JP2008067570A

JP2008067570A - モータ制御装置

Info

Publication number: JP2008067570A
Application number: JP2006245488A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Tomita; 晃弘冨田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2008-03-21

Abstract

【課題】電流センサを用いることなく、高精度のモータ電流検出を行うことのできるモータ制御装置を提供すること。
【解決手段】モータ電流検出手段としてのマイコンには、動力線の雰囲気温度Ｔと配線抵抗Ｒの逆数（１／Ｒ）とが関連付けられたマップ２７が保持されており、同マイコンは、検出された雰囲気温度Ｔをこのマップ２７に参照することにより動力線の配線抵抗Ｒの逆数（１／Ｒ）を推定する。そして、制御系の電力供給経路における入力端子電圧Ｖ_IGから動力系の電力供給経路における入力端子電圧Ｖ_PIGを減じた値（Ｖ_IG−Ｖ_PIG）、即ち動力線における電圧降下により生じた電圧差を示す値に、上記推定された配線抵抗Ｒの逆数（１／Ｒ）を乗ずることによりモータに供給される電流量Ｉ_PIGを検出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、モータ電流検出機能を備えたモータ制御装置に関するものである。

従来、モータ制御装置には、モータに供給される電流量（モータ電流）を検出する電流センサを備え、当該電流センサにより検出されるモータ電流に基づいて過電流の発生を抑制し、及びモータ温度を推定して速やかに同モータの異常を検知するものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３４２８３号公報

しかしながら、近年、モータ制御装置においても、そのコスト低減の要求は強まる一方であり、シャント抵抗のような高価な素材を用いる電流センサの使用は、こうしたコスト低減の観点から不利となる。このため、電流センサを用いることなく、高精度のモータ電流検出を可能とする方策が強く求められていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、電流センサを用いることなく、高精度のモータ電流検出を行うことのできるモータ制御装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、モータと直流電源との間の電力供給経路の途中に設けられて前記モータに供給する駆動電力を生成する駆動回路と、前記駆動回路の作動を制御するためのモータ制御信号を出力する制御手段と、前記モータに供給される電流量を検出するモータ電流検出手段とを備えたモータ制御装置であって、前記直流電源の電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、前記駆動回路の入力端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、前記駆動回路の入力端子と前記直流電源とを接続する動力線の雰囲気温度を検出する温度検出手段とを備え、前記モータ電流検出手段は、前記検出された電源電圧及び前記入力端子電圧に基づき前記動力線における電圧降下を演算するとともに、前記検出された雰囲気温度に基づき前記動力線の配線抵抗を推定し、前記演算された電圧降下により生ずる電圧差を前記推定された配線抵抗で除することにより、前記モータに供給される電流量を検出すること、を要旨とする。

即ち、直流電源と駆動回路の入力端子とを接続する動力線における電圧降下を演算し、当該電圧降下により生ずる電圧差を動力線の配線抵抗で除することにより、電流センサを用いることなくモータに供給される電流量（モータ電流）を検出することができ、これにより電流センサを廃して低コスト化を図ることができる。そして、動力線の雰囲気温度に応じて当該動力線の配線抵抗を推定することで、より正確な配線抵抗の値を用いて精度の高いモータ電流検出ができるようになる。

本発明によれば、電流センサを用いることなく、高精度のモータ電流検出を行うことが可能なモータ制御装置を提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、車両用操舵装置１の概略構成図である。同図に示すように、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック５に連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック５の往復直線運動に変換される。そして、このラック５の往復直線運動により転舵輪６の舵角、即ち転舵角が可変することにより、車両進行方向が変更されるようになっている。尚、本実施形態の車両用操舵装置１は、所謂ラックアシスト型の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）であり、ボール螺子機構（図示略）を介して駆動源であるモータ７の発生するアシストトルクをラック５に伝達することにより、操舵系にアシスト力を付与するようになっている。

また、本実施形態の車両用操舵装置１は、ステアリング２の舵角（操舵角）と転舵輪６の舵角（転舵角）との間の伝達比（ギヤ比）を可変させる伝達比可変装置８と、該伝達比可変装置８の作動を制御する制御手段としてのＩＦＳＥＣＵ９とを備えている。

詳述すると、ステアリングシャフト３は、ステアリング２が連結された第１シャフト１０とラックアンドピニオン機構４に連結される第２シャフト１１とからなり、伝達比可変装置８は、第１シャフト１０及び第２シャフト１１を連結する差動機構１２と、該差動機構１２を駆動するモータ１３とを備えている。そして、伝達比可変装置８は、ステアリング操作に伴う第１シャフト１０の回転に、モータ駆動による回転を上乗せして第２シャフト１１に伝達することにより、ラックアンドピニオン機構４に入力されるステアリングシャフト３の回転を増速（又は減速）し、これにより操舵角と転舵角との間の伝達比を可変する。

本実施形態では、伝達比可変装置８の駆動源であるモータ１３には、ブラシレスモータが採用されており、同モータ１３は、ＩＦＳＥＣＵ９から三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力が供給されることにより回転する。そして、ＩＦＳＥＣＵ９は、この駆動電力の供給を通じてモータ１３の回転を制御することにより、伝達比可変装置８の作動を制御する。

具体的には、ＩＦＳＥＣＵ９には、ステアリングセンサ１４及び車速センサ１５が接続されており、ＩＦＳＥＣＵ９は、これらステアリングセンサ１４及び車速センサ１５により検出される操舵角θs及び車速Ｖに応じた最適な伝達比を決定する。そして、その決定された伝達比とすべく伝達比可変装置８の作動を制御する。

次に、モータ制御装置としてのＩＦＳＥＣＵ９の構成について説明する。
図２に示すように、本実施形態のＩＦＳＥＣＵ９は、伝達比可変装置８の駆動源であるモータ１３と直流電源としてのバッテリ１６との間の電力供給経路Ｌｐの途中に設けられてモータ１３に供給する駆動電力を生成する駆動回路２０と、同駆動回路２０の作動を制御するためのモータ制御信号を出力する制御手段としてのマイコン２１とを備えている。

即ち、ステアリングセンサ１４及び車速センサ１５（図１参照）により検出された操舵角θs及び車速Ｖは、マイコン２１に入力され、同マイコン２１において、その操舵角θs及び車速Ｖに応じた最適な伝達比が決定される。そして、駆動回路２０は、当該伝達比を実現させるべくマイコン２１が出力するモータ制御信号に基づいて、モータ１３に三相の駆動電力を供給する。

尚、本実施形態では、駆動回路２０には、入力されるモータ制御信号に基づきオン／オフする複数のスイッチング素子を接続してなる周知のＰＷＭインバータが採用されている。そして、モータ制御信号によって各スイッチング素子のオン／オフの組み合わせにより規定される通電パターンが順次切り替わることにより、バッテリ１６の直流電圧が三相の駆動電力に変換されモータ１３に供給されるように構成されている。

（モータ電流検出）
次に、マイコンによるモータ電流検出の態様について説明する。
本実施形態では、マイコン２１は、モータ１３に供給される電流量（モータ電流）を検出するモータ電流検出手段としての機能を有している。そして、検出されるモータ電流に基づいて過電流の発生を抑制し、及びモータ温度を推定して速やかに同モータの異常を検知するように構成されている。

詳述すると、本実施形態では、ＩＦＳＥＣＵ９には、上記動力系の電力供給経路Ｌｐにおいて駆動回路２０の入力端子を構成するパワー入力端子ＰＩＧにおける電圧、即ち入力端子電圧Ｖ_PIGを検出する第１電圧センサ２２が設けられており、マイコン２１には、この第１電圧センサ２２により検出された入力端子電圧Ｖ_PIGが入力される。そして、マイコン２１は、この入力端子電圧Ｖ_PIGとバッテリ１６の電源電圧Ｖ_Bとに基づいて、パワー入力端子ＰＩＧとバッテリ１６（のプラス端子）との間を接続する動力線２３における電圧降下を演算し、当該電圧降下により生ずる電圧差を動力線２３の配線抵抗Ｒで除することにより、モータ１３に供給される電流量Ｉ_PIGを検出する。

さらに詳述すると、本実施形態では、制御系、即ちマイコン２１への電力供給経路Ｌcは、駆動回路２０が設けられた動力系の電力供給経路Ｌｐとは独立して設けられるとともに、ＩＦＳＥＣＵ９には、この制御系の電力供給経路Ｌｃの制御入力端子ＩＧにおける入力端子電圧Ｖ_IGを検出する第２電圧センサ２４が設けられている。そして、マイコン２１は、この第２電圧センサ２４により検出された制御系の電力供給経路Ｌｃの制御入力端子ＩＧにおける入力端子電圧Ｖ_IGを電源電圧Ｖ_Bとして利用する。即ち、制御系の電力供給経路Ｌｃに流れる電流量は、極めて小さく且つ略一定であることから、その制御入力端子ＩＧとバッテリ１６（のプラス端子）との間を接続する制御線２５における電圧降下は無視することができる。従って、この制御入力端子ＩＧにおける入力端子電圧Ｖ_IGを電源電圧Ｖ_Bとして利用することが可能である。

また、本実施形態では、ＩＦＳＥＣＵ９には、動力線２３が配置された車両のエンジンルーム（図示略）内の温度、即ち動力線２３の雰囲気温度Ｔを検出する温度センサ２６が接続されている（図１参照）。尚、本実施形態では、温度センサ２６には、エンジンルーム内に設けられたエアコンディショナー用の外気温センサが利用されている。そして、マイコン２１は、この温度センサ２６により検出された雰囲気温度Ｔに基づいて動力線２３の配線抵抗Ｒを推定する。

具体的には、図３に示すように、本実施形態のマイコン２１には、動力線２３の雰囲気温度Ｔと配線抵抗Ｒの逆数（１／Ｒ）とが関連付けられたマップ２７が保持されており、同マイコン２１は、検出された雰囲気温度Ｔをこのマップ２７に参照することにより動力線２３の配線抵抗Ｒの逆数（１／Ｒ）を推定する。そして、制御系の電力供給経路Ｌｃにおける入力端子電圧Ｖ_IGから動力系の電力供給経路Ｌｐにおける入力端子電圧Ｖ_PIGを減じた値（Ｖ_IG−Ｖ_PIG）、即ち動力線２３における電圧降下により生じた電圧差を示す値に、上記推定された配線抵抗Ｒの逆数（１／Ｒ）を乗ずることによりモータ１３に供給される電流量Ｉ_PIGを検出する構成となっている。

以上、本実施形態によれば、次のような作用・効果を得ることができる。
パワー入力端子ＰＩＧとバッテリ１６（のプラス端子）との間を接続する動力線２３における電圧降下を演算し、当該電圧降下により生ずる電圧差を動力線２３の配線抵抗Ｒで除することにより、電流センサを用いることなくモータ１３に供給される電流量Ｉ_PIGを検出することができ、これにより電流センサを廃して低コスト化を図ることができる。そして、動力線２３の雰囲気温度Ｔに応じて当該動力線２３の配線抵抗Ｒを推定することで、より正確な配線抵抗の値を用いて精度の高いモータ電流検出ができるようになる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、本発明を伝達比可変装置８の制御装置であるＩＦＳＥＣＵ９に具体化したが、これ以外の用途に用いられるモータ制御装置に具体化してもよい。

・本実施形態では、ＩＦＳＥＣＵ９のマイコン２１がモータ電流検出手段としての機能を有することとしたが、制御手段であるマイコン２１とモータ電流検出手段とを別体とする構成としてもよい。

・本実施形態では、制御系の電力供給経路Ｌｃの制御入力端子ＩＧにおける入力端子電圧Ｖ_IGを電源電圧Ｖ_Bとして利用することとしたが、直接的に電源電圧Ｖ_Bを検出する電源電圧検出手段を設ける構成としてもよい。

車両用操舵装置の概略構成図。モータ制御装置としてのＩＦＳＥＣＵの概略構成図。モータ電流検出の態様を示す説明図。

符号の説明

９…ＩＦＳＥＣＵ、１３…モータ、１６…バッテリ、２０…駆動回路、２１…マイコン、２２…第１電圧センサ、２３…動力線、２４…第２電圧センサ、２５…制御線、２６…温度センサ、２７…マップ、Ｉ_PIG…電流量、Ｌｐ…動力系の電力供給経路、ＰＩＧ…パワー入力端子、Ｖ_PIG…入力端子電圧、Ｌｃ…制御系の電力供給経路、ＩＧ…制御入力端子、Ｖ_IG…入力端子電圧、Ｖ_B…電源電圧、Ｒ…配線抵抗、Ｔ…雰囲気温度。

Claims

モータと直流電源との間の電力供給経路の途中に設けられて前記モータに供給する駆動電力を生成する駆動回路と、前記駆動回路の作動を制御するためのモータ制御信号を出力する制御手段と、前記モータに供給される電流量を検出するモータ電流検出手段とを備えたモータ制御装置であって、
前記直流電源の電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、
前記駆動回路の入力端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、
前記駆動回路の入力端子と前記直流電源とを接続する動力線の雰囲気温度を検出する温度検出手段とを備え、
前記モータ電流検出手段は、前記検出された電源電圧及び前記入力端子電圧に基づき前記動力線における電圧降下を演算するとともに、前記検出された雰囲気温度に基づき前記動力線の配線抵抗を推定し、前記演算された電圧降下により生ずる電圧差を前記推定された配線抵抗で除することにより、前記モータに供給される電流量を検出すること、
を特徴とするモータ制御装置。