JP2023032765A - モータ制御装置、およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転角センサの角度補正を行うために追加の構成が不要で、コストを低減することができるモータ制御装置、およびその制御方法を提供することである。【解決手段】モータ制御装置１０は、モータ２０を駆動するインバータ回路２と、インバータ回路２の通電方式を制御するコントローラ１と、モータ２０の回転角を検出する回転角センサ３と、を備える。コントローラ１は、モータ２０の誘起電圧に基づいて、回転角センサ３の角度補正を行う。【選択図】図１

Description

本開示は、モータ制御装置、およびその制御方法に関する。

従来、電動オイルポンプ装置では、ポンプを駆動させるためのモータとして、ブラシレスモータが使用される場合がある。ブラシレスモータを駆動させる場合、回転角センサを利用することが多い。回転角センサには、たとえば、ホールＩＣやＴＭＲ（Tunnel magnetoresistance effect）センサなどを用いる。

ＴＭＲセンサで回転角を検出する場合、モータシャフトに取り付けたＴＭＲセンサ用マグネットの磁力をＴＭＲセンサで検出し、検出した磁力からモータの回転角を求める。しかし、モータシャフトに取り付けたＴＭＲセンサ用マグネットと、モータのマグネットの相対位置が不定の場合、ＴＭＲセンサは、モータの回転角を相対位置として求めることはできるが、絶対位置として回転角を求めることはできない。そのため、ＴＭＲセンサでは、モータの初期位置を特定するためにゼロ点検出を行う必要がある。

たとえば、特許６０２６８１２号公報（特許文献１）には、ゼロ点補正を行う方法として、モータに直流電流を流してロータの磁極が一定の方向を向くことを利用し、ゼロ点補正値を取得することが記載されている。具体的に、モータにモータロック電流を供給して、モータ誘起電圧の位置と一致する方向にロータの回転位置を引き込み、そのときの位相誤差をゼロ点補正値として取得する。また、特許５７９０１２３号公報（特許文献２）には、ＴＭＲセンサで精度よくゼロ点補正値を取得するために、モータを正転させる駆動とモータを逆転させる駆動とを繰り返す方法が記載されている。

特許６０２６８１２号公報 特許５７９０１２３号公報

特許文献１および特許文献２では、ＴＭＲセンサのゼロ点補正値を精度よく取得するためには電流センサが必要となる。また、特許文献１および特許文献２では、ＴＭＲセンサのゼロ点補正値を取得するために、電流によるモータの回転制御を実施する必要があり計算量が増加するので、高性能マイコンを用意する必要がある。

本開示は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、回転角センサの角度補正を行うために追加の構成が不要で、コストを低減することができるモータ制御装置、およびその制御方法を提供することである。

本開示に係るモータ制御装置は、ブラシレスモータの駆動を制御するモータ制御装置である。モータ制御装置は、ブラシレスモータを駆動する駆動部と、駆動部の通電方式を制御する制御部と、ブラシレスモータの回転角を検出する回転角センサと、を備える。制御部は、ブラシレスモータの誘起電圧に基づいて、回転角センサの角度補正を行う。

本開示に係るモータ制御装置の制御方法は、ブラシレスモータを駆動する駆動部と、駆動部の通電方式を制御する制御部と、ブラシレスモータの回転角を検出する回転角センサと、を備えるモータ制御装置の制御方法である。制御方法は、ブラシレスモータの誘起電圧を検出するステップと、ブラシレスモータの誘起電圧に基づいて、回転角センサの角度補正を行うステップと、を含む。

本開示によるモータ制御装置は、ブラシレスモータの誘起電圧に基づいて、回転角センサの角度補正を行うので、回転角センサの角度補正を行うために追加の構成が不要で、コストを低減することができる。

実施の形態１に係るモータ制御装置の構成を概略的に示す図である。 モータおよびインバータ回路の構成を概略的に示す図である。 電動オイルポンプ装置におけるモータの構成を概略的に示す図である。 ゼロ点検出のズレを説明するための概略図である。 各相に生じるモータの誘起電圧を示す図である。 実施の形態１に係るモータ制御装置のゼロ点補正を示すフローチャートである。 実施の形態２に係るモータ制御装置の構成を概略的に示す図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に係るモータ制御装置１０の構成を概略的に示す図である。モータ制御装置１０で駆動するモータ２０は、たとえば、オイルを循環させる電動オイルポンプ装置に用いる。特に、電動オイルポンプ装置は、モータ２０を回転させ、変速機にオイルを供給するための車載向けＡ／Ｔ用である。なお、電動オイルポンプ装置は、車載向けＡ／Ｔ用に限定されず、モータ２０も電動オイルポンプ装置以外に適用することができる。

モータ制御装置１０は、コントローラ１（制御部）と、インバータ回路２（駆動部）と、回転角センサ３とを含む。モータ制御装置１０で制御するモータ２０は、ロータ２１と、３相のモータ巻線２２ｕ～２２ｗとを備えるブラシレスモータである。なお、ロータ２１の回転軸の端部には、センサ用マグネット４が取り付けられている。

図２は、モータ２０およびインバータ回路の構成を概略的に示す図である。インバータ回路２は、６つのスイッチング素子２０１～２０６を有し、モータ巻線２２ｕ～２２ｗへの電力を変換している。スイッチング素子２０１～２０６は、ＭＯＳＦＥＴであるが、ＩＧＢＴやサイリスタ等であってもよい。

高電位側に配置されるスイッチング素子２０１～２０３は、上側母線２０７と接続され、低電位側に配置されるスイッチング素子２０４～２０６は、下側母線２０８と接続される。上側母線２０７はコントローラ１に接続され、下側母線２０８はＧＮＤに接続されている。

回転角センサ３は、ロータ２１の回転角を検出する。具体的に、回転角センサ３は、ＴＭＲセンサなど磁極センサを用いたセンサであり、ロータ２１の回転軸の端部に設けられたセンサ用マグネット４の回転角を検出している。回転角センサ３は、磁極センサに限定されず、ホールＩＣと磁気パルサーリングとを組み合わせたセンサなどでもよい。

コントローラ１は、後述する特定のゼロクロス点を記憶するメモリ１ａ（記憶部）を含む。さらに、コントローラ１は、図示していないが、ＣＰＵ、入力インターフェース、出力インターフェース、および電圧の測定部などを含み、図示していない上位コントローラと通信するように構成される。コントローラ１は、上位コントローラからモータ２０の指令回転数、回転角センサ３で検出した回転角などを入力インターフェースで受け付ける。指令回転数は、モータ２０を駆動させる目標の単位時間当たりの回転数である。コントローラ１は、指令回転数に従いインバータ回路２を制御してモータ巻線２２ｕ～２２ｗに電流Ｉを供給する。

コントローラ１は、インバータ回路２の通電方式を制御し、例えば、１２０度通電方式でモータ２０を駆動する場合、インバータ回路２の６個のスイッチング素子２０１～２０６のうち、１相（たとえば、Ｕ相）の上側アームのスイッチング素子が１２０度の期間ＯＮされ、他の１相（たとえば、Ｖ相）の下側アームのスイッチング素子が１２０度の期間ＯＮされ、残りのスイッチング素子（たとえば、Ｕ相の下側アーム、Ｖ相の上側アーム、および、Ｗ相の上側下側アーム）がＯＦＦされる。これにより、モータ２０は、各相において１２０度の期間、モータ巻線２２ｕ～２２ｗに対する通電が維持され、６０度の期間、モータ巻線２２ｕ～２２ｗに対する通電が行われない。

回転角センサ３では、ロータ２１の回転角を検出するために、モータ２０の磁界が固定されるように一定の電流を流して、ロータ２１の初期位置を特定するゼロ点検出を行う必要がある。特に、モータ２０を電動オイルポンプ装置で用いた場合、モータ２０の回転軸にオイルシールを用いる必要がある。図３は、電動オイルポンプ装置におけるモータ２０の構成を概略的に示す図である。モータ２０は、図３に示すようにロータ２１の中心に回転軸２３が設けられており、当該回転軸２３を介してオイルを循環させるポンプに動力を伝える。

そのため、ポンプ側のオイルが回転軸２３を伝ってモータ２０側に侵入しないようにオイルシール２４が設けてある。また、回転軸２３には、ボールベアリング２５が設けてある。回転軸２３にオイルシール２４を設けることで引きずりトルクが大きくなる。また、回転軸２３にボールベアリング２５を設けることでベアリングの摩擦等のフリクショントルクが生じる。これらのトルクにより、モータ２０に一定の電流を流して検出したゼロ点にズレが生じるため、モータ２０を電動オイルポンプ装置に用いる場合、特にゼロ点の補正を行う必要がある。

図４は、ゼロ点検出のズレを説明するための概略図である。図４の図中左側には、オイルシール２４の引きずりトルクなどの影響でゼロ点にズレが生じたモータ２０が図示されている。当該図には、Ｕ相からＷ層に電流を流したときに生じる磁界の方向３０をゼロ点とした場合に、ロータ２１の方向４ａが磁界の方向３０に対してずれている様子が図示されている。このようにロータ２１の方向４ａが磁界の方向３０に対してずれた状態で、センサ用マグネット４の方向を検出してゼロ点とするため、ゼロ点にズレが発生する。

ここで、コントローラ１は、モータ２０を１２０度通電方式で駆動する場合、ズレを含んだゼロ点に基づいてインバータ回路２を駆動し、最適ではないながらも、モータ２０を回転駆動できる。このとき、各相においてモータ巻線２２ｕ～２２ｗに発生する誘起電圧のゼロクロス点に基づいて、ロータ２１の位置情報を取得できる。図５は、各相に生じるモータの誘起電圧を示す図である。ゼロクロス点は、３相のブラシレスモータであれば、図５に示すようにロータ２１の電気角における１回転で、各相に２個、計６個存在する。具体的に、Ｕ相にはゼロクロス点Ａ，Ｂが生じ、Ｖ相にはゼロクロス点Ｃ，Ｄが生じ、Ｗ相にはゼロクロス点Ｅ，Ｆが生じる。コントローラ１は、ゼロクロス点Ａ～Ｆを検出することで、６０度ごとにロータ２１の位置情報を取得できる。

そのため、コントローラ１は、ゼロクロス点Ａ～Ｆのいずれかの点でのロータ２１の位置における回転角センサ３の方向を検出することで、ゼロクロス点（特定のゼロクロス点）を回転角センサ３のゼロ点補正値として利用できる。つまり、コントローラ１は、モータ２０の誘起電圧に基づいて、回転角センサ３の角度補正を行うことができる。

図４の図中右側には、回転角センサ３のゼロ点補正を行ったモータ２０が図示されている。当該図には、ゼロクロス点を回転角センサ３のゼロ点補正値とし、当該ゼロ点補正値に基づいてゼロ点補正を行ったモータ２０が図示されている。そのため、磁界の方向３０と、ロータ２１の方向４ｂとが一致している。

次に、回転角センサ３のゼロ点補正を行うコントローラ１の制御についてフローチャートを用いて説明する。図６は、実施の形態１に係るモータ制御装置１０のゼロ点補正を示すフローチャートである。なお、図６に示すフローチャートでは、Ｕ相のゼロクロス点Ａにおけるロータ２１の位置を基に回転角センサ３のゼロ点（初期位置）を補正する。

まず、コントローラ１は、磁界の方向が固定されるようにモータ２０に一定の電流を流す（ステップＳ１０１）。コントローラ１は、モータ２０に固定磁界の電流を流した状態でロータ２１の初期位置を特定するゼロ点を検出する（ステップＳ１０２）。コントローラ１は、このときの回転角センサ３の方向を検出してゼロ点を設定する。コントローラ１は、ゼロ点を設定した後、モータ２０を回転駆動する（ステップＳ１０３）。

コントローラ１は、回転角センサ３のゼロ点補正を行うため、Ｕ相の誘起電圧を測定する（ステップＳ１０４）。コントローラ１は、測定したＵ相の誘起電圧が特定のゼロクロス点（ゼロクロス点Ａ，Ｂ）か否かを判断する（ステップＳ１０５）。測定したＵ相の誘起電圧が特定のゼロクロス点でない場合（ステップＳ１０５でＮＯ）、コントローラ１は、処理をステップＳ１０４に戻し、Ｕ相の誘起電圧の測定を継続する。

一方、測定したＵ相の誘起電圧が特定のゼロクロス点である場合（ステップＳ１０５でＹＥＳ）、コントローラ１は、特定のゼロクロス点に基づき回転角センサ３のゼロ点補正を行う（ステップＳ１０６）。具体的に、コントローラ１は、例えばゼロクロス点Ａでのロータ２１の位置を回転角センサ３のゼロ点補正値として取得し、当該ゼロ点補正値の位置を回転角センサ３のゼロ点として補正する。

コントローラ１は、メモリ１ａに補正した回転角センサ３のゼロ点を記憶する（ステップＳ１０７）。コントローラ１は、補正した回転角センサ３のゼロ点を記憶しておくことで、次回以降の起動時には再度ゼロ点補正を行うことなく、引きずりトルクなどの要因により生じる回転角センサ３のゼロ点のズレを継続的に補正することができる。コントローラ１は、モータ２０を停止するユーザの操作を受け付けた場合、モータ２０を停止する（ステップＳ１０８）。

以上のように、実施の形態１に係るモータ制御装置１０は、モータ２０（ブラシレスモータ）の駆動を制御するモータ制御装置である。モータ制御装置１０は、モータ２０を駆動するインバータ回路２と、インバータ回路２の通電方式を制御するコントローラ１と、モータ２０の回転角を検出する回転角センサ３と、を備える。コントローラ１は、モータ２０の誘起電圧に基づいて、回転角センサ３の角度補正を行う。

これにより、実施の形態１に係るモータ制御装置１０は、モータ２０の誘起電圧に基づいて、回転角センサ３の角度補正を行うので、回転角センサ３の角度補正を行うために追加の構成が不要で、コストを低減することができる。

コントローラ１は、モータ２０の誘起電圧のゼロクロス点に基づいて、回転角センサ３のゼロ点を補正することが好ましい。これにより、モータ制御装置１０は、回転角センサ３のゼロ点補正を行うために追加の構成が不要で、コストを低減することができる。

モータ２０の誘起電圧の複数のゼロクロス点のうち、特定のゼロクロス点を記憶するメモリ１ａをさらに備え、コントローラ１は、メモリ１ａに記憶した特定のゼロクロス点に基づいて、回転角センサ３の角度補正を行うことが好ましい。これにより、コントローラ１は、メモリ１ａに記憶した特定のゼロクロス点を利用してモータ２０の駆動中に回転角センサ３の角度補正を行うことができる。

コントローラ１は、所定の期間ごとに回転角センサ３の角度補正を行うことが好ましい。これにより、コントローラ１は、モータ２０の駆動中に回転角センサ３の角度補正をより確かに行うことができる。

モータ２０は、オイルを循環させるポンプを駆動させるモータ２０であることか好ましい。これにより、オイルシールの引きずりトルクなどの影響でゼロ点にズレが生じるモータ２０に対して回転角センサ３の角度補正を行うことができる。

実施の形態１に係るモータ制御装置１０の制御方法であって、モータ２０の誘起電圧を検出するステップと、モータ２０の誘起電圧に基づいて、回転角センサ３の角度補正を行うステップと、を含む。これにより、実施の形態１に係るモータ制御装置１０は、モータ２０の誘起電圧に基づいて、回転角センサ３の角度補正を行うので、回転角センサ３の角度補正を行うために追加の構成が不要で、コストを低減することができる。

［実施の形態２］
実施の形態１に係るモータ制御装置１０は、３相のモータ巻線２２ｕ～２２ｗを備える２極３溝のモータ２０を駆動する。しかし、モータ制御装置が駆動するモータは、２極３溝の３相モータに限定されず、３相以上の多相多極多溝モータであればよい。実施の形態２では、３相の４極６溝モータを駆動するモータ制御装置について説明する。図７は、実施の形態２に係るモータ制御装置１０Ａの構成を概略的に示す図である。

モータ制御装置１０Ａは、コントローラ１（制御部）と、インバータ回路２（駆動部）と、回転角センサ３とを含む。モータ制御装置１０Ａで制御するモータ２０Ａは、４極のロータ２１と、６溝に巻回された３相のモータ巻線２２ａ～２２ｆとを備えるブラシレスモータである。なお、ロータ２１の回転軸の端部には、センサ用マグネット４が取り付けられている。なお、図７に示すモータ制御装置１０Ａおよびモータ２０Ａは、図１に示すモータ制御装置１０およびモータ２０と同じ構成について同じ符号を付して詳細な説明を繰り返さない。

６溝に巻回されたモータ巻線２２ａ～２２ｆを備えるモータ２０Ａに対しても、モータ制御装置１０Ａは、各相においてモータ巻線２２ａ～２２ｆに発生する誘起電圧のゼロクロス点に基づいて、ロータ２１の位置情報を取得できる。モータ制御装置１０Ａは、複数のゼロクロス点のいずれかの点でのロータ２１の位置における回転角センサ３の方向を検出することで、ゼロクロス点を回転角センサ３のゼロ点補正値として利用できる。つまり、モータ制御装置１０Ａは、モータ２０Ａの誘起電圧に基づいて、回転角センサ３の角度補正を行うことができる。

以上のように、モータ２０Ａは、３相２極３溝以上の多相多極多溝モータであってもよい。これにより、モータ制御装置１０Ａは、モータ２０Ａの誘起電圧に基づいて、回転角センサ３の角度補正を行うことができる。

＜変形例１＞
前述の実施の形態では、モータ制御装置１０，１０Ａが、モータ２０の誘起電圧のゼロクロス点を、回転角センサ３のゼロ点として角度補正するゼロ点補正を行うことを説明した。しかし、モータ制御装置１０，１０Ａは、モータ２０の誘起電圧に対してゼロクロス点以外の基準電圧を設定し、当該基準電圧に基づいて回転角センサ３の角度補正を行ってもよい。

＜変形例２＞
前述の実施の形態では、コントローラ１が、メモリ１ａに記憶した特定のゼロクロス点を利用することで、モータ２０の駆動中に回転角センサ３の角度補正を適宜行うことができると説明した。しかし、コントローラ１が、モータ２０の始動時にゼロ点補正を行うのみであれば、メモリ１ａを設けて特定のゼロクロス点を記憶する必要はない。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ コントローラ、１ａ メモリ、２ インバータ回路、３ 回転角センサ、４ センサ用マグネット、１０，１０Ａ モータ制御装置、２０，２０Ａ モータ、２１ ロータ、２２ａ～２２ｆ，２２ｕ～２２ｗ モータ巻線、２３ 回転軸、２４ オイルシール、２５ ボールベアリング、２０１～２０６ スイッチング素子、２０７ 上側母線、２０８ 下側母線。

Claims (7)

1. ブラシレスモータの駆動を制御するモータ制御装置であって、
   前記ブラシレスモータを駆動する駆動部と、
   前記駆動部の通電方式を制御する制御部と、
   前記ブラシレスモータの回転角を検出する回転角センサと、を備え、
   前記制御部は、前記ブラシレスモータの誘起電圧に基づいて、前記回転角センサの角度補正を行う、モータ制御装置。
2. 前記制御部は、前記ブラシレスモータの誘起電圧のゼロクロス点に基づいて、前記回転角センサのゼロ点を補正する、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記ブラシレスモータは、３相以上の多相モータである、請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記ブラシレスモータの誘起電圧の複数のゼロクロス点のうち、特定のゼロクロス点を記憶する記憶部をさらに備え、
   前記制御部は、前記記憶部に記憶した前記特定のゼロクロス点に基づいて、前記回転角センサの角度補正を行う、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
5. 前記制御部は、所定の期間ごとに前記回転角センサの角度補正を行う、請求項４に記載のモータ制御装置。
6. 前記ブラシレスモータは、オイルを循環させるポンプを駆動させるモータである、請求項１～請求項５のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
7. ブラシレスモータを駆動する駆動部と、前記駆動部の通電方式を制御する制御部と、前記ブラシレスモータの回転角を検出する回転角センサと、を備えるモータ制御装置の制御方法であって、
   前記ブラシレスモータの誘起電圧を検出するステップと、
   前記ブラシレスモータの誘起電圧に基づいて、前記回転角センサの角度補正を行うステップと、を含む、モータ制御装置の制御方法。

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