JP2019041521A

JP2019041521A - モータ制御装置

Info

Publication number: JP2019041521A
Application number: JP2017163107A
Authority: JP
Inventors: 裕一加納; Yuichi Kano
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2017-08-28
Filing date: 2017-08-28
Publication date: 2019-03-14
Also published as: CN111034014A; WO2019044533A1; US20200212831A1

Abstract

【課題】モータの特性劣化があっても規定されたモータ出力が得られるモータ制御装置を提供する。
【解決手段】モータ１０への供給電力を制御するモータ制御部２０と、モータ制御部２０からモータ１０への電力供給を遮断してから所定の条件の下における、モータ１０の端子出力の過渡特性の検出結果に基づいて、モータ１０へ供給する電力の判定比率を導出する導出部３０と、判定比率に基づいて、モータ１０へ供給する電力を調整する調整部４５と、を備えてモータ制御装置１を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ制御装置に関する。

従来、アンチブレーキ装置の液体供給モータにおいてモータ回転停止後、規定のタイミングでの端子電圧が閾値以下であれば、異常(固着)発生と判定するモータ制御装置がある（例えば、特許文献１参照）。

このモータ制御装置は、限られた容量のリザーバからモータ駆動のポンプによって液体を汲み上げて供給する液圧源装置の異常を検出する装置であって、前記モータをそれの回転速度が実質的に定常連度に達するに十分な長さの第一の所定時間駆動する第一駆動手段と、その第一駆動手段による前記モータの駆動停止直後におけるモータの端子電圧の低下の緩急に基づいて前記ポンプの固着と前記リザーバへの液漏れとの少なくとも一方が発生しているか否かを判定する第一判定手段と、その第一判定手段による判定後、前記モータを、前記第一の所定時間より長く、前記リザーバにその容量一杯に液が収容されている場合にその液全部を汲み出すのに十分な第二の所定時間駆動する第二駆動手段と、その第二駆動手段による前記モータの駆動停止直後における前記モータの端子電圧の低下の緩急に基づいて前記ポンプの固着が発生しているか否かを判定する第二判定手段と、を有して構成されている。

特開平３−９６４６９号公報

従来技術では、異常の有無を判定するだけであり、規定された出力が得られるように制御していないという課題が生じる。

したがって、本発明の目的は、モータの特性劣化があっても規定されたモータ出力が得られる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、モータへの供給電力を制御するモータ制御部と、前記モータ制御部から前記モータへの電力供給を遮断してから所定の条件の下における、前記モータの端子出力の過渡特性の検出結果に基づいて、前記モータへ供給する電力の判定比率を導出する導出部と、前記判定比率に基づいて、前記モータへ供給する電力を調整する調整部と、を備えるモータ制御装置を提供する。
［２］前記導出部は、前記モータ制御部から前記モータへの電力供給を遮断してから規定時間経過した時点での前記モータの端子に発生する起電力に基づいて、前記モータへ供給する電力の判定比率を導出する、上記［１］に記載のモータ制御装置であってもよい。
［３］また、前記調整部は、前記判定比率が閾値以下になると、前記調整を実行する、上記［１］又は［２］に記載のモータ制御装置であってもよい。
［４］また、前記モータ制御部は、前記モータへの供給電力のデューティー比を制御するＰＷＭ制御を行なう、上記［１］から［３］のいずれか１に記載のモータ制御装置であってもよい。
［５］また、前記調整部は、基準電圧に対する検出電圧の低下分を増加させるように、前記デューティー比を決定する、上記［４］に記載のモータ制御装置であってもよい。
［６］また、前記調整部は、前記判定比率が規定値以下であれば、前記モータに異常が生じたものと判定する、上記［１］から［５］のいずれか１に記載のモータ制御装置であってもよい。

本発明のモータ制御装置によれば、モータの特性劣化があっても規定されたモータ出力が得られる。

図１は、本発明の実施の形態に係るモータ制御装置の全体構成図である。図２は、モータの初期特性を示すもので、図２（ａ）は、モータオンオフ信号であり、図２（ｂ）は、モータ制御信号（ＰＷＭ信号）であり、図２（ｃ）は、モータ回転動作の状態を示す図であり、図２（ｄ）は、モータ回転速度の図であり、図２（ｅ）は、モータ端子電圧を示す図である。図３は、モータ劣化後の特性を示すもので、図３（ａ）は、モータオンオフ信号であり、図３（ｂ）は、モータ制御信号（ＰＷＭ信号）であり、図３（ｃ）は、モータ回転動作の状態を示す図であり、図３（ｄ）は、モータ回転速度の図であり、図３（ｅ）は、モータ端子電圧を示す図である。図４（ａ）は、モータの初期特性におけるモータ制御信号（ＰＷＭ信号）の詳細図であり、図４（ｂ）は、モータ劣化後におけるモータ制御信号（ＰＷＭ信号）の詳細図である。図５は、本発明の実施の形態に係るモータ制御装置を振動モータに適用する場合の、振動モータの外観概略図である。

（本発明の実施の形態）
本発明の実施の形態に係るモータ制御装置１は、モータ１０への供給電力を制御するモータ制御部２０と、モータ制御部２０からモータ１０への電力供給を遮断してから所定の条件の下における、モータ１０の端子出力の過渡特性の検出結果に基づいて、モータ１０へ供給する電力の判定比率を導出する導出部３０と、判定比率に基づいて、モータ１０へ供給する電力を調整する調整部４５と、を備えて構成されている。なお、モータ制御部２０、導出部３０、調整部４５は、後述する制御ＥＣＵ４０（マイコン）の一部又は全部を使用して構成することができ、したがって、制御ＥＣＵ４０の回路又は構成を共有することができる。

（モータ１０）
モータ１０は、電磁力により回転する電動機であり、本発明は種々のモータに適用可能であるが、本実施の形態では、ＤＣブラシタイプの回転モータとして説明する。モータ１０の一方の端子１１は、モータ制御部２０のコレクタＣ及び導出部３０の入力部３１と接続されている。また、他方の端子１２は、グランドＧＮＤと接続されている。

（モータ制御部２０）
モータ制御部２０は、モータへの供給電力を制御するものであり、図１に示すように、制御ＥＣＵ（マイコン）から出力されるモータ制御信号Ｖｓにより、モータ１０に電力（電流）を供給して回転駆動する駆動回路として機能する。モータ制御部２０は、一例として、トランジスタ２１で構成される。トランジスタ２１は、ベースＢと制御ＥＣＵ４０（マイコン）の出力ポートＰ１が接続され、エミッタＥは電源Ｖｃｃに接続され、コレクタＣがモータ端子１１に接続されている。

トランジスタ２１のベースＢにはモータ制御信号Ｖｓが入力され、このモータ制御信号Ｖｓに対応してモータ１０に所定の電流が供給される。モータ制御信号Ｖｓはパルス幅変調されたＰＷＭ信号であるので、所定の電圧値及びデューティー比により供給される電力が決まり、この供給される電力に応じてモータ出力（回転数、トルク等）が決まる。

（導出部３０）
導出部３０は、入力部３１がモータ１０の端子１１とモータ制御部２０のコレクタＣと接続され、出力部３２が制御ＥＣＵ４０（マイコン）の入力ポートＰ２に接続されている。導出部３０は、モータオンオフ信号Ｖ_{０ＮＯＦＦ}に基づいて、モータ１０の端子１１の電圧を検出することができる。モータ１０の端子１１の電圧は、モータ１０の回転中はモータ１０への供給電圧と起電力の合計であり、モータ１０の惰性回転中、停止中はモータ１０が発生する起電力を検出することができる。

導出部３０は、モータ１０の端子出力の過渡特性の検出を行なうことができる。一例として、導出部３０は、制御ＥＣＵ４０のマイコン機能を利用して、モータ１０への電力供給を遮断してから規定時間Δｔ経過した時点でのモータ１０の起電力Ｖｍを検出することができる。

導出部３０は、モータ１０へ供給する電力の判定比率Ｓ_Ｄを導出する。判定比率Ｓ_Ｄは、モータ１０への電力供給を遮断してから規定時間Δｔ経過した時点でのモータ１０の起電力Ｖｍを検出し、これによるモータ１０の端子出力の過渡特性の検出に基づいて導出される。この判定比率Ｓ_Ｄは、例えば、モータ停止からΔｔ時間後のモータ端子電圧Ｖｍとモータ１０の駆動電圧との比をＡＤ変換して、制御ＥＣＵ４０に出力することができる。

なお、導出部３０によるモータ１０の端子出力の過渡特性の検出は、上記示したモータ１０への電力供給を遮断してから規定時間経過した時点でのモータ１０の起電力Ｖｍの検出には限られない。例えば、モータ１０への電力供給を遮断してからモータ１０の起電力Ｖｍが規定電圧に低下するまでの時間を検出する、等の他の過渡特性の検出であってもよい。

（調整部４５）
調整部４５は、判定比率Ｓ_Ｄに基づいて、モータ１０へ供給する電力を調整するものであり、制御ＥＣＵ４０のマイコン機能により構成されている。制御ＥＣＵ４０（マイコン）は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに処理、演算などを行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などから構成されるマイクロコンピュータである。記憶部であるＲＯＭには、上述した起電力Ｖｍに対応してテーブルに記憶されたＰＷＭ制御のためのデューティー比が記憶され、記憶されたプログラムに従って必要により随時参照される。

調整部４５は、判定比率Ｓ_Ｄに対応したデューティー比を参照し、このデューティー比に基づいてモータ１０へ供給する電力を調整する。具体的には、モータ制御信号Ｖｓを判定比率Ｓ_Ｄに対応したデューティー比でパルス幅変調し、このモータ制御信号Ｖｓ（ＰＷＭ信号）を出力ポートＰ１からモータ制御部２０へ出力することによりモータ１０へ供給する電力を調整する。

（モータ制御装置１の動作）
図２は、モータの初期特性を示すもので、時間ｔ１にモータ１０がオン（回転開始）され、時間ｔ２においてモータ１０がオフ（回転停止）されることを示している。なお、初期特性とは、モータの経年劣化等による特性劣化が所定範囲内に収まっている場合の特性である。

図２（ａ）に示すように、モータオンオフ信号Ｖ_{０ＮＯＦＦ}は、時間ｔ１にＬ_ＯからＨiになり、時間ｔ２でＨiからＬ_Ｏになる。図２（ｂ）に示すように、モータ制御信号Ｖｓは、時間ｔ１〜ｔ２の間において、所定のデューティー比Ｄ_０で回転駆動される。

上記のように、モータ１０がモータ制御信号Ｖｓにより駆動制御されると、モータ１０は、図２（ｃ）に示すような回転動作を示す。すなわち、時間ｔ１までは停止状態であり、時間ｔ１からｔ２までの間において通電電流により回転する。時間ｔ２以降は、モータ１０には電力供給がされないので惰性回転を経て、停止状態に至る。

図２（ｄ）に示すように、モータ１０の回転速度は、時間ｔ１から立ち上がり、所定の初期特性である回転数αに達する。時間ｔ２で電力停止された後から、回転数が低下して、停止状態に至る。

図２（ｅ）に示すように、モータ端子電圧Ｖｍは、時間ｔ１からｔ２までの間においては駆動電圧Ｖ０が印加されるが、時間ｔ２以降は、モータの慣性回転により発生する起電力がモータ端子電圧Ｖｍとして検出される。この起電力（モータ端子電圧Ｖｍ）は、モータ出力に対応して発生するので、時間と共に漸次低下する。

モータの初期特性においては、例えば、モータ停止（時間ｔ２）からΔｔ時間後の時間ｔ３において、モータ端子電圧Ｖｍが電圧Ｖ２となる。例えば、モータの回転停止からΔｔ時間後においてモータ端子電圧Ｖｍが電圧Ｖ２以上であれば、モータの端子出力の過渡特性としては初期特性として判断することができる。

図３は、モータ劣化後の特性を示すもので、図２と同様に、時間ｔ１にモータ１０がオン（回転開始）され、時間ｔ２においてモータ１０がオフ（回転停止）されることを示している。モータ劣化後において、モータ１０がオフ（回転停止）された後のモータの端子出力の過渡特性の検出結果に基づいて、モータ１０の次のオン（回転開始）にモータ１０への電力供給を調整して、モータ出力の補正を行なう。モータ出力の補正は、モータ劣化後の特性により低下した出力をモータの初期特性で出力される所定範囲内に補正することである。また、モータ劣化後の特性とは、モータの経年劣化等による特性劣化が所定範囲内に収まっていない場合の特性である。

図３（ａ）に示すように、モータオンオフ信号Ｖ_{０ＮＯＦＦ}は、時間ｔ１にＬ_ＯからＨiになり、時間ｔ２でＨiからＬ_Ｏになる。図３（ｂ）に示すように、モータ制御信号Ｖｓは、時間ｔ１〜ｔ２の間において、所定のデューティー比Ｄ_０で回転駆動される。

上記のように、モータ１０がモータ制御信号Ｖｓにより駆動制御されると、モータ１０は、図３（ｃ）に示すような回転動作を示す。すなわち、時間ｔ１までは停止状態であり、時間ｔ１からｔ２までの間において通電電流により回転する。時間ｔ２以降は、モータ１０には電力供給がされないので惰性回転を経て、停止状態に至る。

図３（ｄ）に示すように、モータ１０の回転速度は、時間ｔ１から立ち上がり、所定の回転数βに達する。時間ｔ２で電力停止された後から、回転数が低下して、停止状態に至る。

ここで、モータ１０は劣化後の特性を有するので、上記示した所定の回転数βは、初期特性の下で出力される回転数αよりも小さな値となる。

図３（ｅ）に示すように、モータ１０への通電が停止した後の時間ｔ２以降は、モータの慣性回転により発生する起電力がモータ端子電圧Ｖｍとして検出される。この起電力（モータ端子電圧Ｖｍ）は、モータ出力に対応して発生するので、時間と共に漸次低下する。

モータ特性の劣化後においては、例えば、モータ停止（時間ｔ２）からΔｔ時間後の時間ｔ３において、モータ端子電圧Ｖｍが電圧Ｖ３となる。このモータ端子電圧Ｖ３は、初期特性Ｖ２に比較して小さな値となっている。

例えば、導出部３０は、モータ停止（時間ｔ２）からΔｔ時間後の時間ｔ３におけるモータ端子電圧Ｖｍとモータ１０の駆動電圧Ｖ０との比を、モータへ供給する電力の判定比率Ｓ_Ｄとして検出、算出する。この判定比率Ｓ_Ｄは、制御ＥＣＵ４０の入力ポートＰ２に入力される。

図２（ｅ）に示すように、初期特性においては、判定比率Ｓ_ＤはＶ２/Ｖ０であり、モータ特性の劣化後においては、図３（ｅ）に示すように、判定比率Ｓ_ＤはＶ３/Ｖ０となる。

調整部４５は、判定比率Ｓ_Ｄに基づいて、モータ１０へ供給する電力を調整する。調整部４５は、判定比率Ｓ_Ｄが閾値以下になると、調整部４５による調整を実行するようにすることができる。以下、判定比率Ｓ_Ｄが閾値以下である場合に、調整部４５による調整を説明する。

調整部４５は、図４（ａ）に示すモータの初期特性におけるモータ制御信号（ＰＷＭ信号）を、図４（ｂ）に示すモータ劣化後のモータ制御信号（ＰＷＭ信号）に補正する。例えば、図４（ａ）に示す周期Ｔ、パルス幅Ｔ０のデューティーＤ_０のＰＷＭ信号を、図４（ｂ）に示す周期Ｔ、パルス幅Ｔ１のデューティーＤ_１のＰＷＭ信号として、デューティー比を補正する。すなわち、調整部４５は、基準電圧Ｖ０に対する検出電圧の低下分（Ｖ０−Ｖ３）を増加させるように、デューティー比を決定することができる。この補正されたデューティー比は、制御ＥＣＵ４０内に記憶することができ、更新されるまでこのデューティー比によるモータ駆動を実行することができる。

調整部４５は、例えば、制御ＥＣＵ４０内において、判定比率Ｓ_Ｄとデューティー比が対応する補正テーブルを記憶して備えることができる。調整部４５は、この補正テーブルを参照して、判定比率Ｓ_Ｄに基づいてデューティー比を決定することができる。

図３（ａ）に示すように、モータ劣化後において、モータ１０がオフ（回転停止）された後のモータの端子出力の過渡特性の検出結果に基づいて、モータ１０の次のオン（回転開始）、すなわち、時間ｔ４以降におけるモータ１０への電力供給を調整して、モータ特性の補正を行なう。

図３（ｂ）に示すように、モータ制御信号Ｖｓは、デューティー比Ｄ_１に補正される。

図３（ｄ）に示すように、モータ１０の回転速度は、デューティー比Ｄ_１の補正により、例えば、モータの初期特性である回転数αに回復する。

上記示した調整部４５によるモータへ供給する電力調整は、判定比率Ｓ_Ｄに基づくデューティー比の補正によるものとしたが、これには限られない。例えば、デューティー比の補正と共に、ゲイン（電圧）を補正することにより電力調整を行なうようにしてもよい。

（モータの異常判定）
調整部４５は、例えば、制御ＥＣＵ４０内において、判定比率Ｓ_Ｄが規定値以下であればモータに異常が生じたものと判定するための、規定値を備えることができる。調整部４５は、この規定値と判定比率Ｓ_Ｄとを比較することにより、モータに異常が生じたものと判定でき、場合により、モータ駆動を停止させることも可能である。

（適用例）
本実施の形態に係るモータ制御装置１は、種々のモータに適用できるが、例えば、図５に示すような振動モータに対して効果的に適用ができる。

一例として、図５に示す振動モータ１０は、モータ回転軸１５に回転体１６が取り付け穴１６ａによって取り付けられている。図５に示すように、回転体１６は非円形とされ、回転体１６の重心がモータ回転軸１５に一致しない。このような状態で振動モータ１０が回転駆動されることにより、振動モータ１０全体が振動して振動呈示することができる。

上記のような振動モータ１０は、モータ回転軸１５を回転支持する軸受が摩耗等して、モータ内部の摩擦トルクが上昇して振動強度が低下する。したがって、本実施の形態に係るモータ制御装置１を適用することにより、振動強度の低下を抑制できる。

（実施の形態の効果）
本発明の実施の形態によれば、以下のような効果を有する。
（１）本発明の実施の形態に係るモータ制御装置１は、モータ１０への供給電力を制御するモータ制御部２０と、モータ制御部２０からモータ１０への電力供給を遮断してから所定の条件の下における、モータ１０の端子出力の過渡特性の検出結果に基づいて、モータ１０へ供給する電力の判定比率を導出する導出部３０と、判定比率に基づいて、モータ１０へ供給する電力を調整する調整部４５と、を備えて構成されている。モータ１０の端子出力の過渡特性の検出結果に基づいて、モータ１０へ供給する電力を調整するので、モータ経年劣化によるモータ特性の低下を抑制することができる。また、これにより、システム寿命を延ばすことができる。
（２）上記示したことは、調整部４５による電力調整、例えば、モータ駆動電圧のデューティー比の補正により可能であるので、モータ耐久性アップ等のコストアップも不要であるという効果を有する。
（３）本実施の形態に係るモータ制御装置１を振動モータに対して適用すると、モータ経年劣化による振動強度低下を抑制できる。また、これにより、振動モータのシステム寿命を延ばすことができる。

以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…モータ制御装置、１０…モータ、１１、１２…端子、１５…モータ回転軸、１６…回転体、１６ａ…取り付け穴、２０…モータ制御部、２１…トランジスタ、３０…導出部、３１…入力部、３２…出力部、４０…制御ＥＣＵ、４５…調整部、Ｓ_Ｄ…判定比率

Claims

モータへの供給電力を制御するモータ制御部と、
前記モータ制御部から前記モータへの電力供給を遮断してから所定の条件の下における、前記モータの端子出力の過渡特性の検出結果に基づいて、前記モータへ供給する電力の判定比率を導出する導出部と、
前記判定比率に基づいて、前記モータへ供給する電力を調整する調整部と、
を備えるモータ制御装置。
前記導出部は、前記モータ制御部から前記モータへの電力供給を遮断してから規定時間経過した時点での前記モータの端子に発生する起電力に基づいて、前記モータへ供給する電力の判定比率を導出する、請求項１に記載のモータ制御装置。
前記調整部は、前記判定比率が閾値以下になると、前記調整を実行する、請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置。
前記モータ制御部は、前記モータへの供給電力のデューティー比を制御するＰＷＭ制御を行なう、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のモータ制御装置。
前記調整部は、基準電圧に対する検出電圧の低下分を増加させるように、前記デューティー比を決定する、請求項４に記載のモータ制御装置。
前記調整部は、前記判定比率が規定値以下であれば、前記モータに異常が生じたものと判定する、請求項１から５のいずれか１項に記載のモータ制御装置。