JP2004215381A

JP2004215381A - モータ制御装置

Info

Publication number: JP2004215381A
Application number: JP2002381299A
Authority: JP
Inventors: Hideki Shironokuchi; 秀樹城ノ口
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP4016835B2

Abstract

【課題】１２０度通電方式から１８０度通電方式への切替時における電動モータの回転速度の急変を防止する。
【解決手段】１８０度通電方式での電動モータ１の駆動時には、１８０度の通電期間が、１２０度の電気角に相当する中期間と、その中期間の前後３０度の電気角にそれぞれ相当する前期間および後期間とに分けられる。電動モータ１の駆動方式が１２０度通電方式から１８０度通電方式に切り替えられた直後は、前期間および後期間におけるＰＷＭデューティが、中期間におけるＰＷＭデューティの１／２の値にそれぞれ設定される。そして、電動モータ１の駆動制御が進むにつれて、前期間および後期間におけるＰＷＭデューティが徐々に上げられていき、最終的には、前期間および後期間におけるＰＷＭデューティが中期間におけるＰＷＭデューティに等しくされる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動モータを制御するためのモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、ステアリング機構に結合されたパワーシリンダにオイルポンプからの作動油を供給することによって、ステアリングホイールの操作を補助するパワーステアリング装置では、オイルポンプの駆動源として３相ブラシレスモータが用いられており、この３相ブラシレスモータがステアリングホイールの操舵角速度に応じた目標回転速度で回転されるように、３相ブラシレスモータに供給される駆動電力が制御される。
【０００３】
３相ブラシレスモータの駆動方式として、１２０度通電方式と１８０度通電方式とが一般に知られている。パワーステアリング装置では、定電圧発生源である車載バッテリを電源としているにもかかわらず、３相ブラシレスモータに対して大きな回転速度が求められることから、１２０度通電方式よりも速度制御可能範囲の広い１８０度通電方式が採用されている。しかしながら、３相ブラシレスモータの回転速度によっては、１８０度通電方式よりも１２０度通電方式の方が効率が高くなる場合があり、１８０度通電方式のみで駆動するのは効率面から最適とは言えない。
【０００４】
そこで、３相ブラシレスモータの目標回転速度に応じて、３相ブラシレスモータの駆動方式を１２０度通電方式と１８０度通電方式とに切り替えることが考えられる。たとえば、１２０度通電方式で駆動する３相ブラシレスモータの回転速度が飽和した状態で、その飽和回転速度よりも大きな目標回転速度が設定されたことに応答して、３相ブラシレスモータの駆動方式を１２０度通電方式から１８０度通電方式に切り替える。これにより、３相ブラシレスモータの低中速回転域では、１２０度通電方式によって３相ブラシレスモータを高効率で駆動することができ、この１２０度通電方式では達成不可能な回転速度を、１８０度通電方式で３相ブラシレスモータを駆動することによって達成できる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３５２７７７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、３相ブラシレスモータの駆動方式を１２０度通電方式から１８０度通電方式に切り替えると、その瞬間に、モータ回転速度が急激に変化するため、モータ回転速度を上昇させるエネルギーによるピーク電流が３相ブラシレスモータに流れ、このピーク電流によって３相ブラシレスモータが急加速するため、ステアリング機構に機械的な衝撃が加わるという問題があった。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、１２０度通電方式から１８０度通電方式への切替時における電動モータの回転速度の急変を防止できるモータ制御装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、駆動回路（２）から電動モータ（１）への駆動電流の供給をＰＷＭ制御して、電動モータを目標回転速度で回転させるモータ制御装置であって、電動モータの駆動方式を１２０度通電方式から１８０度通電方式に切り替える駆動方式切替手段（３５）と、１２０度通電方式での電動モータの駆動時に、目標回転速度に応じて、１２０度通電期間に駆動回路へ与えるべきＰＷＭパルス信号のデューティを設定する１２０度通電時デューティ設定手段（３３）と、１８０度通電方式での電動モータの駆動時に、１８０度通電期間を前期間、中期間および後期間に分割し、目標回転速度に基づいて、各期間に駆動回路へ与えるべきＰＷＭパルス信号のデューティを設定する１８０度通電時デューティ設定手段（３４）とを含むことを特徴とするモータ制御装置である。
【０００９】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
上記の構成によれば、たとえば、電動モータの低中速回転域では、１２０度通電方式によって電動モータを高効率で駆動することができ、この１２０度通電方式では達成不可能な回転速度は、１８０度通電方式で電動モータを駆動することによって達成できる。
【００１０】
また、１８０度通電方式での電動モータの駆動時には、１８０度の通電期間が前期間、中期間および後期間に分割され、各期間に駆動回路へ与えるべきＰＷＭパルス信号のデューティ（ＰＷＭデューティ）が個別に設定される。たとえば、電動モータの駆動方式が１２０度通電方式から１８０度通電方式に切り替えられた直後は、前期間および後期間におけるＰＷＭデューティを中期間におけるＰＷＭデューティよりも小さく設定し、その後、電動モータの駆動制御が進むにつれて、前期間および後期間におけるＰＷＭデューティを徐々に上げていくようにすれば、１２０度通電方式から１８０度通電方式への切替時におけるピーク電流の発生を抑えることができ、ピーク電流による駆動回路中のスイッチング素子（ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬ）の過電流破壊を防止できる。また、ピーク電流による電動モータの回転速度の急変を防止することができ、電動モータの回転速度の急変による機械的な衝撃の発生を防止することができる。
【００１１】
なお、このような作用効果を達成するために、上記１８０度通電時デューティ設定手段は、請求項２に記載のように、中期間におけるＰＷＭパルス信号のデューティを目標回転速度に応じた値に設定する中期間デューティ設定手段（３４１）と、上記駆動方式切替手段によって電動モータの駆動方式が１２０度通電方式から１８０度通電方式に切り替えられた後、前期間および後期間におけるＰＷＭパルス信号のデューティを上記中期間デューティ設定手段によって設定されたデューティよりも小さい値からその中期間デューティ設定手段によって設定されたデューティまで漸増するように設定する前後期間デューティ設定手段（３４２，３４３）とを含むものであってもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す図である。このモータ制御装置は、３相ブラシレスモータからなる電動モータ１を制御対象とするものであり、電動モータ１の駆動電力を生成する駆動回路２と、この駆動回路２を制御するための制御部３とを備えている。
【００１３】
電動モータ１は、Ｕ相界磁コイル１１Ｕ、Ｖ相界磁コイル１１ＶおよびＷ相界磁コイル１１Ｗを有するステータと、これらの界磁コイル１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗからの反発磁界を受ける永久磁石が固定されたロータとを備え、このロータの回転位置が回転位置センサ１２によって検出されるようになっている。回転位置センサ１２は、ロータの回転位置を３０ｄｅｇ／３６０ｄｅｇ（＝１／１２）以上の分解能で検出可能なものであり、その検出信号は、制御部３に入力されるようになっている。
【００１４】
駆動回路２は、３相ブリッジインバータ回路であり、電動モータ１のＵ相に対応した一対の電界効果トランジスタＵＨ，ＵＬの直列回路と、Ｖ相に対応した一対の電界効果トランジスタＶＨ，ＶＬの直列回路と、Ｗ相に対応した一対の電界効果トランジスタの直列回路ＷＨ，ＷＬとを、直流電源４とアース５との間に並列に接続して構成されている。電動モータ１のＵ相界磁コイル１１Ｕは、電界効果トランジスタＵＨ，ＵＬの間の接続点に接続されており、Ｖ相界磁コイル１１Ｖは、電界効果トランジスタＶＨ，ＶＬの間の接続点に接続されており、Ｗ相界磁コイル１１Ｗは、電界効果トランジスタの直列回路ＷＨ，ＷＬの間の接続点に接続されている。
【００１５】
制御部３は、マイクロコンピュータを含む構成であって、このマイクロコンピュータが実行するプログラム処理により、電動モータ１の目標回転速度を設定する目標回転速度設定部３１、回転位置センサ１２の検出信号に基づいて、電動モータ１の回転速度を演算する回転速度演算部３２、電動モータ１を１２０度通電方式で駆動するために必要な演算を行う１２０度通電演算部３３、電動モータ１を１８０度通電方式で駆動するために必要な演算を行う１８０度通電演算部３４、電動モータ１の駆動方式を１２０度通電方式と１８０度通電方式とに切り替える駆動方式切替部３５、および１２０度通電演算部３３または１８０度通電演算部３４の演算結果に基づいて、目標回転速度を達成するために駆動回路２の電界効果トランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬに与えるべき駆動信号を生成する駆動信号生成部３６の各機能を実現する。
【００１６】
このモータ制御装置がパワーステアリング装置に備えられた電動モータ（オイルポンプを駆動するための電動モータまたは操舵補助力の発生源としての電動モータ）を制御するために用いられる場合、制御部３に含まれるマイクロコンピュータは、電子制御ユニット（ＥＣＵ）に備えられているマイクロコンピュータであってもよく、また、目標回転速度設定部３１は、ステアリングホイールの操舵角速度および車速に基づいて、電動モータ１の目標回転速度を設定するものであってもよい。
【００１７】
駆動信号生成部３６は、たとえば、駆動回路２の電界効果トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨに対して、電気角で１２０度または１８０度に相当する期間だけ順にオン状態とする信号を与える一方で、電界効果トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬに対しては、ＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）パルスからなる駆動信号を与えるようになっている。
１２０度通電方式での電動モータ１の駆動時に、駆動信号生成部３６から電界効果トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬに与えられるＰＷＭパルス信号のデューティ（ＰＷＭデューティ）は、１２０度通電演算部３３によって演算される。すなわち、１２０度通電演算部３３は、１２０度通電方式による電動モータ１の駆動時に、目標回転速度設定部３１が設定した目標回転速度に応じたＰＷＭデューティを設定するデューティ設定部３３１を有している。デューティ設定部３３１は、目標回転速度設定部３１が設定した目標回転速度と回転速度演算部３２が演算した回転速度との偏差に基づいて、ＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ：比例積分）制御演算を行い、電動モータ１に印加すべき制御電圧値を求め、この制御電圧値に応じたＰＷＭデューティを設定する。
【００１８】
１２０度通電演算部３３が１００％未満のＰＷＭデューティを設定している限りにおいて、その１２０度通電演算部３３が設定したＰＷＭデューティが駆動信号生成部３６に与えられる。そして、駆動信号生成部３６は、１２０度通電演算部３３から与えられたＰＷＭデューティおよび回転位置センサ１２によって検出されるロータの回転位置に基づいて、１２０度通電方式に従う駆動信号を生成する。電界効果トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨに対しては、電気角で１２０度の期間にわたってオン状態とする駆動信号を１２０度ずつ位相をずらして与える。その一方で、電界効果トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬには、１２０度通電演算部３３が設定したＰＷＭデューティのＰＷＭパルス信号を与える。これにより、そのＰＷＭデューティに応じた駆動電圧が駆動回路２から電動モータ１に印加され、電動モータ１が目標回転速度設定部３１によって設定された目標回転速度で駆動される。
【００１９】
１２０度通電演算部３３が１００％のＰＷＭデューティを設定し、１２０度通電方式でのＰＷＭ制御による通電が飽和した状態において、その時の電動モータ１の回転速度（飽和回転速度）よりも大きな目標回転速度を目標回転速度設定部３１が設定すると、駆動方式切替部３５によって電動モータ１の駆動方式が１２０度通電方式から１８０度通電方式に切り替えられて、１８０度通電演算部３４が設定したＰＷＭデューティが駆動信号生成部３６に与えられる。
【００２０】
１８０度通電方式でのＰＷＭ制御において、目標回転速度設定部３１が設定した目標回転速度は、電界効果トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨに対して、電気角で１８０度の期間にわたってオン状態とする駆動信号を１２０度ずつ位相をずらして与える一方で、電界効果トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬに対しては、１８０度の通電期間中、目標回転速度に応じた一定のＰＷＭデューティのＰＷＭパルス信号を与えることにより達成できる。ところが、１２０度通電方式から１８０度通電方式に切り替えた後、直ちに、その目標回転速度に応じたＰＷＭデューティのＰＷＭパルス信号を１８０度の通電期間中にわたって電界効果トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬに与えると、電動モータ１に瞬時的に過大な電流（ピーク電流）が流れ、このピーク電流によって３相ブラシレスモータが急加速するために、電動モータ１に機械的な衝撃が加わるおそれがある。また、そのようなピーク電流は、電界効果トランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬの過電流破壊を生じるおそれがある。
【００２１】
そこで、この実施形態では、図２に示すように、１８０度の通電期間が、１２０度の電気角に相当する中期間と、その中期間の前後３０度の電気角にそれぞれ相当する前期間および後期間とに分けられて、各期間におけるＰＷＭデューティが個別に設定されるようになっている。
すなわち、１８０度通電演算部３４は、中期間におけるＰＷＭデューティを設定する中期間デューティ設定部３４１、前期間におけるＰＷＭデューティを設定する前期間デューティ設定部３４２、および後期間におけるＰＷＭデューティを設定する後期間デューティ設定部３４３とを有している。中期間デューティ設定部３４１は、目標回転速度設定部３１が設定した目標回転速度と回転速度演算部３２が演算した回転速度との偏差に基づいてＰＩ制御演算を行い、電動モータ１に印加すべき制御電圧値を求めて、この制御電圧値に応じたＰＷＭデューティを設定する。前期間デューティ設定部３４２および後期間デューティ設定部３４３は、駆動方式切替部３５によって電動モータ１の駆動方式が１２０度通電方式から１８０度通電方式に切り替えられた直後には、前期間および後期間におけるＰＷＭデューティを、中期間デューティ設定部３４１によって設定されたＰＷＭデューティよりも小さな値（たとえば、中期間デューティ設定部３４１によって設定されたＰＷＭデューティの１／２の値）に設定する。そして、電動モータ１の駆動制御が進むにつれて、前期間および後期間におけるＰＷＭデューティを徐々に上げていき、最終的には、前期間および後期間におけるＰＷＭデューティを中期間におけるＰＷＭデューティに一致させる。このように前期間および後期間におけるＰＷＭデューティを制御することにより、１２０度通電方式から１８０度通電方式への切替時に、ピーク電流の発生を抑えることができ、電動モータ１の回転速度の急変を防止することができる。
【００２２】
なお、１８０度通電方式から１２０度通電方式への切替えは、たとえば、目標回転速度設定部３１によって、目標回転速度が１２０度通電方式から１８０度通電方式に切り替えられた時点における電動モータ１の回転速度（上記飽和回転速度）以下に設定されたことに応答して行われる。
以上のように、この実施形態によれば、電動モータ１の低中速回転域では、１２０度通電方式によって電動モータ１を高効率で駆動することができ、この１２０度通電方式では達成不可能な回転速度は、１８０度通電方式で電動モータ１を駆動することによって達成できる。
【００２３】
また、１２０度通電方式から１８０度通電方式への切替時には、ピーク電流の発生を抑えることができ、電動モータ１の回転速度の急変を防止することができるから、ピーク電流による電界効果トランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬの過電流破壊や電動モータ１の回転速度の急変による機械的な衝撃を生じるおそれがない。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、上記の実施形態では、１８０度の通電期間を１２０度の電気角に相当する中期間とその中期間の前後３０度の電気角にそれぞれ相当する前期間および後期間とに分けているが、前期間、中期間および後期間の幅は、それぞれ任意に設定することができ、たとえば、それぞれ６０度の電気角に相当する幅に設定されてもよい。
【００２４】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す図である。
【図２】１８０度通電期間の分割について説明するための図である。
【符号の説明】
１電動モータ
２駆動回路
３制御部
３１目標回転速度設定部
３２回転速度演算部
３３１２０度通電演算部
３４１８０度通電演算部
３５駆動方式切替部
３６駆動信号生成部
３３１デューティ設定部
３４１中期間デューティ設定部
３４２前期間デューティ設定部
３４３後期間デューティ設定部

Claims

駆動回路から電動モータへの駆動電流の供給をＰＷＭ制御して、電動モータを目標回転速度で回転させるモータ制御装置であって、
電動モータの駆動方式を１２０度通電方式から１８０度通電方式に切り替える駆動方式切替手段と、
１２０度通電方式での電動モータの駆動時に、目標回転速度に応じて、１２０度通電期間に駆動回路へ与えるべきＰＷＭパルス信号のデューティを設定する１２０度通電時デューティ設定手段と、
１８０度通電方式での電動モータの駆動時に、１８０度通電期間を前期間、中期間および後期間に分割し、目標回転速度に基づいて、各期間に駆動回路へ与えるべきＰＷＭパルス信号のデューティを設定する１８０度通電時デューティ設定手段と
を含むことを特徴とするモータ制御装置。
上記１８０度通電時デューティ設定手段は、中期間におけるＰＷＭパルス信号のデューティを目標回転速度に応じた値に設定する中期間デューティ設定手段と、上記駆動方式切替手段によって電動モータの駆動方式が１２０度通電方式から１８０度通電方式に切り替えられた後、前期間および後期間におけるＰＷＭパルス信号のデューティを上記中期間デューティ設定手段によって設定されたデューティよりも小さい値からその中期間デューティ設定手段によって設定されたデューティまで漸増するように設定する前後期間デューティ設定手段とを含むものであることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。