JP2005237049A - 界磁電流補正制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電流検出用抵抗の温度変化の影響を回避し、モータの界磁電流を高精度に検出して制御することを課題とする。
【解決手段】 モータ２の界磁コイル３に供給される界磁電流を電流検出用抵抗１１に通電し、電流検出用抵抗１１の両端の電圧に基づいて電流検出回路１２で検出された界磁電流を、電流検出用抵抗１１の温度変化による抵抗値の変化量に基づいて電流補正部１７３で補正し、補正された界磁電流と目標電流との比較結果に基づいて、界磁電流が目標電流となるように界磁電流をＣＰＵ１７で制御して構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電流検出用抵抗により検出された界磁電流に基づいて、モータの界磁電流を高精度に制御する界磁電流補正制御装置に関する。

電流を検出する手段の一つとして、電流検出用抵抗の両端の電圧を検出し、検出した電圧と電流検出用抵抗の抵抗値に基づいて電流を検出する手法は、従来から一般的に知られている。

このような手法を利用して電流を検出する従来の技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている（特許文献１、特許文献２参照）。特許文献１に記載された技術では、電流検出用抵抗の両端の電圧を差動増幅回路で検出し、検出した電圧に基づいて駆動コイルを流れる負荷電流ｉＬを検出している。また、特許文献２に記載された技術では、負荷となるソレノイドを流れる電流を、ソレノイドの負荷抵抗を利用して電流値の補正を行っている。
特開２０００−１０５６１２ 特開平９−１４４８６号公報

上記特許文献１に記載された従来の電流検出手法においては、電流検出用抵抗に電流が流れると、電流検出用抵抗は発熱して抵抗の温度が上昇する。これにより、電流検出用抵抗の抵抗値は変化し、抵抗値の変化により検出される電流値に誤差が生じることになる。したがって、電流を正確に検出できず、検出した電流に基づいて制御対象となる各種機器を制御する場合に、制御対象を精度良く制御することができないといった不具合を招いていた。

そこで、このような不具合を回避するために、電流検出用抵抗として、温度による抵抗変動が少ない温度特性の優れた抵抗を用いることが考えられる。しかし、一般的に温度特性の優れた抵抗は高価であるため、装置全体としてのコストが上昇してしまうという不具合を招くことになる。

一方、上記特許文献２に記載された従来の電流検出手法においては、温度変化によるソレノイドの抵抗変化の影響を少なくするために、基準ＰＷＭ指令値と実ＰＷＭ指令値との変化量を計算し、この変化量に基づいてソレノイドの抵抗値を推定しているが、このような手法にあっては電圧変動の誤差を吸収することはできない。

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電流検出用抵抗の温度変化の影響を回避し、モータの界磁電流を高精度に検出して制御できる界磁電流補正制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、界磁電流をモータに供給する界磁電流供給手段と、前記モータに供給される界磁電流を電流検出用抵抗に通電し、前記電流検出用抵抗の両端の電圧ならびに前記電流検出用抵抗の抵抗値に基づいて界磁電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出用抵抗の温度変化による抵抗値の変化量に基づいて、前記電流検出手段で検出された界磁電流を補正する電流補正手段と、前記モータで所望の駆動力を得るために必要となる界磁電流の目標値（目標電流）を設定する目標電流設定手段と、前記電流補正手段で補正された界磁電流と前記目標電流設定手段で設定された目標電流とを比較し、その比較結果に基づいて前記界磁電流供給手段が目標電流の界磁電流を前記モータに供給するように前記界磁電流供給手段における界磁電流の供給を制御する界磁電流制御手段とを有することを特徴とする。

上記特徴の請求項１記載の発明によれば、温度変化による電流検出用抵抗の抵抗値変化量に起因する界磁電流の検出誤差を回避することが可能となり、界磁電流の検出精度が向上し、界磁電流を高精度に制御することができる。

請求項２記載の発明は、前記請求項１記載の発明において、前記電流検出手段は、界磁電流が前記電流検出用抵抗に流れていない時の出力値に基づいて、オフセットが補正されることを特徴とする。

上記特徴の請求項２記載の発明によれば、電流検出手段によるオフセット誤差を回避することが可能となり、界磁電流の検出精度が向上し、界磁電流を高精度に制御することができる。

請求項３記載の発明は、前記請求項１又は２記載の発明において、前記電流検出用抵抗の温度変化による抵抗値の変化量は、前記電流検出用抵抗の通電時の自己発熱による抵抗値の変化量と、前記電流検出用抵抗の周囲温度の変化による抵抗値の変化量とを合わせたものであることを特徴とする。

上記特徴の請求項３記載の発明によれば、電流検出用抵抗の温度変化による抵抗値変化量を正確に把握することが可能となり、界磁電流の検出精度を向上することができる。

以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の実施例を説明する。

図１は本発明の実施例１に係る界磁電流補正制御装置の構成を示す図である。図１に示す実施例１の界磁電流補正制御装置１は、モータ２の界磁コイル３に界磁電流を供給し、この界磁電流を補正制御する装置であり、電流検出用抵抗１１、電流検出回路１２、電流方向切替回路１３、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１４、ドライバ回路１５、フライホイールダイオード１６ならびにＣＰＵ１７を備えて構成されている。

電流検出用抵抗１１は、界磁電流の界磁コイル３への供給経路となる電源と電流方向切替回路１３との間に接続された固定抵抗値の抵抗で構成され、界磁電流が流れることで抵抗の両端に電圧降下を生じ、生じた電圧降下ならびに抵抗値に基づいて界磁電流の電流値が検出される。

電流検出回路１２は、電流検出用抵抗１１の両端の電圧を入力し、入力した電圧を増幅し、電流検出用抵抗１１に流れる電流、すなわち界磁電流に対応した信号をＣＰＵ１７に出力する。

電流方向切替回路１３は、ＣＰＵ１７の制御の下に、界磁コイル３に供給される界磁電流の方向を切り替える。

ＦＥＴ１４は、ドライバ回路１５から与えられる駆動信号に基づいてスイッチング（オン／オフ）駆動制御され、オン／オフの時間（駆動信号のデューティー比）に応じた界磁電流を界磁コイル３に供給する。

ドライバ回路１５は、ＰＷＭ制御（パルス幅変調制御）によりＦＥＴ１４をスイッチング駆動する際のＰＷＭ信号を受けて、このＰＷＭ信号に基づいてＦＥＴ１４をスイッチング駆動制御する駆動信号をＦＥＴ１４に与える。

フライホイールダイオード１６は、スイッチング駆動されるＦＥＴ１４がオンからオフに切り替わった時、界磁コイル３に蓄えられた逆起電力を電源側に戻すことにより、過大電圧からＦＥＴ１４を保護する。

ＣＰＵ１７は、演算部１７１、Ａ／Ｄ回路（アナログ／デジタル変換回路）１７２、電流補正部１７３ならびにパルス変換部１７４を備えて構成され、界磁電流の供給ならびに補正制御を行う界磁電流補正制御装置１の制御中枢として機能する。

ＣＰＵ１７は、電流検出回路１２で電流検出用抵抗１１の両端の電圧を増幅する際の増幅器、例えばＯＰアンプ（演算増幅器）におけるオフセットの影響を回避するために、オフセット電圧の補正を行う。

演算部１７１は、モータ２を例えば車両の駆動用に用いた場合に、車両のトランスミッションのシフト信号や、車輪速信号、エンジン回転数信号等の車両のエンジン制御に関わる車両データを入力し、これらのデータに基づいてモータ２が所望のトルクを発生する界磁電流の目標電流（Ｉｆｍ）を算出する。

Ａ／Ｄ回路１７２は、電流検出回路１２からＣＰＵ１７に読み込まれたアナログ値の読み込み電流をデジタル信号に変換する。変換により得られたデジタル信号の読み込み電流は、電流補正部１７３に与えられる。

電流補正部１７３は、電流検出用抵抗１１の温度補正マップもしくは温度補正テーブルを備え、この温度補正マップもしくは温度補正テーブルに基づいて、電流検出用抵抗１１の自己発熱の温度変化による抵抗変化量（ΔＲｆ）を求める。また、電流補正部１７３は、電流検出用抵抗１１の周囲の温度変化による抵抗変化量（ΔＲｅ）を後述するようにして推定する。電流補正部１７３は、電流検出用抵抗１１の自己発熱ならびに周囲温度による抵抗変化量に基づいて、電流検出回路１２で検出されてＡ／Ｄ回路１７２でデジタル信号に変換された電流値を補正する。

温度補正マップは、例えば図２に示すように構成され、電流検出用抵抗１１に流れる電流（Ｉｆ）と、電流（Ｉｆ）が流れることによる自己発熱で変化する抵抗変化量（ΔＲｆ）との関係を予め取得し、この関係を数式化（ｙ＝（ΔＲｆ／Ｉｆ）×ｘ）したものである。このような演算式の温度補正マップを採用することで、補正に必要となる情報量が少なくて済み、この情報を記憶する記憶領域の容量を少なくすることができる。

一方、温度補正テーブルは、例えば図３に示すように構成され、電流検出用抵抗１１に流れる電流（Ｉｆ）と自己発熱による抵抗変化量（ΔＲｆ）との関係を予め取得し、この関係を数値としてテーブル化したものである。図３において、温度補正テーブルは、縦軸第１項（Ｉｆ０〜Ｉｆｎ）と横軸第１項（Ｉｆ＿０〜Ｉｆ＿９）が電流検出用抵抗１１に流れる電流を表し、縦軸第１項が整数部の値、横軸第１項が小数点以下の値を表し、他の部分（ΔＲｆ０＿０〜ΔＲｆｎ＿９）は抵抗変化量を表している。このような温度補正テーブルを採用することで、テーブルから抵抗変化量を取得するので、演算式の温度補正マップに比べて演算時間がなくなり処理時間が速くなる。

図１に戻って、パルス変換部１７４は、電流補正部１７３により求められた、実際に電流検出用抵抗１１に流れる界磁電流（Ｉｆ）が目標電流（Ｉｆｍ）となるようにＦＥＴ１４をスイッチング駆動するデューティー比のＰＷＭ信号をドライバ回路１５に出力する。

次に、図４のフローチャートを参照して、この実施例１の作用を説明する。

先ず、目標電流の界磁電流を界磁コイル３に供給する前に、電流検出回路１２における増幅回路のオフセットを補正する際に必要となるオフセット電圧を取得する。先ず界磁電流を０にして（ステップＳ４１，Ｓ４２）、電流検出用抵抗１１に電流（Ｉｆ）が流れていない状態において、電流検出回路１２からＣＰＵ１７に読み込まれた電圧（オフセット電圧）をＶｆ０とすると（ステップＳ４３）、読み込まれた電圧Ｖｆ０はＣＰＵ１７に記憶される（ステップＳ４４）。なお、読み込まれた電圧Ｖｆ０は、次に読み込まれるまで更新されない。

次に、ＣＰＵ１７では、ＣＰＵ１７に入力されたデータに基づいてモータ２で所望のトルクを得るために界磁コイル３に流す界磁電流の目標電流（Ｉｆｍ）を設定し、目標電流（Ｉｆｍ）の界磁電流を界磁コイル３に流すよう指令する（ステップＳ４１，Ｓ４２）。さらに、界磁コイル３に流れる界磁電流の向きを決定した後（ステップＳ４５）、ＣＰＵ１７は目標電流（Ｉｆｍ）に対応したデューティー比のＰＷＭ信号をパルス変換部１７４から出力する（ステップＳ４６）。出力されたＰＷＭ信号に基づいて、ドライバ回路１５によりＦＥＴ１４がスイッチング駆動され、界磁電流が界磁コイル３に供給される。

次に、界磁コイル３に供給された界磁電流が電流検出用抵抗１１に流れ、電流検出回路１２で電流検出用抵抗１１の両端の電圧が検出され、電流検出用抵抗１１に流れる界磁電流がＣＰＵ１７のＡ／Ｄ回路１７２に読み込まれる（ステップＳ４７）。

ここで、電流検出用抵抗１１に流れる電流（Ｉｆ）＞０における、電流検出回路１２からＣＰＵ１７に読み込まれる電圧をＶｆとすると、（Ｖｆ−Ｖｆ０）＝Ｖｆ’の値が電流検出回路１２における増幅時のオフセットを補正したＣＰＵ１７への読み込み電圧
（Ｖｆ’）となる。このようにして、オフセットの補正が行われる（ステップＳ４８）。したがって、Ａ／Ｄ回路１７２に読み込まれる読み込み電流（Ｉｆ’）は、Ｖｆ’／Ｒ（Ｒ：電流検出用抵抗１１の抵抗値）となる。

上記オフセットの補正において、電流検出回路１２の増幅回路には一定の電圧（Ｖｒｅｆ）を加算しておく。但し、加算する電圧（Ｖｒｅｆ）は、オフセット電圧をＶｏとすると、（Ｖｒｅｆ＋Ｖｏ）＞０となるように設定される。このような設定により、オフセット電圧Ｖｏが正負のいずれかの値であっても、オフセットを最適に補正することが可能となる。

次に、ＣＰＵ１７に読み込まれた電流（Ｉｆ’）を、電流補正部１７３で補正する。先ず、読み込まれた電流（Ｉｆ’）に対応した、電流検出用抵抗１１の自己発熱による抵抗変化量（ΔＲｆ）を、電流補正部１７３の温度補正マップもしくは温度補正テーブルを用いて求める（ステップＳ４９）。

次に、電流検出用抵抗１１の周囲温度の変化による抵抗変化量（ΔＲｅ）を推定する（ステップＳ５０）。この界磁電流補正制御装置１では、界磁電流を制御する際に、ＣＰＵ１７に読み込まれた電流（Ｉｆ’）が目標電流（Ｉｆｍ）となるように、フィードバック制御を行っているが、電流検出用抵抗１１に自己発熱や周囲温度の変化を考慮すると、電流検出用抵抗１１に実際に流れる電流（Ｉｆ）は、次式で表される。

（数１）
Ｉｆ＝Ｖｆ’／（Ｒ＋ΔＲｆ＋ΔＲｅ）
ここで、Ｒは電流検出用抵抗１１の固定抵抗値、ΔＲｆは電流検出用抵抗１１の自己発熱による抵抗変化量、ΔＲｅは電流検出用抵抗１１の周囲温度による抵抗変化量である。

上述したように、電流検出用抵抗１１に実際に流れる電流（Ｉｆ）が目標電流（Ｉｆｍ）となるようにフィードバック制御されるので、電流（Ｉｆ）が一定状態では、電流（Ｉｆ）は、
（数２）
電流（Ｉｆ）＝目標電流（Ｉｆｍ）
として表される。したがって、上記（数１）と（数２）とにより、
（数３）
Ｉｆｍ＝Ｖｆ’／（Ｒ＋ΔＲｆ＋ΔＲｅ）
となり、上記（数３）から、抵抗変化量ΔＲｅは、
（数４）
ΔＲｅ＝Ｖｆ’／Ｉｆｍ−Ｒ−ΔＲｆ
として算出されて推定される。

次に、上述して求められた電流検出用抵抗１１の抵抗変化量ΔＲｆ，ΔＲｅに基づいて、上記数１にしたがって電流検出用抵抗１１に実際に流れる電流（Ｉｆ）（補正電流）を算出する（ステップＳ５１）。その後、補正電流（Ｉｆ）と目標電流（Ｉｆｍ）とを比較し（ステップＳ５２）、両者が一致している場合には、パルス変換部１７４から出力されているＰＷＭ信号のデューティー比を変更することなく出力を継続する。一方、比較結果において、両者が一致していない場合には、補正電流（Ｉｆ）が目標電流（Ｉｆｍ）となるように、パルス変換部１７４から出力されているＰＷＭ信号のデューティー比を変更する（ステップＳ５３）。

このように、電流検出用抵抗１１の自己発熱による抵抗変化量ΔＲｆと周囲の温度変化による抵抗変化量ΔＲｅを考慮して、電流検出用抵抗１１で検出された電流を補正するようにしたので、電流検出用抵抗１１自体の温度上昇による電流の検出誤差、ならびに電流検出用抵抗１１の周囲の温度変化による電流の検出誤差を回避することができる。これにより、この実施例１を適用しない場合には、図５（ａ）のヒストグラムに示すように、目標値に対して偏っている界磁電流値（Ｘバー）の度数が大きくなっているのに対して、この実施例１を適用することで、同図（ｂ）のヒストグラムに示すように、目標値となる界磁電流（Ｘバー）の度数が大きくなっている。したがって、従来に比べて界磁電流を高精度に供給制御することが可能となる。

また、電流を検出する素子としては、何れの文献及び本実施例１共に抵抗であるが、特許文献２で採用されている技術では、温度変化による影響を防ぐ手段としてソレノイドの抵抗値変化の影響を推定してフィードバック制御を行っている。また、駆動制御装置はソレノイドの近傍に配置できるとは限らないので、ソレノイド温度と検出抵抗温度が等しくなるとは限らない。このため、ソレノイド抵抗の温度変化分を推定算出しフィードバック制御を行っているが、ソレノイド抵抗変化量と検出抵抗変化量には差が生じ、それがフィードバック制御の誤差要因となるおそれがある。

これに対して、本実施例１では、電流検出用抵抗１１に流れる電流を検出し、その検出結果に基づいて電流値を補正するようにしているので、界磁コイル３の温度変化に影響されることはない。

さらに、従来技術では、電流を検出する回路において、回路に起因する検出誤差が考慮されておらず、特に電流検出回路にＯＰアンプ（演算増幅器）等のアナログ部品が使用される場合には、検出誤差が生じやすくなる。これに対して、本実施例１では、電流検出回路１２に用いられる増幅回路を安価なＯＰアンプで構成し、ＯＰアンプのオフセットを補正することで、コストの上昇を招くことなく検出誤差を低減することができる。

また、この実施例１の界磁電流補正制御装置１を、図６に示すように、主駆動輪がエンジン６１で駆動され、従駆動輪がモータ６２で駆動される４ＷＤ（４輪駆動）の車両６３における、モータ６２をコントロールするＭ４ＷＤコントローラ６４に適用した場合には、モータ６２の界磁電流が高精度に制御できるので、車両の発進、停止ならびに低μ路時等の路面状況に応じたモータ６２の駆動制御を安定して行うことが可能となり、車両の走行性能を高めることができる。

さらに、上記実施例から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。

（イ）前記界磁電流補正制御装置は、車両の駆動輪を駆動するモータの界磁電流を供給制御する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の界磁電流補正制御装置。

上記特徴の界磁電流補正制御装置によれば、路面状況に応じたモータの駆動制御を安定して行うことができる。

本発明の実施例１に係る界磁電流補正制御装置の構成を示す図である。 温度補正マップの一例を示す図である。 温度補正テーブルの一例を示す図である。 本発明の実施例１の作用を示すフローチャートである。 検出された界磁電流と目標電流との誤差を示すヒストグラムである。 本発明の実施例１に係る界磁電流補正制御装置が適用される、モータ駆動車両の構成を示す図である。

符号の説明

１…界磁電流補正制御装置
２…モータ
３…界磁コイル
１１…電流検出用抵抗
１２…電流検出回路
１３…電流方向切替回路
１４…ＦＥＴ
１５…ドライバ回路
１６…フライホイールダイオード
１７…ＣＰＵ
６１…エンジン
６２…モータ
６３…車両
６４…４ＷＤコントローラ
１７１…演算部
１７２…Ａ／Ｄ回路
１７３…電流補正部
１７４…パルス変換部

Claims (3)

1. 界磁電流をモータに供給する界磁電流供給手段と、
   前記モータに供給される界磁電流を電流検出用抵抗に通電し、前記電流検出用抵抗の両端の電圧ならびに前記電流検出用抵抗の抵抗値に基づいて界磁電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出用抵抗の温度変化による抵抗値の変化量に基づいて、前記電流検出手段で検出された界磁電流を補正する電流補正手段と、
   前記モータで所望の駆動力を得るために必要となる界磁電流の目標値（目標電流）を設定する目標電流設定手段と、
   前記電流補正手段で補正された界磁電流と前記目標電流設定手段で設定された目標電流とを比較し、その比較結果に基づいて前記界磁電流供給手段が目標電流の界磁電流を前記モータに供給するように前記界磁電流供給手段における界磁電流の供給を制御する界磁電流制御手段と
   を有することを特徴とする界磁電流補正制御装置。
2. 前記電流検出手段は、界磁電流が前記電流検出用抵抗に流れていない時の出力値に基づいて、オフセットが補正される
   ことを特徴とする請求項１記載の界磁電流補正制御装置。
3. 前記電流検出用抵抗の温度変化による抵抗値の変化量は、前記電流検出用抵抗の通電時の自己発熱による抵抗値の変化量と、前記電流検出用抵抗の周囲温度の変化による抵抗値の変化量とを合わせたものである
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の界磁電流補正制御装置。

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