JP2012060782A

JP2012060782A - ブラシレスモータ制御装置

Info

Publication number: JP2012060782A
Application number: JP2010201767A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Ishii; 好隆石井; Yuko Nojiri; 雄幸野尻; Ippei Suzuki; 一平鈴木; Junichi Noda; 淳一野田
Original assignee: Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 2010-09-09
Filing date: 2010-09-09
Publication date: 2012-03-22

Abstract

【課題】センサレス制御においても、確実に脱調を検出できるブラシレスモータ制御装置を提供することにある。
【解決手段】ブラシレスモータ制御装置は、油圧を供給するオイルポンプ５に回転駆動力を与えるブラシレスモータ４を、上位装置１２からの制御信号に応じて回転駆動する。ブラシレスモータ制御装置３は、上位装置からの制御信号により受信した目標トルクとなるように、ブラシレスモータへの通電を制御する。脱調検知手段３７Ａは、目標回転速度と実回転速度とにズレが発生し、目標回転速度が下限しきい値に到達した時に、脱調検知と判断する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ブラシレスモータ制御装置に係り、特に、オイルポンプ回路に設ける電動オイルポンプの駆動用としてブラシレスモータを使用する際に好適なブラシレスモータ制御装置に関する。

自動車の燃費の向上や環境問題から、ガソリンエンジンと電動モータで駆動するハイブリッド車が開発されている。ハイブリット車は、車両停車時にエンジンを停止させる、いわゆる，アイドルストップ制御を行う。そのため、アイドルストップ時は、変速機用オイル潤滑系や変速機を動作させるクラッチ等のアクチュエータ駆動用油圧力確保のためにモータで駆動する電動オイルポンプ方式が採用されている。電動オイルポンプ方式では、オイルポンプ駆動用モータの目標トルクが設定される。

なお、一般的な誘電モータに対する脱調の検知は、一次磁束の角速度によって検知することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−８９９０号公報

しかしながら、オイルポンプ駆動用モータの目標トルクを設定した場合において、オイルポンプ駆動直後は、油路切り替え等により作動油圧の動作が不安定な状態であることが多い。例えば、バルブを開いてクラッチへの油路を開いた場合、その供給先に油が充填されるまではオイルポンプはほぼ無負荷状態となる。また、逆に充填された場合でオイルポンプが駆動した場合は、重負荷状態となる。

このため、オイルポンプ駆動直後の負荷状態を考慮していない目標トルクを設定すると、無負荷状態ではモータ回転数が急上昇し、また、重負荷状態ではモータ回転数が急低下することとなり、モータの動作が不安定になる問題があった。特に、磁極位置センサや回転センサを持たないセンサレス制御のオイルポンプ駆動用モータにおいては、制御可能領域を外れ、モータが制御不能となる脱調に至るという問題があった。

本発明の目的は、センサレス制御においても、確実に脱調を検出できるブラシレスモータ制御装置を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、油圧を供給するオイルポンプに回転駆動力を与えるブラシレスモータを、上位装置からの制御信号に応じて回転駆動するブラシレスモータ制御装置であって、該ブラシレスモータ制御装置は、前記上位装置からの制御信号により受信した目標トルクとなるように、前記ブラシレスモータへの通電を制御するものであり、目標回転速度と実回転速度とにズレが発生し、前記目標回転速度が下限しきい値に到達した時に、脱調検知と判断する脱調検知手段を備えるようにしたものである。
かかる構成により、センサレス制御においても、確実に脱調を検出できるものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記脱調検知手段は、脱調検知と判断すると、前記目標回転速度を前記下限しきい値に保持するようにしたものである。

（３）上記（２）において、好ましくは、前記脱調検知手段は、前記目標回転速度を前記下限しきい値に保持することを所定時間継続した後、脱調検出確定とし、前記ブラシレスモータへの出力電圧の印加を停止するようにしたものである。

本発明によれば、センサレス制御においても、確実に脱調を検出できるものとなる。

本発明の一実施形態によるブラシレスモータ制御装置を適用した電動オイルポンプシステムの全体構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態によるブラシレスモータ制御装置の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態によるブラシレスモータ制御装置に備えられた脱調検出手段を示すタイミングチャートである。

以下、図１〜図３を用いて、本発明の一実施形態によるブラシレスモータ制御装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態によるブラシレスモータ制御装置を適用した電動オイルポンプシステムの全体構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるブラシレスモータ制御装置を適用した電動オイルポンプシステムの全体構成を示すブロック図である。

電動オイルポンプ装置１は、ブラシレスモータ制御装置３と、電動オイルポンプ６とを備えている。電動オイルポンプ６は、ブラシレスモータ４と、オイルポンプ５とを備えている。ブラシレスモータ制御装置３は、ブラシレスモータ４の回転を制御して、その出力軸からの駆動力により、オイルポンプ５を駆動する。
電動オイルポンプ装置１は、自動変速機構１１の下部のオイルパン７に貯まっているオイルを、オイルポンプ５により汲み上げ、油路Ｌ１により切換弁機構９に汲み上げたオイルを供給する。

電動オイルポンプ装置１は、上位制御装置１２からの制御指令に基づいて、電動オイルポンプ６の作動を制御する。ブラシレスモータ制御装置３は、上位制御装置１２からの制御指令に基づいて、電動オイルポンプ６の駆動を制御する。

電動オイルポンプ装置１は、エンジンが停止したときあるいは機械式オイルポンプ８によって必要な作動油圧が確保できない場合に適宜作動させて、自動変速機構１１の中のクラッチやブレーキなどの締結機構へ油圧を供給するときなどに用いる。

上位制御装置１２には、自動変速機の入力回転数を検出する回転センサからの信号や自動車の運転手が自動変速機を操作するためのシフトレバーのシフトレンジを検出するシフトセンサからの信号などが入力され、それらの信号に基づいて、電動オイルポンプ６を作動させる制御指令をブラシレスモータ制御装置３に送信する。同時に、上位制御装置１２は、自動変速機構１１や油圧回路１０内に取り付けられた油温センサからの油温情報もブラシレスモータ制御装置３に送信する。また、上位制御装置１２は、ブラシレスモータ制御装置３からの回転数情報や故障情報を受信する機能を有している。

電源２は、バッテリなどの蓄電装置であり、ブラシレスモータ制御装置３に接続して直流電力を供給する。ブラシレスモータ４としては、３相同期モータを用いている。従って、ブラシレスモータ制御装置は、図２を用いて後述するように、電源２から供給される直流電力を３相交流電力に変換し、それをブラシレスモータ４に供給する。

また、電動式オイルポンプ５と並列に機械式オイルポンプ８が備えられている。機械式オイルポンプ８は、エンジンなどの駆動力を利用して、高い圧力のオイルを供給することができる。機械式オイルポンプ８は、オイルパン７に貯まっているオイルを汲み上げ、油路Ｌ２を介して、汲み上げたオイルを切換弁機構９に供給する。

切換弁機構９は、自動変速機構１１の中のクラッチやブレーキなどの締結機構への作動油の給排の切換や圧カコントロールを行い、油圧回路１０や自動変速機構１１などの潤滑および冷却のためのオイルを供給する。切換弁機構９に流入した所定圧以上の油圧は、油路Ｌ３により、油圧回路１０を介して自動変速機構１１に供給される。なお、油圧回路１０は、自動変速機構１１の油圧回路と共用してもよいものである。

自動変速機構１１には、オイルの油温を検出する油温センサや、自動変速機１１の入力軸や出力軸などの回転数を検出する回転センサが設けられている。油温センサによって検出されたオイルの油温や回転数センサによって検出された回転数は、上位制御装置１２に送信される。

次に、電動オイルポンプシステムの動作について説明する。例えば、自動車の通常運転時、すなわち、エンジン駆動中は、自動車のエンジンにより駆動される機械式オイルポンプ８により、自動変速機構１１の下部のオイルパン７に貯まっているオイルは切換弁機構９に供給され、油圧回路１０および自動変速機構１１にオイルパン７のオイルが矢印ＦＰ１の方向へ流れ、クラッチやブレーキなどの締結機構への油圧の供給や自動変速機構１１の適宜の箇所に潤滑や冷却のためのオイルを供給する。

一方、例えば、信号待ちなどにアイドリングストップしてエンジンが停止すると、エンジン回転数が低下すると共に機械式オイルポンプ８も回転数が低下して油路Ｌ２，Ｌ３の油圧が低下するので、油圧を発生させることが困難となる。そこで、エンジン停止中でも各締結機構への作動油圧を確保できるように、バッテリのような外部からの電力によって駆動される電動オイルポンプ６を駆動させる。

そこで、アイドリングストップと同時に、上位制御装置１２は、油圧回路１０や自動変速機構１１などに供給される油圧を制御するため、電動オイルポンプ６を起動させる制御指令をブラシレスモータ制御装置３に出力する。これにより、電動オイルポンプ６が回転して、オイルを矢印ＦＰ２の方向に流し、油圧を徐々に上昇させる。エンジンが停止するため、機械式オイルポンプ８の油圧が低下し、切換弁機構９により阻止されていた電動式オイルポンプ６の油圧がある閾値を超えると、オイルは、電動オイルポンプ６，切換弁機構９，油圧回路１０，自動変速機構１１，油路Ｌ４，オイルパン７の経路を通って循環する。

次に、図２を用いて、本発明の一実施形態によるブラシレスモータ制御装置の構成及び動作について説明する。
図２は、本発明の一実施形態によるブラシレスモータ制御装置の構成を示すブロック図である。

ブラシレスモータ制御装置３は、制御指令発生手段３１と、電流センサ３２，３３と、電流検出手段３４と、電流制御手段３５と、位置・速度検出演算手段３６と、ブラシレスモータ制御手段３７と、電力変換手段３８と、電流偏差演算器３９とを備えている。

制御指令発生手段３１には、上位制御装置１２からの制御信号である油圧指令値Ｐｃと油温Ｔｃとが入力する。制御指令発生手段３１は、入力した油圧指令値Ｐｃと油温Ｔｃとをトルク指示値に変換し、このトルク指示値に応じた、ブラシレスモータのｑ軸電流指令値Ｉｑ*を発生する。なお、本実施形態では、ｄ軸電流指示値Ｉｄ*は、後述するように、「０」で一定としている。

電流センサ３２，３３は、電力変換手段３８からブラシレスモータ４に供給される三相電流の内、二相の電流Ｉｕ，Ｉｗを検出する。

電流検出手段３４は、電流センサ３２，３３により検出された二相の電流Ｉｕ，Ｉｗから、ブラシレスモータ４に流れる電流Ｉｑを検出する。

位置・速度検出演算手段３６は、電流センサ３２，３３により検出された二相の電流Ｉｕ，Ｉｗから、磁極位置及びモータ回転速度ω１*を演算する。

電流偏差演算器３９は、制御指令発生手段３１が発生するブラシレスモータのｑ軸電流指令値Ｉｑ*と、電流検出手段３４により検出されたブラシレスモータ４に流れる電流Ｉｑとの差分を検出する。

電流制御手段３５は、電流偏差演算器３９により検出された差分が０となるようなｑ軸電流の指令値Ｉｑ**を出力する。これにより、ブラシレスモータに供給される電流をフィードバック制御する。

ブラシレスモータ制御手段３７は、電流制御手段３５の出力信号Ｉｑ**と、位置・速度検出演算手段３６の回転速度ω１*と、ブラシレスモータのｄ軸電流指令値Ｉｄとを入力し、ベクトル演算を行い、三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを出力する。なお、ブラシレスモータ制御手段３７は、脱調検出手段３７Ａを備えており、この動作については、図３を用いて後述する。

電力変換手段３８は、バッテリ等の直流電力を三相交流電力に変換するインバータである。電力変換手段３８は、上アームと下アームのそれぞれにスイッチング素子を有し、これらの上下アームが三相分備えられている。電力変換手段３８は、三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づいて、６個のスイッチング素子の内所定の２個のスイッチング素子をオンして、ブラシレスモータ４の三相巻線の内の二相巻線に電流を流す。また、通電するスイッチング素子を順次切り替えることで、Ｕ−Ｖ相通電、Ｖ−Ｗ相通電，Ｗ−Ｕ相通電のように、通電する二相巻線を順次切り替えることで、回転磁界を発生し、ブラシレスモータ４の回転子を回転させ、回転駆動力を発生する。

次に、図３を用いて、本発明の一実施形態によるブラシレスモータ制御装置に備えられた脱調検出手段３７Ａの動作について説明する。
図３は、本発明の一実施形態によるブラシレスモータ制御装置に備えられた脱調検出手段を示すタイミングチャートである。

ブラシレスモータ制御手段３７に備えられた脱調検出手段３７Ａは、ブラシレスモータの電流指令値Ｉｑ**とｄ軸電流指令値Ｉｄから目標回転速度ωを算出する。そして、脱調検出手段３７Ａは、算出された目標回転速度ωと、位置・速度検出演算手段３６により求められた実回転速度ω１*と比較する。通常、目標回転速度と実回転速度ω１*とは、ほぼ等しい値となる。

しかし，たとえば機械式オイルポンプ８が十分な油圧を発生する前に変速が行われるなどオイルポンプの負荷が一時的に増大した時など、実回転速度ω１*が目標回転速度ωを下回る場合がある。

例えば、図３（Ａ）に示す例において、時刻ｔ０において、実回転速度ω１*が目標回転速度ωよりも低くなると、ブラシレスモータ制御手段３７は、目標回転速度ωを徐々に低下させ、実回転速度ω１*に合わせる制御を行う。

目標回転速度ωを徐々に低下させて、実回転速度ω１*に合わせることができない場合が生じてくる。例えば、図３（Ａ）の時刻ｔ１において、実回転速度ω１*が０となり、このとき、目標回転速度ωがωｌｏなったとき、図３（Ｂ）に示すように、脱調検出手段３７Ａは脱調を検知する。このような場合とは、たとえばオイルポンプが回転停止しているほどの高負荷の場合である。

このように、脱調検出手段３７Ａが、脱調を検知すると、脱調検知をブラシレスモータ制御手段３７に通知することで、ブラシレスモータ制御手段３７は、目標回転速度ωを０まで低下させずに、極低回転速度ωｌｏに維持して、ブラシレスモータ４を駆動し続ける。

このように、目標回転速度ωを０まで低下させない，すなわちモータを停止させないことにより、ブラシレスモータ４への出力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの１相にのみ電圧が印加し続けることを行わず、ドライバＩＣやモータハーネスの急な温度上昇を回避できる。

また、ブラシレスモータ４の各相に定期的に電圧を印加させるため、回転子に磁界を与え続けることにより、回転子の回転を促すことも可能である。

しかし、前述の状態が発生している状態，つまり脱調が発生している場合は、上位制御装置１２からの制御指令信号通りの動作を行えていないことであるため、前述の回路保護，再回転の促進を行いつつ、この状態が一定時間Ｔ１を継続した場合には、図３（Ｂ）に示すように、時刻ｔ２において、脱調検出手段３７Ａは、脱調検出確定とし、ブラシレスモータ制御手段３７は、ブラシレスモータ４への出力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの印加を全て停止する。

以上説明したように、本実施形態によれば、ブラシレスモータに対する負荷変動などが発生した場合でも、モータが制御不能となる脱調に至ることを極力防止することで、電動オイルポンプ駆動の信頼性を向上することができる。

１…電動オイルポンプ装置
３…ブラシレスモータ制御装置
６…電動オイルポンプ
４…ブラシレスモータ
５…オイルポンプ
１２…上位制御装置
３１…制御指令発生手段
３２，３３…電流センサ
３４…電流検出手段
３５…電流制御手段
３６…位置・速度検出演算手段
３７…ブラシレスモータ制御手段
３７Ａ…脱調検出手段
３８…電力変換手段
３９…電流偏差演算器

Claims

油圧を供給するオイルポンプに回転駆動力を与えるブラシレスモータを、上位装置からの制御信号に応じて回転駆動するブラシレスモータ制御装置であって、
該ブラシレスモータ制御装置は、前記上位装置からの制御信号により受信した目標トルクとなるように、前記ブラシレスモータへの通電を制御するものであり、
目標回転速度と実回転速度とにズレが発生し、前記目標回転速度が下限しきい値に到達した時に、脱調検知と判断する脱調検知手段を備えることを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
請求項１記載のブラシレスモータ制御装置において、
前記脱調検知手段は、脱調検知と判断すると、前記目標回転速度を前記下限しきい値に保持することを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
請求項２記載のブラシレスモータ制御装置において、
前記脱調検知手段は、前記目標回転速度を前記下限しきい値に保持することを所定時間継続した後、脱調検出確定とし、前記ブラシレスモータへの出力電圧の印加を停止することを特徴とするブラシレスモータ制御装置。