, the characteristic effects of the above embodiment will be described below.
(1) A sampling unit 24 that samples a current value with a cycle that is 1/2 or less of the waveform of the current I as a sampling cycle, and an average calculation unit that calculates an average value Ia of the current values Is sampled by the sampling unit 24. 25, the average value Ia of the current values can be detected easily and with high accuracy.
すなわち、従来のように電流の波形のプラス側のピーク値とマイナス側のピーク値とを全てサンプリングして平均値を演算するといった高負荷な処理を行うことなく、電流Ｉの波形の１周期につき２つ以上の電流値Ｉｓをサンプリングすることで偏りの少ない高精度な平均値Ｉａを検出することができる。これにより、判定部２６にて高精度に異常負荷を判定することができる。 That is, it is not necessary to perform a high-load process such as sampling all plus-side peak values and minus-side peak values of the current waveform and calculating an average value as in the related art, and to perform a cycle of the current I waveform per cycle. By sampling two or more current values Is, a highly accurate average value Ia with less bias can be detected. Accordingly, the determining unit 26 can determine the abnormal load with high accuracy.
（２）実用最高回転数における電流の波形の周期の１／２以下の周期をサンプリング周期として記憶したサンプリング周期記憶部２３を備え、サンプリング部２４は、サンプリング周期記憶部２３に記憶したサンプリング周期で電流値Ｉｓをサンプリングするため、例えばサンプリング周期を可変させる場合に比べて、処理が容易となる。 (2) The sampling cycle storage unit 23 stores a cycle that is ½ or less of the cycle of the current waveform at the maximum practical rotation speed as a sampling cycle, and the sampling unit 24 stores the sampling cycle stored in the sampling cycle storage unit 23. Since the current value Is is sampled, the processing becomes easier as compared with the case where the sampling cycle is changed.
（３）サンプリング周期記憶部２３は、実用最高回転数における電流の波形の周期の１／２の周期をサンプリング周期として記憶するため、サンプリング周期を最も長くして処理を容易としながらも高精度な平均値Ｉａを検出することができる。すなわち、サンプリング周期記憶部２３が、実用最高回転数における電流の波形の周期の１／２の周期よりも短い周期をサンプリング周期として記憶した場合では、サンプリング周期を短くしたことに応じて処理量が増えることになるが、この処理量を最低限とすることができる。言い換えると、実用最高回転数における電流の波形の周期の１／２の周期よりも長い周期をサンプリング周期とした場合では、電流Ｉの波形の１周期につき２つ未満の電流値Ｉｓしかサンプリングできずに偏りの大きい平均値Ｉａとなってしまう虞があるが、これを回避して高精度な平均値Ｉａを検出可能としながら、処理を容易とすることができる。 (3) Since the sampling period storage unit 23 stores a half period of the waveform of the current at the practical maximum rotation speed as the sampling period, the sampling period is set to be the longest to facilitate the processing, but with high accuracy. The average value Ia can be detected. That is, when the sampling cycle storage unit 23 stores a cycle shorter than half the cycle of the waveform of the current at the practical maximum rotation speed as the sampling cycle, the processing amount is reduced in accordance with the shortening of the sampling cycle. Although this will increase, this processing amount can be minimized. In other words, if a cycle longer than half the cycle of the current waveform at the maximum practical speed is used as the sampling cycle, less than two current values Is can be sampled per cycle of the waveform of the current I. Although there is a possibility that the average value Ia has a large deviation, the process can be facilitated while avoiding this and enabling the highly accurate average value Ia to be detected.
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、サンプリング部２４は、サンプリング周期記憶部２３が記憶した一定のサンプリング周期で電流値Ｉｓをサンプリングするとしたが、これに限定されず、例えば、サンプリング周期はそのときの回転数に応じて可変させてもよい。具体的には、例えば、駆動時間等の情報から、そのとき予想される最高の回転数における電流の波形の周期の１／２以下の周期をサンプリング周期として電流値をサンプリングするようにしてもよい。
The present embodiment can be modified and implemented as follows. The present embodiment and the following modified examples can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
In the above embodiment, the sampling unit 24 samples the current value Is at a constant sampling cycle stored in the sampling cycle storage unit 23, but the present invention is not limited to this. For example, the sampling cycle is the number of revolutions at that time. You may change according to it. Specifically, for example, from the information such as the driving time, the current value may be sampled with a cycle of 1/2 or less of the cycle of the current waveform at the highest expected rotation speed at that time as the sampling cycle. ..
・上記実施形態では、サンプリング周期記憶部２３は、実用最高回転数における電流の波形の周期の１／２の周期をサンプリング周期として記憶するとしたが、実用最高回転数における電流の波形の周期の１／２の周期よりも短い周期をサンプリング周期として記憶させてもよい。 In the above-described embodiment, the sampling cycle storage unit 23 stores a half cycle of the current waveform at the maximum practical rotation speed as the sampling cycle. However, the sampling cycle storage unit 23 stores one cycle of the current waveform at the maximum practical rotation speed. A cycle shorter than the cycle of /2 may be stored as the sampling cycle.
・上記実施形態では、実用最高回転数は、バッテリの電圧が最高レベルの状態で且つ温度が最高レベルの状態での最高の回転数を用いているとしたが、これに限定されず、電圧や温度が最高レベルになる希なケースを含めず、例えば、電圧や温度が通常レベルの状態での最高の回転数を実用最高回転数としてもよい。すなわち、実用最高回転数は、通常の環境で偏りの少ない電流値の平均値Ｉａを検出することが可能となる回転数であれば変更してもよい。 In the above-described embodiment, the maximum practical rotation speed is the maximum rotation speed when the battery voltage is at the highest level and the temperature is at the highest level. For example, the highest number of revolutions when the voltage or temperature is at the normal level may be set as the practical highest number of revolutions without including the rare case where the temperature becomes the highest level. That is, the maximum practical rotation speed may be changed as long as it is possible to detect the average value Ia of the current values with little deviation in a normal environment.
・上記実施形態では、直流モータを４極１０スロットのものとし、一対の給電用ブラシ６，７のいずれか一方が２つの整流子セグメント９に当接された状態で他方が１つの整流子セグメント９にのみ当接された状態となるものとしたが、これらの仕様は変更してもよい。 In the above embodiment, the DC motor has 4 poles and 10 slots, and one of the pair of power feeding brushes 6 and 7 is in contact with the two commutator segments 9 while the other is one commutator segment. It is assumed that only 9 is abutted, but these specifications may be changed.
上記実施形態及び変更例から把握できる技術的思想について記載する。
（イ）前記実用最高回転数における電流の波形の周期の１／２の周期は、（１／２）×（１／Ｚ（但しＺは、１回転に含まれる電流の波形の周期数））×（１／Ｎ（但しＮは、実用最高回転数））であるモータ制御装置。
The technical idea that can be understood from the above-described embodiment and modified examples will be described.
(A) The half cycle of the current waveform at the practical maximum rotation speed is (1/2)×(1/Z (where Z is the cycle number of the current waveform included in one rotation)). Motor control device of x (1/N (where N is the practical maximum rotation speed)).
２１…モータ制御装置、２３…サンプリング周期記憶部、２４…サンプリング部、２５…平均演算部、２６…判定部、Ｉ…電流、Ｉａ…平均値、Ｉｓ…サンプリングした電流値。 21... Motor control device, 23... Sampling period storage part, 24... Sampling part, 25... Average calculating part, 26... Judgment part, I... Current, Ia... Average value, Is... Sampled current value.
Claims (4)
前記サンプリング部にてサンプリングした電流値の平均値（Ｉａ）を演算する平均演算部（２５）と
を備えたモータ制御装置。 A sampling unit (24) for sampling the current value (Is) with a cycle of 1/2 or less of the waveform of the current (I) as a sampling cycle;
A motor control device comprising: an average calculation unit (25) for calculating an average value (Ia) of the current values sampled by the sampling unit.
前記サンプリング部は、前記サンプリング周期記憶部が記憶したサンプリング周期で電流値をサンプリングする請求項１に記載のモータ制御装置。 A sampling cycle storage unit (23) that stores a cycle equal to or less than ½ of the cycle of the current waveform at the practical maximum rotation speed as a sampling cycle;
The motor control device according to claim 1, wherein the sampling unit samples the current value at the sampling cycle stored in the sampling cycle storage unit.
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