JP4537904B2

JP4537904B2 - モータ制御方法

Info

Publication number: JP4537904B2
Application number: JP2005217167A
Authority: JP
Inventors: 寿晶武下; 巌鶴渕; 和彦立川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Mitsuba Corp
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Mitsuba Corp
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2005-07-27
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2025-07-27
Also published as: JP2007037292A

Description

本発明は、モータに一体的に駆動回路を設けた構造におけるモータ制御方法に関するものである。

従来、モータにドライバ（駆動制御回路など）を一体的に設けた機電一体化構造のモータ装置がある。そのようなモータ装置にあっては、例えばモータケースにドライバのモジュールを装着していた場合に、モータの駆動時の発熱によりドライバを構成する素子（ＦＥＴなど）が熱的に損傷を受ける虞がある。

上記したようなドライバの熱的損傷を防止するために、例えばドライバを構成する素子の付近にサーミスタを設けて、検出温度が許容温度に達したときには過負荷フェールモードに移行し、モータの動作を停止する制御を行うようにしたものがあった（例えば特許文献１参照）。
特開２００２−１９１１９０号公報

しかしながら、上記したように許容温度以上でモータの動作を停止する制御を行うものにあっては、一旦モータの動作が停止された後に復帰する場合には改めて装置の始動手順を踏むということになり、例えば上記特許文献１のように自動車に搭載されたモータ装置にあっては、イグニッションスイッチのオフからオンの操作をし直すことが考えられる。そのため、モータ過負荷時に復帰させる操作や作業が煩雑化するという問題がある。

このような課題を解決して、モータの機電一体化構造においてモータの発熱の影響を受ける駆動回路の熱的損傷を防止すると共にモータの駆動停止における復帰の煩雑さを回避することを実現するために本発明に於いては、モータに一体的に設けられかつ外部指令値に応じて当該モータを駆動制御する駆動制御回路と、前記駆動回路の近傍の温度を検出する温度検出器と、前記温度検出器により検出された温度検出値と比較するための比較設定値を有しかつ前記駆動制御回路に前記外部指令値とは別個の指令値を出力する温度管理及び指令値出力手段とを有し、前記比較設定値が、第１の所定値と、当該第１の所定値よりも低い第２の所定値とを有し、前記温度検出値が前記第１の所定値以下の場合には前記外部指令値にて前記モータを駆動し、前記温度検出値が前記第１の所定値を超えた場合には当該超えた時の前記外部指令値よりも低く設定した前記別個の指令値で前記モータを駆動し、前記温度検出値が前記第１の所定値と前記第２の所定値との間にある時に前記外部指令値が前記低く設定した別個の指令値よりも低くなった場合には前記外部指令値の当該低くなった値で前記モータを駆動し、前記温度検出値が前記第２の所定値に達した場合には前記外部指令値にて前記モータを駆動するものとした。

特に、前記比較設定値が、前記第１の所定値よりも高い第３の所定値を有し、前記温度検出値が前記第３の所定値を超えた場合には温度管理及び指令値出力手段により前記駆動制御回路による前記モータの駆動制御を停止すると良い。また、前記別個の指令値は、前記モータの回転速度を制御するものであると良い。

このように本発明によれば、駆動回路近傍の温度検出値と比較する比較設定値として第１の所定値とそれより低い第２の所定値とを設定し、第１の所定値を温度検出値が超えたら、外部指令値よりも低く設定した別個の指令値でモータを駆動することにより、モータを停止することなく、低出力運転にてモータの発熱量を減少させることが可能になる。なお、一定の回転速度でモータを駆動する装置にあっては、低く設定した指令値を運転に支障のない最低限の回転速度とすることにより、モータの駆動を続行しても問題が生じることがない。

そして、例えば通常の出力を発生させる運転を行っても良い温度としての第２の所定値まで温度検出値が下がった場合には通常運転に戻すことにより、モータの発熱により駆動回路近傍に温度上昇が起きてもモータの駆動が停止されることがないため、モータの駆動停止による復帰における煩雑さを解消することができる。

さらに、温度検出値が第１及び第２の所定値の間にある時に低く設定した指令値よりもさらに低い外部指令値が入力された場合には、その外部指令値でモータを駆動した方がより温度低下を促進することができるため、そのさらに低い外部指令値でモータを駆動する制御に切り換える。

特に、比較設定値として第１の所定値よりも高い第３の所定値を設け、温度検出値が第３の所定値を超えた場合にはモータの駆動制御を停止することにより、上記低く設定した指令値による運転ではモータが冷却されずに温度が上昇し続けるようになっても、第３の所定値以上に温度が上がって駆動回路を構成する素子が熱的損傷を受けてしまうことを防止することができる。

また、モータ駆動の指令値が回転速度であることにより、モータの回転速度を検出しかつ制御する回路は簡単な構造でかつ安価なものとすることができるため、本発明に対応した装置を低コストで実現可能となる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明が適用されたモータ装置の回路構成を示すブロック図である。

図１に示されるように、モータ１にはドライバユニット２が内蔵または外付けにて一体的に取り付けられている。モータ１には回転速度センサ３が取り付けられており、モータ１及びドライバユニット２の外部には外部制御装置（ＥＣＵ）４が配設されている。ドライバユニット２には外部制御装置４から外部指令値として例えば回転速度指令値が入力すると共に回転速度センサ３からの回転速度検出信号が入力する。また、ドライバユニット２から外部制御装置４に回転速度検出値と故障信号とが出力される。

ドライバユニット２内には、外部制御装置４との間の上記した各信号及び回転速度センサ３との間の信号授受のためにそれぞれ対応した各インターフェース５ａ・５ｂ・５ｃ・５ｄと、それらインターフェース５ａ〜５ｄを介して各信号の授受を行いかつモータ１に対する駆動制御をプログラム処理する温度管理及び指令値出力手段としての制御部（ＣＰＵ）６と、制御部６からの指令値に基づいてモータ１の駆動制御を行うドライバ７と、ドライバ７の近傍に配置された温度検出器８とが設けられている。

ドライバ７は、制御部６からの信号を受け取るプリドライバ７ａと、ブリドライバ７ａによりオン／オフ制御される例えばＦＥＴを有するパワー回路７ｂとにより構成されている。また、温度検出器８は、サーミスタであって良く、その出力となる温度検出値Ｔｓが制御部６に入力する。熱的損傷を防止する対象となるＦＥＴの温度を直接的に検出し得る位置に温度検出器８を取り付けると良いが、レイアウト上無理な場合には、その近傍であっても良く、直付けに対して実験などで例えば換算係数を求めておくことにより何ら問題なく対応可能である。

制御部６にあっては、例えばプログラムにより、温度検出値Ｔｓと比較するための比較設定値として、第１の所定値Ｔ１と、第１の所定値Ｔ１よりも低い第２の所定値Ｔ２と、第１の所定値よりも高い第３の所定値Ｔ３とがそれぞれ設定されている。なお、第１の所定値Ｔ１は、その温度以上の状態が長時間続くとドライバ７の例えばパワー回路７ｂを構成するＦＥＴが熱的損傷を受ける虞があるとされる温度であって良く、第２の所定値Ｔ２は、その温度まで低下していればモータ１の通常運転を継続することに何ら問題が無いとされる温度であって良く、第３の所定値Ｔ３は、その温度が長時間続いた場合には上記ＦＥＴが熱的損傷を受けないでいることが困難であるとされる温度であって良い。

なお、本発明の対象とするモータ１はブラシレスモータであって良いが、それに限られるものではなく、ブラシモータであっても良い。図示例ではブラシレスモータとして以下の説明を行う。それに応じてドライバ７ではＰＷＭ制御を行うものとする。

このようにして構成された機電一体化構造のモータ装置における本発明による制御要領について図２のタイムチャートを参照して以下に示す。図示例におけるモータ１の制御は回転速度であり、回転速度を対象とする信号にあっては回転速度に置き換えて説明する。

図２において、最上段の第１段目は外部制御装置４からの回転速度指令値（ＥＣＵ指令値）であり、第２段目は外部指令値とは別個の指令値として制御部６に設定される回転速度指令値Ｎｄであり、第３段目は制御部６からドライバ７に出力される回転速度指令値であり、第４段目は回転速度センサ３により検出された回転速度検出値（モータ１の実回転速度）であり、最下段の第５段目は温度検出器８により検出された温度検出値Ｔｓである。

通常の駆動制御を行うべく、例えばモータ１の駆動可能な最高定常回転速度に相当するＥＣＵ指令値Ｎ１が外部制御装置４からドライバユニット２に入力すると、それに応じて制御部６では、温度検出値Ｔｓと、冷却した方が良いとする第１の所定値Ｔ１とを比較し、温度検出値Ｔｓが第１の所定値Ｔ１以下であると判別された場合には制御部６からＥＣＵ指令値Ｎ１に対応する指令値（同じＮ１として表す。以下同様）をドライバ７に出力する。ドライバ７では、その指令値Ｎ１に応じた制御を行って、モータ１が定常回転速度Ｎ１で回転する。なお、制御部６では、温度検出値Ｔｓと各所定値Ｔ１〜Ｔ３との比較を割り込み処理などで常時行うものとする。

そして、例えば雰囲気温度の影響を受けて、図に示されるようにモータ１の駆動開始時から温度検出値Ｔｓが上昇し続けて第１の所定値Ｔ１を超えた（あるいは達した）場合（図の時刻ｔ１）には、制御部６では、その比較結果に応じてＥＣＵ指令値Ｎ１よりも低く設定されている別指令値Ｎｄを出力する。図示例におけるこのＥＣＵ指令値Ｎ１は、モータ１の仕様において定常回転速度の最大値とされている。

ここで、図示例では通常の駆動制御時における最大回転速度をＮ１としており、それに対応した別指令値Ｎｄを予めメモリなどに設定しておくものとする。それに対して回転速度を状況に応じて可変させて制御するモータを対象とすることもできる。その場合には、温度検出値Ｔｓが第１の所定値Ｔ１を超えた時のＥＣＵ指令値に対して任意の減算値（あるいは減少率）を用いるなどして別指令値Ｎｄをその都度低く設定することであって良い。

図２では、モータ１が回転速度Ｎ１で回転し続けることにより、雰囲気温度の影響を受けて、モータ１と一体的に設けられたドライバ７の温度（温度検出値Ｔｓ）が上昇する場合が示されている。制御部６では、温度検出値Ｔｓが第１の所定値Ｔ１を超えたと判定された時（図２のｔ１）にはその時のＥＣＵ指令値Ｎ１よりも低い別指令値Ｎｄを出力するように切り換える。これにより、モータ１の回転速度が低下するため温度が低下し得る。この別指令値Ｎｄは、本装置の使用環境などを考慮して、モータ１をその回転速度Ｎｄで定常回転させた場合にドライバ７の温度が第１の所定値Ｔ１から低下し得る値に設定する。

これにより、時刻ｔ１以降には温度検出値Ｔ１が低下する。また、モータ１は初期の指令値である回転速度Ｎ１よりも低い回転速度Ｎｄで回転することになるが、完全に停止するのではないため、装置の停止による復帰処理などは発生しない。また、このような緊急事態は希であると考えられ、そのような場合に一時的に低い回転速度Ｎｄで回転することは許容できるものである。

また、図２に示されるように温度検出値Ｔｓが第１の所定値Ｔ１より低下しているが第２の所定値Ｔ２に至る前にＥＣＵ指令値がＮｄよりも低いＮ３となるように出力された場合（ｔ２）には、制御部６からの指令値をモータ実回転速度がＮｄ以下になったらＥＣＵ指令値（Ｎ３）に切り換える。このようにすることにより、本来のＥＣＵ指令値Ｎ３に応じた制御を行うと共に温度低下も促進し得る。

また、温度検出値Ｔｓが第２の所定値Ｔ２に至る前にＥＣＵ指令値がＮｄよりも高いＮ１が出力されるようになった場合（ｔ３）には、モータ実回転速度がＮｄに達したら、制御部６からの回転速度指令値をＥＣＵ指令値からＮｄに切り換える。これは、未だ温度検出値Ｔｓが第２の所定値Ｔ２まで低下していないので、温度を低下させることを優先するためである。

そして、温度検出値Ｔｓが第２の所定値Ｔ２まで低下したら（ｔ４）、この温度は上記したようにモータ１の通常運転を継続することに何ら問題が無いとされる温度であることから、その時のＥＣＵ指令値（図示例ではＮ１）による制御に切り換える。

このようにして、ドライバ７にとって長時間連続運転をすると熱的損傷を受ける虞が生じる温度（第１の所定値Ｔ１）が検出されたら、モータ１の発熱量を低下させるべく回転速度を下げる制御を行い、温度が充分に低下したら強制的に回転速度を低下させる状態から通常の制御に戻すことにより、温度の上昇の度にモータ１を停止させる必要がない。それにより、モータ１の運転復帰処理などの煩雑さが回避される。

なお、予想されない厳しい雰囲気温度の場合には、図２の時刻ｔ２で温度検出値Ｔｓが第１の所定値Ｔ１に達して低い回転速度となる指令値Ｎｄで運転しても、温度検出値Ｔｓが二点鎖線で示されるように上昇し続けることになる。その場合には、上記したように第１の所定値Ｔ１よりも高く設定された第３の所定値Ｔ３を温度検出値Ｔｓが超えたと制御部６で判定された時（ｔ６）に、制御部６から直接的にモータ１に停止指令信号を出力してモータ１を停止する。また、制御部６から外部制御装置４に故障信号が出力され、それに応じて故障表示などの警告処理を行う。これにより、異常な温度上昇が生じた場合でもドライバ７の素子が熱的損傷を受けてしまうことを回避することができる。

なお、本発明によれば、モータ１の駆動対象を特に限定するものではないが、通常運転において定常回転速度で駆動する装置に好適である。定常回転速度で運転される場合には、雰囲気温度により温度が上昇傾向になると、そのまま平衡するまで温度が上昇するようになるため、そのような場合に一定の低回転速度に切り換えることにより温度を低下させることができる。モータ１の制御対象にあっては、図示例の回転速度に限定されるものではなく、出力を対象とすることができる。その場合であっても、図示例の各指令値における回転速度を出力に置き換え、例えば回転速度またはトルクを優先した出力制御とすることにより可能である。

また、従来例の特許文献１と同様にパワーステアリング装置の油圧供給モータであって良いが、例えば自動車用としてはパワーウィンドウ装置や燃料ポンプにも適用可能である。また、ポンプの対象としては液体に限られず気体であっても良い。

本発明にかかるモータの制御方法は、モータを停止することなくドライバの熱的損傷を回避でき、モータの発熱の影響を受け易い、モータにドライバを一体的に設けた機電一体型のモータ装置等として有用である。

本発明が適用されたモータ装置の回路構成を示すブロック図である。本発明に基づく制御要領を示すタイムチャートを示す図である。

符号の説明

１モータ
２ドライバユニット
３回転速度センサ
４外部制御装置
６制御部
７ドライバ
８温度検出器

Claims

モータに一体的に設けられかつ外部指令値に応じて当該モータを駆動制御する駆動制御回路と、前記駆動回路の近傍の温度を検出する温度検出器と、前記温度検出器により検出された温度検出値と比較するための比較設定値を有しかつ前記駆動制御回路に前記外部指令値とは別個の指令値を出力する温度管理及び指令値出力手段とを有し、
前記比較設定値が、第１の所定値と、当該第１の所定値よりも低い第２の所定値とを有し、
前記温度検出値が前記第１の所定値以下の場合には前記外部指令値にて前記モータを駆動し、
前記温度検出値が前記第１の所定値を超えた場合には当該超えた時の前記外部指令値よりも低く設定した前記別個の指令値で前記モータを駆動し、
前記温度検出値が前記第１の所定値と前記第２の所定値との間にある時に前記外部指令値が前記低く設定した別個の指令値よりも低くなった場合には前記外部指令値の当該低くなった値で前記モータを駆動し、
前記温度検出値が前記第２の所定値に達した場合には前記外部指令値にて前記モータを駆動することを特徴とするモータ制御方法。
前記比較設定値が、前記第１の所定値よりも高い第３の所定値を有し、
前記温度検出値が前記第３の所定値を超えた場合には温度管理及び指令値出力手段により前記駆動制御回路による前記モータの駆動制御を停止することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御方法。
前記別個の指令値は、前記モータの回転速度を制御するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータ制御方法。