JP2005110363A - ブラシレスモータの駆動制御装置及び駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ブラシレスモータの回転位置を検知するセンサの位置ずれがあっても駆動回路によるＰＷＭ駆動開始タイミングを適正な状態に容易に補正でき、装置の信頼性及び性能の維持を図れるブラシレスモータの駆動制御装置及び駆動制御方法を提供する
【解決手段】 コントローラ７内には、予め計測しておいた回転位置検出センサ７１の正規位置からの位置ずれ量をメモリに記憶した位置ずれ量記憶手段７６と、これからの情報をもとに回転位置検出センサ７１により実際に検出された回転位置信号のずれを補正する回転位置信号補正手段７５が設けられ、これにより補正された回転位置信号が目標回転数演算手段７３に入力され、駆動回路７２のＰＷＭ駆動開始タイミングを制御するようになされている。
【選択図】図３

Description

この発明は、油圧式パワーステアリング装置等に用いられるブラシレスモータの駆動制御装置及び駆動制御方法に関する。

油圧式パワーステアリング装置では、油圧ポンプをブラシレスモータにより駆動し、車速、あるいは舵角速度等の車両走行条件に応じた油圧によって所要のアシスト力を得ている電動ポンプ式のものがある。この種の油圧式パワーステアリング装置では、車速或いは舵角速度と目標とするモータの回転数との関係を予めメモリに記憶しておく。そして、モータ回転位置検出センサを介してモータの回転を検出し、検出した実際の回転数とメモリの目標回転数との偏差を求め、偏差が常に所定値以下になるようにモータの回転数を制御し、必要なアシスト力を得るようにしている。

特開平１０−７０８９４号公報（段落０００３及び図６）

ところで、ブラシレスモータを駆動する場合は、実際にはモータの回転位置を検知するセンサ、例えば、ホール素子からなる３個のセンサデバイスからの出力に基づいてＰＷＭ駆動を行う駆動回路のパワートランジスタの駆動開始タイミングを制御するため、上記センサを構成する３個のホール素子が１２０°づつ均等な間隔で配置されていない場合は、駆動回路のパワートランジスタの駆動開始タイミングがずれることになる。
この結果、ブラシレスモータの回転数が規定の回転数に達しないという問題を生じると共に、駆動回路が短絡されパワートランジスタが破壊する恐れがある。
このため、工場における装置の検査時等では、予めブラシレスモータのロータ位置を検出するセンサをある適切な位置に配置してモータを一定時間運転させその回転数を別途の検出装置で検出させると共に、この検出状況とこのときのモータ電流等をモニターするようにしてセンサ位置の調整を行っているが、多くの調整工数を必要としかつ別途の回転数検出装置が必要になるため装置のコストが上昇するという問題があった。

この発明は、上記のような点に鑑み、ブラシレスモータの回転位置を検知するセンサの位置ずれがあっても駆動回路によるＰＷＭ駆動開始タイミングを適正な状態に容易に補正でき、装置の信頼性及び性能の維持を図れるブラシレスモータの駆動制御装置及び駆動制御方法を提供することを目的とする。

この発明は、目標モータ回転数と実際の回転数との偏差に応じてＰＷＭ駆動を行う駆動回路によりブラシレスモータの回転数を制御すると共に、上記ブラシレスモータの回転位置を検出する回転位置検出センサの回転位置信号に基づき、上記駆動回路のＰＷＭ駆動開始タイミングを制御するブラシレスモータの駆動制御装置において、予め計測された回転位置検出センサの正規位置からの位置ずれ量を記憶する位置ずれ量記憶手段と、この位置ずれ量記憶手段に記憶された位置ずれ量に応じて上記回転位置検出センサの回転位置信号を補正する回転位置信号補正手段とを備えている。

この発明によれば、回転位置検出センサの取り付け誤差等による回転位置信号のずれがあっても駆動回路によるＰＷＭ駆動開始タイミングを適正な状態に補正し、所望のモータ出力特性を得ることができると共に、駆動回路を構成するパワートランジスタの短絡破壊を防止することができ、装置の信頼性及び性能の維持を図ることができる。

実施の形態
図１はこの発明を適用した電動ポンプ油圧式パワーステアリング装置の構成を示す図であり、図中において、ステアリングギヤ１は、図示しない自動車等の車両の左、右操舵輪にナックルアームを介して連結されるタイロッド２が設けられている。このステアリングギヤ１は、周知のように舵取りハンドル３の舵取り操作がステアリングシャフト４により伝達されることにより油圧流路を切換える流路切換弁と、舵取り操作をタイロッド２側に伝達する伝達部と、左、右室のいずれかに油圧を導入することで舵取り操作に応じたアシスト力を発生させるパワーシリンダを備えている。
また、オイルポンプ部１０は電動モータにより駆動されてステアリングギヤ１に油圧配管９を介して圧油を送るものであり、オイルポンプ５とこれを駆動する電動モータであるＤＣブラシレスモータ６と、ポンプ５の周囲を覆うケーシングによるオイルタンク８、さらにこの電動モータを最適に制御するコントローラ７によって構成される。

また、図２は、ブラシレスモータ６及びブラシレスモータをＰＷＭ駆動する駆動回路の一例を示す図であり、ブラシレスモータ６をＰＷＭ駆動する場合、６個のトランジスタＱ１〜Ｑ６のうち、上段のパワートランジスタＱ１〜Ｑ３の中から任意のトランジスタを選択してオンすると同時に、下段のパワートランジスタＱ４〜Ｑ６の中からも任意のトランジスタを選択してオンするような動作を順次繰り返して、ブラシレスモータ６内の各電機子コイルの通電と通電方向の変化を行い、これによりブラシレスモータ６の図示しないロータを所定の回転速度で回転させる。
なお、各トランジスタをオンさせる場合、上段の例えばトランジスタＱ１とこれに直列接続される下段のトランジスタＱ４とを同時にオンすると、トランジスタＱ１，Ｑ４がショートして破壊するため、互いに直列接続され対となるトランジスタは同時にオンしないように制御する必要がある。

さらに、図３は、前述のブラシレスモータ６の駆動制御を行うコントローラ７の制御ブロック図である。
このブラシレスモータ６は同図に示すように３相モータであり、図２に示した６個のパワートランジスタＱ１〜Ｑ６からなる駆動回路７２によりPWM駆動される。
そして、ブラシレスモータ６のロータ回転位置は回転位置検出センサ７１により検出される。この回転位置検出センサ７１は後述の図４に示すようにようにコントローラ７の基板上に互いに１２０゜毎の間隔で配置される３個のホール素子Ｈ１〜Ｈ３からなり、ロータ６１とは非接触となっている。

この回転位置検出センサ７１からの回転位置信号は、回転数演算手段７４に入力され、この信号を基に回転数が演算される。回転数演算手段７４の出力は駆動回路７２を制御する目標回転数演算手段７３に入力される。
この目標回転数演算手段７３は、車両の舵取り操作に伴う舵角及び舵角速度を検出する舵角センサ１１と車速を検出する車速センサ１２の信号に基づき、予めメモリに記憶された目標とするモータの回転数と、目標回転数演算手段７３から入力された実際の回転数との偏差を求め、偏差が常に所定値以下になるようにモータの回転数を制御し、必要なアシスト力を得るように駆動回路７２のＰＷＭ駆動を行っている。
なお、このこの目標回転数演算手段７３は、例えば、特開２００１−１０３７７６号公報に示されるように、モータの実際の回転数をフィードバックして目標回転数との回転偏差に基づき、比例制御と積分制御により制御電圧を設定し、これにより駆動回路のＰＷＭ駆動を制御し、モータの回転数を制御するように構成できる。

さらにこれに加え、コントローラ７内には、予め計測しておいた回転位置検出センサ７１の正規位置からの位置ずれ量をメモリに記憶した位置ずれ量記憶手段７６と、これからの情報をもとに回転位置検出センサ７１により実際に検出された回転位置信号のずれを補正する回転位置信号補正手段７５が設けられ、後述するように、これにより補正された回転位置信号が目標回転数演算手段７３に入力され、駆動回路７２のＰＷＭ駆動開始タイミングを制御するようになされている。

なお、回転位置検出センサ７１の位置ずれ量は、回転位置検出センサ７１を構成するよう取り付け基板上に取り付けられたホール素子と、その取り付け基板が固定されたコントローラに対し、モータのロータの基準位置からの角度を回転方向にステップ的（例えば０．１°毎）に回転させ、ロータ磁極の切換わり位置（例えばＳ→Ｎ）がホール素子上を通過する際のホール素子出力変化を検出し、このときの基準位置からの角度を計測することにより求めることができる。これを複数の他のホール素子についても同様に行い、位置ずれ量の計測を行う。
また、回転位置検出センサ７１の位置ずれ量には、これを構成するホール素子の取り付け基板上の取り付け誤差、その取り付け基板のコントローラ７上への組み付け誤差、そのコントローラ７とブラシレスモータ６のロータ及び位置検出のための磁石位置との組み付け誤差の一部あるいはすべてが含まれる。
また、センサ位置ずれ量記憶手段７６としては、マイクロコンピュータ上のフラッシュメモリ、あるいはEEPROMを用いることにより、各コントローラ７ごとに補正を行うことが容易となる。

次に、図４の制御フローを用いてコントローラ７の制御動作について説明する。目標回転数演算手段７３は、ステップ１０１、１０２において舵角センサ１１から舵角速度、車速センサ１２から車速情報を読み込み目標回転数を演算し、ステップ１０３において回転数演算手段７４が回転位置センサ７１の出力信号から実際の回転数を演算する。そしてステップ１０４において目標回転数演算手段７３は目標回転数と実回転数を比較し、両者の差が所定値より大きい場合にはステップ１０５においてその偏差に応じてＰＷＭ駆動量を変更する。一方、回転位置信号補正手段７５は、ステップ１０６において回転位置センサ７１の出力信号と位置ずれ量記憶手段７６に記憶してある位置ずれ量から位置センサ７１の出力信号のずれ量を補正し、補正された回転位置信号により適正なＰＷＭ駆動開始タイミングを演算する。最後にステップ１０７において、変更されたＰＷＭ駆動量及びＰＷＭ駆動開始タイミングに基づきＰＷＭ駆動制御を実行する。

さらに、図５〜図９によりコントローラ７によるＰＷＭ駆動開始タイミングの補正動作の一例について説明する。
図５は、ブラシレスモータ６の出力軸方向から、ロータの磁極位置と回転位置検出センサ７１との位置関係を示した図である。回転位置検出センサ７１を構成する３つのホール素子Ｈ１〜Ｈ３は、互いに電気角１２０゜（機械角４０°）毎の間隔で同心円状に配置され、ＮＳ極３対の磁石が配置されたロータ６１がＣＣＷ（反時計回り）方向に回転するとき、ホール素子Ｈ１〜Ｈ３上をＮＳ極が切換わる時にホール素子出力が変化する。そのときの出力変化を図６に示す。
そして、３相ブラシレスモータ６はこの３つのホール素子出力に基づいて所定のタイミングで駆動される。ホール素子Ｈ１立上りから、ホール素子Ｈ３立下りを例に、対応するＶ相ＰＷＭ駆動開始タイミングについて説明する。
ホール素子Ｈ１立上りエッジからＨ３立下りエッジ間（電気角６０°）に計測した時間Ｔから、次の３０°周期（Ｔ／２）を求める。この位置を角度基準位置とする。（図７）
実際のＰＷＭ駆動開始位置は、出力特性が最適となるように所定のオフセット進角量（XMTR_KDT）だけ進角させている。したがって、Ｈ３立下りからＰＷＭ駆動開始位置までの時間Ｔｐｗｍは
Ｔｐｗｍ ＝ Ｔ／２ − XMTR_KDT
となる。

ここで、ホール素子Ｈ１の正規立上り位置に対し進角側に３°（電気角）、Ｈ３立下り位置に対し遅角側に３°（電気角）ずれた場合を想定する。（図８）
ホール素子Ｈ１立上りエッジからＨ３立下りエッジ間（電気角６０°）に計測した時間Ｔｘｘから、次の３０°周期（Ｔｘｘ／２）を求める。このとき計測したＴｘｘはホール位置ずれにより電気角６６°分の時間となっているため、角度基準位置は図７のとおりＨ３立下りエッジから３３°の位置となる。さらに、Ｈ３立下りエッジは正規の位置から３°遅れているため、全体としては６°遅延することになる。
この発明においては、前述したように回転位置検出センサ７１を構成するホール素子の正規位置からの角度位置ずれ量を各コントローラ７の位置ずれ量記憶手段７６に記憶しておき、実際の駆動制御時に回転位置信号補正手段７５によりその位置ずれ量を補正して、補正された回転位置信号を目標回転数演算手段７３に入力し、駆動回路７２のＰＷＭ駆動開始タイミングを制御するようになされている。

以下に、各ホール素子Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３の位置ずれ量をθｎとして、ホール素子Ｈ３立下りからＰＷＭ駆動開始位置までの時間Ｔｐｗｍに対する補正について説明する。（図９）
各ホール素子調整値をθn（°）とすると計測されたエッジ期間Ｔｘｘは各ホール素子の位置ずれ量を含むため、下記となる。
Ｔｘｘ ＝ Ｔ − Ｔ×θ１／60°＋ Ｔ×θ３／60°・・・・・式（１）
＝ Ｔ × （60＋θ３−θ１）／60

したがって、正規の電気角６０°分の周期Ｔは
Ｔ ＝ Ｔｘｘ × 60／（60＋θ３−θ１）
また、Ｈ３立下り位置の補正量を考慮した「Ｈ３立下りからＰＷＭ駆動開始位置までの時間Ｔｐｗｍ」は、オフセット進角量をＴKDTとすると、

Ｔｐｗｍ ＝ Ｔ／２ − ＴKDT − Ｔ×θ３／60°・・・・・式（２）
となる。

このように各ホール素子の位置ずれ量に応じてＰＷＭ駆動タイミングを制御することにより、例えば、図１０のブラシレスモータの負荷トルクに対する回転速度の特性（Ｎ−Ｔ特性）に示すように、回転位置検出センサが進角方向に機械角で１°ずれた場合の特性Ａや遅角方向に機械角で１°ずれた場合の特性Ｂを補正し、モータの出力特性を回転位置検出センサの位置ずれがない場合の最適な特性Ｃに設定することができる。

この発明はブラシレスモータの駆動制御及びブラシレスモータを用いた油圧式パワーステアリングに用いることができる。

この発明を適用した電動ポンプ油圧式パワーステアリング装置の構成図である。 この発明に用いるブラシレスモータ及びその駆動回路の一例を示す図である。 この発明の実施の形態を示す制御ブロック図である。 コントローラの制御動作を説明するための制御フロー図である。 ブラシレスモータのロータと回転位置検出センサを構成するホール素子との位置関係を示す図である。 ホール素子の出力タイミングを説明するための図である。 ホール素子出力に対するPWM駆動開始タイミングを説明するための図である。 ホール素子の位置ずれによる影響を説明するための図である。 ホール素子の位置ずれ量の補正方法を説明するための図である。 ブラシレスモータの負荷トルクに対する回転速度の特性図である。

符号の説明

６ ブラシレスモータ
７ コントローラ
７１ 回転位置検出センサ
７２ 駆動回路
７３ 目標回転数演算手段
７４ 回転数演算手段
７５ 回転位置信号補正手段
７６ 位置ずれ量記憶手段
Ｑ１〜Ｑ６ パワートランジスタ
Ｈ１〜Ｈ３ ホール素子

Claims (7)

1. 目標モータ回転数と実際の回転数との偏差に応じてＰＷＭ駆動を行う駆動回路によりブラシレスモータの回転数を制御すると共に、上記ブラシレスモータの回転位置を検出する回転位置検出センサの回転位置信号に基づき、上記駆動回路のＰＷＭ駆動開始タイミングを制御するブラシレスモータの駆動制御装置において、
   予め計測された回転位置検出センサの正規位置からの位置ずれ量を記憶する位置ずれ量記憶手段と、
   この位置ずれ量記憶手段に記憶された位置ずれ量に応じて上記回転位置検出センサの回転位置信号を補正する回転位置信号補正手段とを
   備えたブラシレスモータの駆動制御装置。
2. 上記位置ずれ量記憶手段は、マイクロコンピュータ上のフラッシュメモリまたはＥＥＰＲＯＭであることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータの駆動制御装置。
3. 上記回転位置検出センサは複数のホール素子で構成され、上記位置ずれ量は、これらのホール素子の取り付け基板上の取り付け誤差、その取り付け基板のコントローラ上への組み付け誤差、そのコントローラとロータ及び位置検出のための磁石位置との組み付け誤差のいずれかを含むことを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータの駆動制御装置。
4. 車両の車速と舵角及び舵角度速度とに基づき目標モータ回転数を演算し、実際の回転数との偏差が所定値以下になるように上記駆動回路の制御を行う目標回転数演算手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータの駆動制御装置。
5. 上記目標回転数演算手段は、上記駆動回路を構成するパワートランジスタの駆動開始タイミングを制御することを特徴とする請求項４記載のブラシレスモータの駆動制御装置。
6. 上記ブラシレスモータは、油圧式パワーステアリング装置の油圧ポンプを駆動することを特徴とする請求項４記載のブラシレスモータの駆動制御装置。
7. 目標モータ回転数と実際の回転数との偏差に応じてＰＷＭ駆動を行う駆動回路によりブラシレスモータの回転数を制御すると共に、上記ブラシレスモータの回転位置を検出する回転位置検出センサの回転位置信号に基づき、上記駆動回路によるＰＷＭ駆動開始タイミングを制御するブラシレスモータの駆動制御方法において、
   予め計測された回転位置検出センサの正規位置からの位置ずれ量を記憶し、この記憶された位置ずれ量に応じて上記回転位置検出センサの回転位置信号を補正するようにしたことを特徴とするブラシレスモータの駆動制御方法。

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