JP2014241657A

JP2014241657A - ブラシレスモータの制御装置

Info

Publication number: JP2014241657A
Application number: JP2013122334A
Authority: JP
Inventors: 白井　康弘; Yasuhiro Shirai; 康弘白井
Original assignee: Nidec Tosok Corp
Current assignee: Nidec Tosok Corp
Priority date: 2013-06-11
Filing date: 2013-06-11
Publication date: 2014-12-25

Abstract

【課題】安定した起動を行うとともに、起動時間の短縮を図ることができるブラシレスモータの制御装置を提供する。【解決手段】回転指令が成されると（Ｓ１）、所定の二相のモータ巻線に対してデューティー比Ｄ１の制御信号を所定時間（Ｐｈａｓｅ１）印加する（Ｓ２）。次に、二相のモータ巻線に対してデューティー比Ｄ１より大きなデューティー比Ｄ２の制御信号を印加し（Ｓ３）、モータの位置検出を行ったか否かを判断する（Ｓ４）。デューティー比Ｄ２の制御信号は、モータに加えられる駆動電圧に基づいて設定され、モータに加えられる駆動電圧が大きくなるに従ってデューティー比が小さくなるように設定される。【選択図】図４

Description

本発明は、ブラシレスモータの制御装置に関する。

従来、ブラシレスモータを起動する際には、デューティー制御により起動時間の短縮を図る装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１０−１１０１６２公報

しかしながら、このような従来にあっては、起動時におけるデューティー比を一定で行うと、電圧が定格より低い場合パワー不足となってしまう。

また、電圧が定格よりもかなり高い場合は脱調現象が発生し、起動が安定しないという課題があった。

さらに、起動時における時間短縮を図りたいという課題もあった。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、安定した起動を行うとともに、起動時間の短縮を図ることができるブラシレスモータの制御装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために本発明の請求項１のブラシレスモータの制御装置にあっては、回転駆動されるモータの回転速度を目標とする回転速度に収束すべくモータ制御量を調整してフィードバック制御するブラシレスモータの制御装置であって、モータ起動時に該モータに加えられる電圧に基づくデューティー比の制御信号をモータに印加する起動時信号印加手段と、モータ回転位置を検出した際に通常のモータ制御に移行するモータ制御手段と、を備えている。

また、請求項２のブラシレスモータの制御装置においては、前記起動時信号印加手段は、モータ通電時からの経過時間に応じて前記デューティー比を大きくする。

さらに、請求項３のブラシレスモータの制御装置では、前記起動時信号印加手段は、前記モータに加えられる電圧が大きくなるに従って小さな前記デューティー比を設定する。

以上説明したように本発明の請求項１のブラシレスモータの制御装置にあっては、モータ起動時に該モータに加えられる電圧に基づくデューティー比の制御信号をモータに印加するので、例えば前記電圧が定格より低い場合には、デューティー比を大きくすることで、パワー不足による不具合を解消することができる。また、前記電圧が定格よりも高い場合には、デューティー比を小さくすることで、脱調現象を防止し、起動時の安定性を高めることができる。

このように、前記電圧の高低に応じて適切な制御を行うことにより、モータ回転位置を検出までの時間を短くすることができるので、起動時における時間短縮を図ることができる。

また、請求項２のブラシレスモータの制御装置においては、前記起動時信号印加手段は、モータ通電時からの経過時間に応じて前記デューティー比を大きくするので、一定のデューティー比で駆動する場合と比較して、モータに加えられる電圧が定格より低い場合であっても、より短時間でモータ回転位置を検出することが可能となる。

さらに、請求項３のブラシレスモータの制御装置では、前記起動時信号印加手段は、前記モータに加えられる電圧が大きくなるに従って小さな前記デューティー比を設定するので、前記電圧が定格よりも高い場合には、デューティー比を小さくすることで、脱調現象を確実に防止することができる。これにより起動時の安定性を高めることができる。

本発明の一実施の形態を示すブラシレスモータ式電動ポンプの断面図である。同実施の形態を示す分解斜視図である。同実施の形態におけるブラシレスモータの動作を示す為のブロック図である。同実施の形態のブラシレスモータの動作を示すフローチャートである。同実施の形態のブラシレスモータに加えられる制御信号を示すタイミングチャートである。同実施の形態のモータの駆動電圧とデューティー比との関係を示す図である。

以下、本発明の一実施の形態を図に従って説明する。

図１及び図２は、本実施の形態にかかるブラシレスモータの制御装置により回転速度が制御される電動式オイルポンプ１を示す図であり、該電動式歯車ポンプ１は、モータ２と、該モータ２で駆動されるオイルポンプ３を備えている。これにより、モータ冷却用のオイルを供給に用いられたり、自動車のＡＴやＣＶＴ等の自動変速機に取り付けられアイドルストップ時に低下する油圧を所定圧に維持する用途に用いられたりする。

すなわち、前記自動変速機４には、油圧回路が形成されており、当該自動変速機４のケーシング１１内部には、前記油圧回路を構成する為の油圧経路１２が形成されている。このケーシング１１の外面１３には、前記電動式歯車ポンプ１を取り付ける為の取付穴１４が開口しており、該取付穴１４に前記電動式歯車ポンプ１の先端部を挿入した状態で取り付けられるように構成されている。

前記油圧経路１２には、当該自動変速機４の制御に用いるオイル２１が循環しており、前記取付穴１４の奥面２２には、図外のオイル貯留部に連通する連通路２３と、加圧したオイル２１を出力する出力路２４とが開設されている。

図２は、前記電動式歯車ポンプ１を示す分解斜視図であり、該電動式歯車ポンプ１は、トロコイド式の前記オイルポンプを構成するポンプ構成部３１と、該ポンプ構成部３１を駆動するモータ構成部３２と、該モータ構成部３２を制御する為のモータ駆動制御部３３とを備えている。前記ポンプ構成部３１と前記モータ構成部３２と前記モータ駆動制御部３３とは、前記モータ構成部３２を構成する回転軸３４の延出方向に配列されており、前記モータ構成部３２より延出した前記回転軸３４が、図１に示したように、組立状態において前記ポンプ構成部３１に接続されるように構成されている。

この電動歯車式ポンプ１は、外周部を構成する円筒状のケース４１を備えており、前記ポンプ構成部３１と前記モータ構成部３２とは、前記ケース４１内に内嵌されている。この内嵌状態において、前記ポンプ構成部３１の外周面と前記モータ構成部３２の外周面とは、前記ケース４１の内側面４２に面接するように構成されており、この面接状態において、前記ポンプ構成部３１及び前記モータ構成部３２が位置決めされるように構成されている。

前記ケース４１の基端には、外方へ延出するケースフランジ部５１が一体形成されており、当該電動式歯車ポンプ１は、図１及び図２に示したように、前記ケースフランジ部５１より先端側が前記ケーシング１１に設けられた前記取付穴１４に挿入される挿入領域を構成するとともに、前記ケースフランジ部５１より基端側が前記ケーシング１１より突出した突出領域を形成するように構成されている。

この電動式歯車ポンプ１を前記取付穴１４に取り付けた状態では、前記ケースフランジ部５１が、前記ケーシング１１の前記外面１３に面接するように構成されており、前記ケースフランジ部５１によって当該電動式歯車ポンプ１を前記ケーシング１１に固定できるように構成されている。

前記挿入領域を構成する前記ケースフランジ部５１より前記ケース４１の先端側には、前記ポンプ構成部３１及び前記モータ構成部３２が配置されるように構成されており、図１に示した取付状態において、前記ケース４１より突出した前記ポンプ構成部３１の先端面が前記取付穴１４の前記奥面２２に対向するように構成されている。

前記ポンプ構成部３１は、図１及び図２に示したように、先端側を構成するポンプベース７１と、該ポンプベース７１の基端側に配置されたポンプハウジング７２とを備えており、該ポンプハウジング７２と前記ポンプベース７１との間には、Ｏリング７３が配設されている。前記ポンプベース７１の先端面には、図１に示したように、前記ケース４１の円形穴６２に挿入されて外部に突出する円形の突出部７４が一体形成されており、当該ポンプベース７１は、前記突出部７４の外周部がケース４１先端の前記折曲部６１に支持された状態で先端側への抜けが阻止されるように構成されている。

前記ポンプベース７１の基端面には、ピン９１の一端部が挿入されており、該ピン９１の他端部は、前記ポンプベース７１に対向して配設された前記ポンプハウジング７２の先端面に挿入されている。これにより、前記ポンプベース７１に対して前記ポンプハウジング７２が位置決めされるように構成されており、この状態において、前記ポンプハウジング７２が前記ケース４１に圧入固定され、当該ポンプベース７１の外周面が前記ケース４１の内側面４２に密着した状態で固定されている。

前記ポンプハウジング７２の中央部は、図１に示したように、没入しており、当該ポンプハウジング７２と前記ポンプベース７１との間には、ロータ収容部１０１が形成されている。該ロータ収容部１０１内には、ポンプロータアウタ１０２が回動自在に収容されており、該ポンプロータアウタ１０２内には、ポンプロータインナ１０３が回動自在に収容されている。

このロータ収容部１０１には、前記ポンプベース７１に設けられた吸入ポート１１１と吐出ポート１１２とが連通しており、両ポート１１１，１１２は、前記ポンプベース７１の前記突出部７４の端面に開口するように構成されている。

前記吸入ポート１１１は、当該電動式歯車ポンプ１を前記取付穴１４に取り付けた状態において、前記取付穴１４の奥面２２に設けられた前記連通路２３に接続されるように構成されており、前記吐出ポート１１２は、Ｏリング１２１を介して前記出力路２４に接続されるように構成されている。

これにより、前記ポンプロータインナ１０３の回転に伴って前記ポンプロータアウタ１０２が回転することで、前記連通路２３から前記吸入ポート１１１を介して吸入したオイルを加圧して、前記吐出ポート１１２から前記出力路２４へ出力するトロコイドポンプが形成されるように構成されている。

このトロコイドポンプの基端側には、図１に示したように、前記モータ構成部３２で構成された直流式のブラシレスモータが配設されている。このモータは、外周部を形成するモータケース２０１を備えており、該モータケース２０１の外周面が前記ケース４１の内側面４２に密着した状態で固定されている。

このモータケース２０１の内側には、モータ巻線２１１が巻回されたコイル２１２が内嵌されており、該コイル２１２には、コイルで励磁されるステータ２１３が保持されている。このステータ２１３の内側には、モータロータコア２１４が回転自在に収容されており、該モータロータコア２１４の外周面には、マグネット２１５が設けられている。このモータロータコア２１４には、前記回転軸３４が挿通しており、当該回転軸３４は、前記モータロータコア２１４を貫通した状態で固定されている。

この回転軸３４の他端部は、先端側へ向けて延出しており、当該回転軸３４は、オイルシール２２１を介して前記ポンプハウジング７２の中心穴２２２を挿通し、前記ロータ収容部１０１内に突出するように構成されている。該ロータ収容部１０１に突出した前記回転軸３４の周面には、平坦面２２３が形成されており、断面Ｄ字状のロータ接続部２２４が形成されている。このロータ接続部２２４は、前記ロータ収容部１０１に収容された前記ポンプロータインナ１０３のＤ字穴２２５を挿通した後、先端側軸受けを介して前記ポンプベース７１の座ぐり穴２２７に回転自在に収容された状態で支持されている。

このモータ構成部３２で構成されたモータの基端側には、前記モータ駆動制御部３３が配設されており、該モータ駆動制御部３３は、前記モータ構成部３２の基端部に接続されたインシュレータ３０１を備えている（図２参照）。

該インシュレータ３０１は、合成樹脂によって形成されており、前記モータ構成部３２の前記モータケース２０１の基端部に挿入され内嵌した状態で接続されるモータ接続部３１１が一体形成されている。該モータ接続部３１１には、基端側軸受け３１４を介して、前記回転軸３４の一端部が回転自在に支持されている。

前記モータ接続部３１１には、前記モータ巻線２１１への通電を中継するバスバー３２１，・・・がインサート成型されており、前記モータ構成部３２側に突出したバスバー３２１，・・・には、前記モータ巻線２１１が電気的に接続されている。

また、前記モータ接続部３１１の側縁部には、上方へ突出するとともに、ハーネス接続穴３２４が側方へ向けて開口したコネクタ部３２２が一体形成されており、該コネクタ部３２２の奥面には、前記ハーネスと電気的に接続される接続端子３２３，３２３がインサート成型されている。

前記モータ接続部３１１の端面には、支柱部３３３，・・・が複数立設されており、各支柱部３３３，・・・によって制御基板３３４が支持されている。該制御基板３３４には、電子回路が形成されており、外部機器から延出された前記ハーネスを前記コネクタ部３２２に接続した状態において、該コネクタ部３２２から入力される信号に基づいて前記バスバー３２１，・・・への出力信号を制御してモータ駆動制御するコントローラが構成されている。

前記モータ駆動制御部３３は、前記ケース４１の基端部に取り付けられる容器状の制御器カバー３３１を備えてなり、前記モータ接続部３１１に支持された前記制御基板３３４は、前記制御器カバー３３１によって覆われるように構成されている。

この制御器カバー３３１は、アルミニュームによって構成されており、当該制御器カバー３３１の外側面には、内部で発生した熱を外部に放出する冷却フィン３４１，・・・が複数設けられている。

前記インシュレータ３０１の前記コネクタ部３２２の基端部には、係合凹部３５１が凹設されており、該係合凹部３５１より端部側には、前記コネクタ部３２２基端の一般部よりやや低い段差部３５２が形成されている。このコネクタ部３２２の基端部と重合する前記制御器カバー３３１一端側の延出片３５３には、前記段差部３５２上に延在するように構成されており、当該延出片３５３の先端には、前記係合凹部３５１と係合する係合凸部３５４が折曲形成されている。

これにより、前記制御器カバー３３１の前記係合凸部３５４が前記コネクタ部３２２の前記係合凹部３５１に係合した状態で噛み合わせられる噛み合わせ構造が前記係合凸部３５４及び前記係合凹部３５１によって構成されており、組立時には、前記係合凹部３５１と前記係合凸部３５４との接合部分にシール剤が塗布され前記係合凸部３５４と前記係合凹部３５１とが噛み合わせられるように構成されている。

また、前記制御器カバー３３１の他端側には、取付状態において、前記モータケース２０１に外嵌した部位より側方へ向けて延出するカバーフランジ部３７１が前記ケースフランジ部５１に対応した部位に一体形成されており、このカバーフランジ部３７１と前記ケースフランジ部５１との面接部分及び前記モータケース２０１に外嵌した外嵌部分には、組立時においてシール剤が塗布されるように構成されている。

前記カバーフランジ部３７１と該カバーフランジ部３７１に面接する前記ケースフランジ部５１には、ボルト挿通穴３８１が開設されており、該ボルト挿通穴３８１には、カラー３８２が内嵌されている。

これにより、図１に示したように、取付時において、前記ケースフランジ部５１を前記ケーシング１１の前記外面１３に面接した状態で、前記ボルト挿通穴３８１内の前記カラー３８２に挿通したボルト３９１を、前記ケーシング１１に形成されたねじ穴３９２に螺入することで、当該電動式歯車ポンプ１を前記ケーシング１１に固定できるように構成されている。

図３は、前記電動式歯車ポンプ１を駆動するブラシレスモータの制御装置１００１を示すブロック図である。

このブラシレスモータの制御装置１００１には、目標とするモータの回転速度を設定する目標回転速度設定部１００２と、前記目標回転速度設定部にて設定された目標モータ回転速度と、実際のモータ回転速度との偏差、及びモータの回転位置に基づき、モータのフィードバック制御量を設定するフィードバック制御量算出部１００３と、前記フィードバック制御量算出部にて設定されたモータ電圧・電流等のモータ制御量をＵ・Ｖ・Ｗの３相のモータ巻線２１１へ出力するインバータ部１００４が設けられている。

一方、本実施例におけるブラシレスモータにおいては、前記モータ巻線２１１の３相各々に生じる逆起電圧を電圧検出部１００５にて検出し、各相の逆起電圧に基づきモータの回転位置や回転速度を推定するセンサレス制御を用いている。

すなわち、前記逆起電圧の入力に基づき、モータの回転位置を推定する回転位置推定部１００６と、前記モータの推定回転位置に基づきモータ回転速度を推定する実回転速度推定部１００７を備えており、推定された回転速度および回転位置に基づきフィードバック制御量算出部１００３における制御量算出が行われる。

同様にして、Ｕ・Ｖ・Ｗの３相の前記モータ巻線２１１より電圧検出部１００５にてモータ駆動電圧（モータに印加される駆動電圧）を検出する。

これにより検出されたモータ駆動電圧は、ＤＵＴＹ設定部１００８に出力されるように構成されており、該ＤＵＴＹ設定部１００８では、モータ起動時において、検出されたモータ電圧に応じたモータ駆動制御用（制御信号）のデューティー比を設定するとともに、通常時には、制御状態に応じたデューティー比を設定するように構成されている。

図４は、前記ブラシレスモータの制御装置１００１の動作を示すフローチャートであり、モータを起動する際にモータに印加される制御信号の出力に関する動作が示されている。

先ず、モータを停止状態から起動する際には、回転指令が成される（Ｓ１）。すると、制御装置１００１は、図５に示すように、所定の二相のモータ巻線２１１に対してデューティー比Ｄ１の制御信号を所定時間印加する（Ｐｈａｓｅ１）（Ｓ２）。

次に、前記制御装置１００１は、前記二相のモータ巻線２１１に対して前記デューティー比Ｄ１より大きなデューティー比Ｄ２の制御信号を印加し（Ｐｈａｓｅ２）（Ｓ３）、回転位置推定部１００６がモータの位置検出を行ったか否かを判断する（Ｓ４）。

前記デューティー比Ｄ２の制御信号は、図６に示すように、前記モータに加えられる駆動電圧に基づいて設定される。具体的には、前記モータに加えられる駆動電圧が大きくなるに従ってデューティー比が小さくなるように設定される。

前記デューティー比Ｄ２の値は、過大な値を設定するとモータの過電流発生の不具合を生じる可能性が高くなる。その一方で、過小な値に設定するモータの位置検出が出来ず、モータ回転速度のフィードバック制御の遅れの原因となる。そのため、前記デューティー比Ｄ２はモータの過電流発生回避とモータ回転位置検出を両立出来る領域内で一定値を維持するオープンループの制御とするのが望ましい。

これにより、モータに加えられる駆動電圧が定格より低い場合には、デューティー比を大きくすることで、パワー不足による不具合を解消することができる。また、前記駆動電圧が定格よりも高い場合には、デューティー比を小さくすることで、脱調現象を防止し、起動時の安定性を高めることができる。

したがって、安定した起動を行うとともに起動時間の短縮を図ることができる。

そして、前記ステップＳ４において、位置検出ができなければデューティー比Ｄ２の制御信号の印加を継続する一方、位置検出ができた際には、次ステップＳ５（Ｐｈａｓｅ３）へ移行する。

このステップＳ５では、モータの位置検出ができたので、モータの実回転速度や回転位置に基づくＰＩＤ制御によりモータを制御する（Ｓ６）。これにより、通常のモータ制御が行われる。

なお、前記実施の形態ではモータの負荷として電動式の歯車ポンプを用いているがこれに限定されず、別の回転ポンプを用いても良いし、ポンプ以外の負荷であっても良い。

１電動式歯車ポンプ
２モータ
３オイルポンプ
３１ポンプ構成部
３２モータ構成部
３４回転軸
１００１コントローラ
１００５電圧検出部
１００６回転位置推定部
１００８ＤＵＴＹ設定部

Claims

回転駆動されるモータの回転速度を目標とする回転速度に収束すべくモータ制御量を調整してフィードバック制御するブラシレスモータの制御装置であって、
モータ起動時に該モータに加えられる電圧に基づくデューティー比の制御信号をモータに印加する起動時信号印加手段と、
モータ回転位置を検出した際に通常のモータ制御に移行するモータ制御手段と、
を備えたことを特徴とするブラシレスモータの制御装置。
前記起動時信号印加手段は、モータ通電時からの経過時間に応じて前記デューティー比を大きくすることを特徴とした請求項１記載のブラシレスモータの制御装置。
前記起動時信号印加手段は、前記モータに加えられる電圧が大きくなるに従って小さな前記デューティー比を設定することを特徴とした請求項１又は２記載のブラシレスモータの制御装置。