JP2013013215A - ブラシレスｄｃモータのセンサレス制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 負荷が高い場合でも、モータを早く起動させることができるブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置を提供する。
【解決手段】 強制転流モード(S2)が終了すると、センサレス制御モードに移行し、この移行直後のセンサレス制御モード(S3)は、電源電流最大値Ｉ１をモータの定格電流値Ｉ０よりも大きい値に設定して行われる。移行直後のセンサレス制御モード(S3)は、所定時間（Ｔ１ｓｅｃ間）に限定して行われ、所定時間経過後は、定常のセンサレス制御モードとされる(S4)。定常のセンサレス制御モード(S4)では、電源電流最大値がモータの定格電流値Ｉ０に等しくされる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、ブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置に関し、特に、油の吸入および吐出を行うポンプを駆動するのに適したブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置に関する。

自動車のトランスミッションには油圧ポンプにより油圧が供給されるが、省エネルギなどの観点から停車時にエンジンを停止するいわゆるアイドルストップ（アイドリングストップ）を行う自動車では、アイドルストップ時にもトランスミッションへの油圧供給を確保するために、電動油圧ポンプが使用されるようになっている。

自動車に搭載されるポンプ駆動用電動モータとして、ブラシレスＤＣモータが用いられるようになっている。また、回転位置検出センサを用いずにモータを駆動するいわゆるセンサレス制御が行われている。

ブラシレスＤＣモータをセンサレス制御するためには、ロータの回転位置を推定して回転位置検出センサからの回転位置信号に相当する回転位置推定信号を生成する必要がある。回転位置推定信号の推定は、一般に、モータの３相の誘起電圧を用いて行われるが、モータの起動時において、ロータが回転していないか低速で回転している間は、誘起電圧が０か低い値であるため、回転位置推定信号を生成することができない。このため、３相への通電パターンを一定周期で強制的に切り換えることにより、回転磁界を発生させて、ロータを強制的に連れ回りさせる強制転流が行われるようになっている（たとえば特許文献１参照）。

従来、ブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置では、モータの定格電流値を最大電流値として、センサレス制御モードを行っていた。

特開２００５−２７８３２０号公報

上記の従来のブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置を自動車のトランスミッションの油圧ポンプ駆動用のブラシレスＤＣモータに適用した場合、油圧負荷が高い（油温が低い）ときには、所要の油圧に到達する時間が長くかかることになり、モータを早く起動させることが課題となっている。

この発明の目的は、上記の問題を解決し、負荷が高い場合でも、モータを早く起動させることができるブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置を提供することにある。

この発明によるブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置は、起動時に強制転流モードとしてブラシレスＤＣモータを回転させ、ロータ位置が検出可能となった場合に、センサレス制御モードに移行するブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置において、強制転流モードからセンサレス制御モードに移行直後の電源電流最大値をモータ定格電流値より大きくすることを特徴とするものである。

強制転流モードからセンサレス制御モードに移行直後の電源電流最大値をモータ定格電流値より大きくするから、モータを早く起動させることができる。この後、電源電流最大値をモータの定格電流値に等しくまたはこれより小さくしてセンサレス制御を行うことで、モータの負担を抑えることができる。

上記のブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置は、油の吸入および吐出を行うポンプを駆動するブラシレスＤＣモータを制御するものであることが好ましい。

センサレス制御のブラシレスＤＣモータを油圧ポンプ駆動用に使用した場合、油圧負荷が高い（油温が低い）ときには、所要の油圧を得るまでの時間が長くかかるが、上記のブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置によると、この問題が解消され、起動後の所要時間内に所要油圧に確実に到達させることができる。

この発明のブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置によれば、上記のように、モータの負担を抑えた上で、負荷が高い場合でも、モータを早く起動させることができる。

図１は、この発明のブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置を示すブロック図である。 図２は、強制転流モードからセンサレス制御モードに移行する際のステップを示すフローチャートである。 図３は、この発明のセンサレス制御装置を備えたブラシレスＤＣモータを油圧ポンプ駆動用に使用した場合において、時間とともに油圧および電源電流がどのように変化するかを示すグラフである。

以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。

図１は、ブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置の構成を概略的に示している。

このブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置は、自動車に搭載されて油の吸入および吐出を行うポンプ(11)を駆動するブラシレスＤＣモータ(1)を、自動車に搭載されたバッテリよりなる直流電源(2)を用いて、片側ＰＷＭ方式で駆動するものであり、３相の相電圧に基づいてディジタル方式で各相の回転位置推定信号を生成する回転位置推定信号生成手段である回転位置推定信号生成装置(3)と、各相の回転位置推定信号に基づいてＰＷＭ方式で直流電源(2)から３相への通電を制御する通電制御手段である通電制御装置(4)とから構成されている。

回転位置推定信号生成装置(3)は、モータ(1)のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づいて、各相の回転位置推定信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗを生成する。３相の相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは、Ｖで総称する。３相の回転位置推定信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗは、Ｈで総称する。

通電制御装置(4)は、通電信号生成手段(5)と、スイッチング回路(6)と、電流検出器(7)と、電流制御部(8)と、ＰＷＭ駆動手段（9）と、ゲートドライブ回路(10)とから構成されている。

通電信号生成手段(5)は、回転位置推定信号生成手段(3)により生成される回転位置推定信号Ｈに基づいて、各素子の通電をそれぞれ制御するための通電信号Ｃｕ＋、Ｃｕ−、Ｃｖ＋、Ｃｖ−、Ｃｗ＋、Ｃｗ−を生成するものである。通電信号は、Ｃで総称する。通電信号生成手段(5)は、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）により構成されてもよいし、専用のディジタル回路により構成されてもよい。

スイッチング回路(6)は、電源(2)からモータ(1)のＵ相へ通電を制御する上アームスイッチング素子(16u+)および下アームスイッチング素子(16u-)、Ｖ相へ通電を制御する上アームスイッチング素子(16v+)および下アームスイッチング素子(16v-)、Ｗ相への通電を制御する上アームスイッチング素子(16w+)および下アームスイッチング素子(16w-)を備えている。スイッチング素子は、符号（16）で総称する。

電流検出器(7)は、電流測定回路をスイッチング回路(6)に接続してモータ電流を検出するものである。モータ(1)のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ巻線に流れる合計電流値が電流検出器(7)により検出されている。

直流電源(2)からスイッチング回路(6)を介してモータ(1)のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ巻線に流れる電源電流は、電源電流センサ(12)によって検出されている。

電流制御部(8)は、電流検出器(7)から検出されたモータ(1)の電流検出値Aと電流指令値Aaとを比較し、両者の大小関係に基づき、モータ(1)をＰＷＭ駆動するための電流制御信号Ａpwmを作成し、ＰＷＭ駆動手段(9)へ送るものである。電流制御部(8)は、電流指令値Aaが最大値のときに、モータ(1)のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ巻線にどれだけの電流を流すかを決定し、流れる電流の最大値を所定値以下に規制する。

ＰＷＭ駆動手段(9)は、与えられた通電信号Ｃおよび電流制御信号Ａpwmに基づいて、各スイッチング素子(16)に対するスイッチング素子制御信号Ｄｕ＋、Ｄｕ−、Ｄｖ＋、Ｄｖ−、Ｄｗ＋、Ｄｗ−を作成し、ゲートドライブ回路(10)へ出力するものである。スイッチング素子制御信号はＤで総称する。

ゲートドライブ回路(10)は、与えられたスイッチング素子制御信号Ｄに基づいて、各スイッチング素子(16)をオン／オフ駆動し、モータ(1)のステータ巻線に回転磁界を発生させるものである。

図１において、起動時には、強制転流モードとされ、起動指令が通電信号生成手段(5)に与えられる。通電信号生成手段(5)は、起動指令を受けた際にメモリ内に記憶した通電パターンをＰＷＭ駆動手段(9)へ与える。これは、モータ(1)のロータ位置に関係なく行われる。電流については、電流制御部(8)からの電流制御信号Ａpwmによるのではなく、ＰＷＭ駆動手段(9)のメモリに記憶された値に応じて、直流電源(2)から所要の電流が与えられる。この電流値は、モータの定格電流値よりも大きい値とされる。ＰＷＭ駆動手段(9)は、通電信号生成手段(5)からの通電信号Ｃに基づいて、各スイッチング素子(16)に対するスイッチング素子制御信号Ｄをゲートドライブ回路(10)に出力し、これにより、各スイッチング素子(16)がオン／オフ駆動され、モータ(1)のステータ巻線に強制転流のための回転磁界が発生する。

強制転流を行うことで、モータ(1)のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗが大きくなり、これに基づいて、回転位置推定信号生成手段(3)では、各相の回転位置推定信号Ｈ（Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ）が生成可能（すなわち、ロータ位置の検出が可能）となる。これにより、通電信号生成手段(5)は、回転位置推定信号生成手段(3)により生成される回転位置推定信号Ｈに基づいて、通電信号Ｃを生成する。ＰＷＭ駆動手段(9)は、この通電信号Ｃおよび電流制御部(8)からの電流制御信号Ａpwmに基づいて、各スイッチング素子(16)に対するスイッチング素子制御信号Ｄを作成し、ゲートドライブ回路(10)に与える。こうして、強制転流モードからセンサレス制御モードに移行する。

電流制御部(8)では、センサレス制御モードへの移行直後の所定時間、電源電流最大値を定格電流値よりも大きくして移行初期センサレス制御を行い（第１のセンサレス制御モード）、この後、電源電流最大値を定格電流値に等しくした定常センサレス制御（第２のセンサレス制御モード）に移行する。

第１のセンサレス制御モードでは、電流指令値Ａａは、１００％を最大値として、この１００％最大値に保持され、電流制御部(8)における演算により、第１のセンサレス制御モード用の電源電流最大値が設定される。第２のセンサレス制御モードに移行する際、電流制御部(8)は、電源電流最大値を定格電流値に切り換える。

図２は、強制転流モードからセンサレス制御モードに移行する際のフローチャートを示している。

同図において、起動指令(S1)に基づいて、強制転流モードが実行される(S2)。強制転流モード(S2)が終了すると、第１のセンサレス制御モードに移行する(S3)。この移行直後の第１のセンサレス制御モード(S3)は、電源電流の最大値をモータの定格電流値Ｉ０よりも大きい値Ｉ１に設定して行われる。これにより、センサレス制御モードへの移行直後では、定格電流値Ｉ０より大きい電流をモータに流すことが可能になり、大きなトルクが得られる。第１のセンサレス制御モード(S3)は、所定時間（Ｔ１ｓｅｃ間）に限定して行われ、所定時間経過後は、第２のセンサレス制御モードとされる(S4)。第２のセンサレス制御モード(S4)は、定常のセンサレス制御モードであり、電源電流の最大値がモータの定格電流値Ｉ０に等しくされる。第１のセンサレス制御モード(S3)が行われる時間Ｔ１、すなわち、電源電流最大値を定格電流値よりも大きくしたセンサレス制御が行われる時間Ｔ１は、短い所定時間（例えば１秒未満）に限定され、これにより、モータの負担が抑えられて、安全性が確保される。

図３は、ポンプ(11)において、時間とともに油圧および電源電流がどのように変化するかを求めたものである。

同図において、強制転流モードが終了してセンサレス制御モードに移行すると、モータの回転数が増加することで、油圧が増加していく。電源電流センサ(12)によって検出される電源電流値も回転数とともに増加していく。センサレス制御モードに移行直後では、電源電流の最大値が定格電流値Ｉ０よりも高い値Ｉ１に設定されており、モータのトルクが大きいものとなり、短い時間で要求油圧に達することが可能となる。

上記において、モータの定格電流値Ｉ０は、油温が低いなどの理由によって油圧負荷が高くなっている場合でも、所要の応答時間内に要求油圧に到達するように設定される。センサレス制御モードに移行直後の電源電流最大値Ｉ１およびこの電源電流最大値Ｉ１で制御する時間Ｔ１は、要求油圧およびこれに到達する要求応答時間に応じて設定される。例えば、センサレス制御モードに移行直後の電源電流最大値Ｉ１は、定格電流値Ｉ０×１．２〜２．０程度とされ、移行直後の電源電流最大値Ｉ１で制御する時間は、例えば、０．２ｓｅｃから１．０ｓｅｃ未満程度とされる。また、強制転流モードの電流値Ｉ２は、定格電流値Ｉ０と移行直後の電源電流最大値Ｉ１との間の値に設定される。定格電流値Ｉ０、移行直後の電源電流最大値Ｉ１およびこの電源電流最大値Ｉ１で制御する時間Ｔ１の設定値をモータごとに適宜設定することで、モータが変わった場合でも容易に対応することができる。

上記実施形態では、車載用電動油圧ポンプ(11)の駆動用として使用されるブラシレスＤＣモータ(1)について説明したが、この発明は、１２０度通電矩形波駆動を採用するすべてのブラシレスＤＣモータのセンサレス駆動装置にも適用することができる。

なお、図１に示すブロック図において、電流制御部(8)に追加して、または、これに代えて、速度制御部を設けるようにしてもよい。速度制御部は、モータ(1)の回転子の回転速度検出値Ｓと外部から与えられた回転方向を含む回転速度設定値Ｓａとを比較し、両者の大小関係に基づいて、モータ(1)をＰＷＭ駆動するための速度制御信号Ｓｐｗｍを作成し、ＰＷＭ駆動手段(9)へ出力するものとされる。

(1) ：ブラシレスＤＣモータ、(11)：ポンプ

Claims (2)

1. 起動時に強制転流モードとしてブラシレスＤＣモータを回転させ、ロータ位置が検出可能となった場合に、センサレス制御モードに移行するブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置において、
   強制転流モードからセンサレス制御モードに移行直後の電源電流最大値をモータ定格電流値より大きくすることを特徴とするブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置。
2. 油の吸入および吐出を行うポンプを駆動するブラシレスＤＣモータを制御するものである請求項１のブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置。

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