JP4938517B2 - ブラシレスモータの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、進角制御を行うブラシレスモータの制御装置に関するものである。

従来、ＤＣブラシレスモータを電動自動車の駆動源として用いたものがあり、長い下り坂走行で内燃機関自動車におけるエンジンブレーキと同様の制動を行うようにするためにモータの回生制御を行うようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。
特開２００２−５８２７７号公報

しかしながら、駆動制御を停止した状態で長い下り坂を走行する場合には自然に増速されていってモータの無負荷回転数以上に回転数が上がってしまうことがあり、その場合には、制御装置（コントローラ）から電源（バッテリ）へ流れる回生電流を制御することができない。そのため、例えば電源がバッテリの場合には過充電となったり、回生エネルギの増加分に応じてモータのフリクションが増大したりするという問題が生じる。その場合には、例えば電流供給回路としてブリッジ回路を構成したものにおいて、そのブリッジの出力を昇圧動作から１００％デューティの駆動（最大デューティ駆動制御）に切り替えると共に、無負荷回転数以上の回転速度の増減に応じて進角量を増減させることにより発電量を抑制することができる。

しかしながら、上記制御にあっては、１００％デューティの駆動状態で進角制御しており、進角制御に僅かな誤差が生じても１００％デューティに応じた大きさで駆動量が決定されるため、誤差に過剰に反応することになり、駆動と回生とを繰り返すハンチングを起こし易かった。そのため、制御精度を高精度化する必要があり、制御装置が高コスト化するという問題があった。

このような課題を解決して、無負荷回転数以上で発電量の抑制制御を簡単な回路構成で安価に実現するために本発明に於いては、ステータと、前記ステータに対して同軸かつ回転可能に設けられたロータと、前記ステータと前記ロータとの一方にコイル巻線が設けられ、前記ステータと前記ロータとの他方に前記コイル巻線に対向して永久磁石が配設されたブラシレスモータの制御装置であって、前記ステータに対する前記ロータの回転状態を検出する回転検出手段と、前記コイル巻線に駆動電流を供給する駆動電流供給手段と、前記駆動電流を検出する電流検出手段と、前記回転検出手段により検出された前記ロータの回転角度検出信号に同期した位相であってパルス幅変調された制御信号を前記駆動電流供給手段に供給するパルス幅変調信号発生手段と、前記パルス幅変調される制御信号のデューティ比を決定するデューティ信号を前記パルス幅変調信号発生手段に供給する出力デューティ決定手段と、前記パルス幅変調信号発生手段による前記パルス幅変調された制御信号の位相を進角させる進角制御手段とを備える制御手段とを有し、前記制御手段は、前記ロータが無負荷回転数に達し、回生デューティを０にしても回生電流が過剰な状態と判定したら前記進角制御手段による進角を所定量進角させた値に固定する固定進角値設定手段とを有し、前記進角制御手段は、前記ロータの回転速度が前記無負荷回転数以上の所定の回転数に至る範囲では前記所定量進角させかつ固定された進角値とすると共に前記所定の回転数以上では回転速度の増減に応じて進角を増減させ、前記出力デューティ決定手段は、前記無負荷回転数以上の所定の回転数に至る範囲では前記デューティ比を回転速度の増減に応じて増減させると共に前記所定の回転数以上では所定の最大デューティ比に固定するものとした。

このように本発明によれば、例えば電動自動車に用いたブラシレスモータにおいて、下り坂走行時にモータが無負荷回転数に達し、回生デューティを０にしても回生電流が過剰な状態になった場合には、無負荷回転数以上の所定の回転数に至る範囲では進角を所定量進角させた値であってかつその値に固定すると共にその範囲では回転速度の増減に応じてデューティ比の増減制御を行うことから、無負荷回転数を超えた途端に１００％デューティ制御に切り替わることなく、回転速度の増減に応じてデューティ比を増減させるため無負荷回転数付近での制御が円滑に行われる。この場合に無負荷回転数と所定の回転数との範囲では進角量が固定されるが、上記したようにデューティ比を増減させることから、０〜所定の進角値の範囲で進角制御する場合と同等の発電制御を行うことができると共に、所定の回転数以上に回転速度が高まって発電量が増加した場合にはその回転速度範囲では最大デューティ比による進角増減制御を行って発電量を制御することができる。このような固定進角値の設定や駆動デューティ比の増減を行う回路を特に高精度化することなく構成できるため、回路が高騰化することがない。

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は本発明に基づくモータのモータ制御装置のブロック回路図である。また、電動自動車の駆動源に用いられるモータＭのモータ制御装置であり、図示例ではアウタロータ型のモータを用い、そのアウタロータに車輪を取り付けたものである。なお、図示例では３相のブラシレスモータＭについて示しているが、一例であり、制御対象となるモータを限定するものではない。

図示例では、電源としての車載バッテリＢＴに、ＦＥＴを用いたブリッジ回路が構成された駆動電流供給手段としてのインバータ２１を介してモータＭの各相コイル９が接続されている。なお、バッテリＢＴとインバータ２１とを接続する電源線には電流検出手段としての電流検出センサ２２と電圧検出センサ２３とが設けられており、それぞれにより検出された電流検出信号と電圧検出信号とが、制御手段を構成する制御回路ＥＣＵの電流検出回路２５と電圧検出回路２６とに入力するようになっている。モータＭにはロータ４の回転角度を検出する回転検出手段としての回転センサ２４が設けられており、その回転角度信号が回転角度検出回路２７と回転速度検出回路４１とに入力し、回転角度検出回路２７ではロータ４のステータ６に対する回転（角度）位置を算出し、回転速度検出回路４１ではロータ４のステータ６に対する回転速度を算出する。

また、制御回路ＥＣＵ内には、外部の例えばアクセル開度センサ（図示せず）からの信号であって良い運転操作信号が入力される運転操作入力回路２８と、運転操作入力回路２８からの出力信号がそれぞれ入力される出力指令信号発生手段としての出力電流指令回路２９および回生電流指令手段としての回生電流指令回路３０と、出力電流指令回路２９及び電流検出回路２５からの各出力信号が入力される出力電流比較回路３１と、回生電流指令回路３０及び電流検出回路２５からの各出力信号が入力される回生電流比較回路３２と、回生電流比較回路３２・電圧検出回路２６・回転速度検出回路４１からの各出力信号が入力される回生デューティ決定手段としての回生Ｄｕｔｙ決定回路３４と、回生Ｄｕｔｙ決定回路３４によりアクセス可能なマップデータを記憶しているメモリ３５と、回生Ｄｕｔｙ決定回路３４からの回生デューティ決定信号が入力される回生デューティ判定回路４２と、回生Ｄｕｔｙ判定回路４２からの出力信号が入力される固定進角値設定手段としての進角オフセット設定回路３９と、出力電流比較回路３１・回生電流比較回路３２・回生Ｄｕｔｙ判定回路４２からの各出力信号が入力される出力デューティ決定手段としての出力Ｄｕｔｙ決定回路３３と、出力Ｄｕｔｙ決定回路３３からの出力信号が入力される出力Ｄｕｔｙ判定回路３６と、出力Ｄｕｔｙ判定回路３６・回生Ｄｕｔｙ判定回路４２・回生電流比較回路３２・出力電流比較回路３１・進角オフセット設定回路３９からの各出力信号が入力されると共にそれら入力値に応じて進角信号を出力する進角制御手段としての進角制御回路３７と、出力Ｄｕｔｙ決定回路３３・回生Ｄｕｔｙ決定回路３４・回転角度検出回路２７・進角制御回路３７からの各出力信号が入力されると共にそれら入力値に応じて生成したＰＷＭ信号をインバータ２１に出力するパルス幅変調信号発生手段としてのＰＷＭ信号生成回路３８とが設けられている。なお、各回路はＩＣを用いて構成されるものと、ＣＰＵのプログラム制御により構成されるものとを含むものであって良い。また、図示された回路名称及び信号線により理解される部分についてはその詳しい説明を省略する。

出力Ｄｕｔｙ決定回路３３にあっては、出力電流比較回路３１からの出力決定値に基づいて駆動（加減速）出力制御におけるデューティ比を決定し、そのデューティ比決定信号をＰＷＭ信号生成回路３８に出力し、回生Ｄｕｔｙ決定回路３４にあっては、回生電流比較回路３２からの出力決定値に基づいて回生制御におけるデューティ比を決定し、そのデューティ比決定信号をPWM信号生成回路３８に出力する。また、進角制御回路３７にあっては、各入力値に基づいて進角制御における進角値を決定し、その進角決定信号をＰＷＭ信号生成回路３８に出力する。ＰＷＭ信号生成回路３８にあっては、ブラシレスモータに対する公知のＰＷＭ制御におけるパルス幅変調されかつデューティ比に応じた制御信号としてのＰＷＭ信号を決定する。

なお、回生制御にあっては、図示例の３相ブラシレスモータであってインバータ２１がＦＥＴを用いた３相フルブリッジ回路で構成されている場合にはＦＥＴをチョッピング制御する。チョッピング・デューティ０では、全てのＦＥＴがオフし、ＦＥＴの寄生ダイオードを介して回生電流が全波整流される。

次に、本発明に基づく回生制御要領について、図２のフロー図および図３の制御線図を参照して示す。

なお図３では、横軸にモータ（ロータ４）の回転速度を示し、縦軸には回生または駆動デューティ制御におけるデューティ比Ｄｙと進角値とを示し、回転速度が無負荷回転数Ｎｏ以下ではデューティ制御を行い、無負荷回転数Ｎｏを越えた場合には進角制御を行う状態を示している。

図２のステップＳＴ１では目標回生電流Ｉｏと現在回生電流Ｉｎとを読み込む。目標回生電流Ｉｏは回生電流指令回路３０により決定された回生電流値であり、現在回生電流Ｉｎは電流検出センサ２２により検出された電流値である。次のステップＳＴ２では進角制御における進角が０度であるか否かを判別し、進角が０度（進角制御中ではない）と判定され場合にはステップＳＴ３に進む。

ステップＳＴ３では上記目標回生電流Ｉｎが現在回生電流Ｉｏよりも小さいか否かを判別する。目標回生電流Ｉｏの方が小さい、すなわち回生電流が流れ過ぎと判定された場合にはステップＳＴ４に進み、目標回生電流Ｉｏの方が大きい、すなわち回生電流が少ないと判定された場合にはステップＳＴ５に進む。ステップＳＴ４では回生デューティ比（Ｄｙ）が最小（＝０）であるか否かを判別し、最小であると判定された場合にはステップＳＴ６に進む。このステップＳＴ３・４でロータが無負荷回転数に達し、回生デューティを０にしても回生電流が過剰な状態と判定することができ、その場合にはステップＳＴ６で、進角制御回路３７による進角制御量を進角オフセット設定回路３９により所定の固定進角値としての進角Ｄ１（例えば１０度）に設定してステップＳＴ１に戻る。

上記ステップＳＴ３からステップＳＴ５に進んだ場合には、無負荷回転数Ｎｏ以下の領域であり、回生デューティ比（Ｄｙ）の増減制御において目標回生電流Ｉｏに対して現在回生電流Ｉｎが少ない場合となる。したがって、ステップＳＴ５で回生デューティ比（Ｄｙ）を増やす制御を行い、ステップＳＴ１に戻る。

また、ステップＳＴ４で回生デューティ比（Ｄｙ）が最小ではないと判定された場合にはステップＳＴ７に進む。この場合には回生デューティ比（Ｄｙ）の増減制御の領域（無負荷回転数Ｎｏ以下）であることから、ステップＳＴ７では回生デューティ比（Ｄｙ）を減らす制御を行い、ステップＳＴ１に戻る。

上記ステップＳＴ２で進角が０度ではないと判定された場合にはステップＳＴ８に進む。この場合には進角制御中の場合であり、図３における無負荷回転数Ｎｏを越えた領域での制御となる。ステップＳＴ８では目標回生電流Ｉｏが現在回生電流Ｉｎよりも小さいか否かを判別し、目標回生電流Ｉｏの方が小さい、すなわち回生電流が流れ過ぎと判定された場合にはステップＳＴ９に進み、目標回生電流Ｉｏの方が大きい、すなわち回生電流が少ないと判定された場合にはステップＳＴ１０に進む。

ステップＳＴ９では、出力Ｄｕｔｙ判定回路３６で駆動デューティ比（Ｄｙ）が最大（例えば１００％）であるか否かを判別し、最大であると判定された場合にはステップＳＴ１１に進み、最大ではないと判定された場合にはステップＳＴ１２に進む。ステップＳＴ１１では、駆動デューティ比（Ｄｙ）が最大になっている場合であり、図３における回転数Ｎ１以上の領域となり、出力Ｄｕｔｙ判定回路３６からの駆動デューティ比の最大判定信号に応じて進角制御回路３７により、回生電流を減らすべく進角量を増やす制御を行う（図の二点鎖線）。なお、図３における回転数Ｎ１は目安として示したものであり、具体的な回転数を設定するものではなく、進角・回生電流・デューティ比Ｄｙの各値に応じて適宜決まる値である。また、ステップＳＴ１２に進んだ場合には、駆動デューティ比（Ｄｙ）が最大になっていない場合、すなわち図３における無負荷回転数Ｎｏ〜回転数Ｎ１の間の場合であり、その領域では駆動デューティ比（Ｄｙ）を増やすことができるため、回生電流を減らすために駆動デューティ比（Ｄｙ）を増やす制御を行って、ステップＳＴ１に戻る。

上記ステップＳＴ１０では進角が所定の進角Ｄ１より大きいか否かを判別する。進角が所定の進角Ｄ１以下（＝Ｄ１）であると判定された場合にはステップＳＴ１３に進み、ステップＳＴ１３では回生電流を増やすべく駆動デューティ比（Ｄｙ）を減らす制御を行い、ステップＳＴ１４に進む。ステップＳＴ１４では駆動デューティ比（Ｄｙ）が０％であるか否かを判別する。駆動デューティ比（Ｄｙ）が０％であると判定された場合にはステップＳＴ１５に進み、そこで進角を０度に設定してステップＳＴ１に戻る。この場合は図３の無負荷回転数Ｎｏに一致している場合であり、進角を０度にすることにより、そこから回転速度が低下する場合に進角０度で回生デューティ比（Ｄｙ）の増減による制御に速やかに移行することができる。なお、ステップＳＴ１４で駆動デューティ比（Ｄｙ）が０％ではないと判定された場合にはステップＳＴ１に戻る。

また、上記ステップＳＴ１０で進角が所定の進角Ｄ１より大きいと判定された場合（図３の回転数Ｎ１より高回転側）にはステップＳＴ１６に進み、その場合には駆動デューティ比（Ｄｙ）が最大となっている領域であり、ステップＳＴ１６で回生電流を増やすべく進角を減らす制御を行って、ステップＳＴ１に戻る。

上述したように、０ｒｐｍから無負荷回転数Ｎｏに至るまでは回生デューティ比の増減により回生電流の増減を調整できる。無負荷回転数Ｎｏに対応する回生デューティ比が０になった場合には進角を所定の進角Ｄ１にすると共に無負荷回転数Ｎｏ以上の所定の回転数Ｎ１に至る領域にあってはその所定の進角Ｄ１による一定値とする。一定の進角Ｄ１となるＮｏ〜Ｎ１領域にあっては進角による回生電流の増減制御を行うことができないが、駆動デューティ比を増減させることにより回生電流の増減制御を行うことができる。また、所定の回転数Ｎ１以上の領域では駆動デューティ比が最大となっていることからデューティ比の増減による回生電流の増減制御を行うことができないが、進角を増減させることにより回生電流の増減制御を行うことができる。

このように制御することにより、昇圧回生から進角駆動による回生制御に切り替わるときに、進角を一定のままデューティ比を増減させることから、従来技術のように無負荷回転数で駆動デューティ比を最大にするものにおける無負荷回転数の前後で駆動と回生とを繰り返すハンチングを起こしてしまうことを防止することができ、固定進角値Ｄ１の設定や駆動デューティ比の増減を行う回路を特に高精度化することなく上記制御回路を構成できるため回路が高騰化することがない。また、昇圧回生から進角制御に切り替わる場合に限らず、通電していない状態（惰走状態）や駆動状態から進角駆動に切り替わる場合にも有効である。

本発明にかかるブラシレスモータの制御装置は、無負荷回転数を超えても回生制御を可能としかつ無負荷回転数付近での回生制御においてハンチングを起こすことなく円滑な回生制御を行うことができ、電動自動車の駆動制御等として有用である。

本発明に基づくモータのモータ制御装置のブロック回路図である。 本発明に基づく制御フロー図である。 本発明に基づく制御要領を示す制御線図である。

符号の説明

４ ロータ
６ ステータ
９ コイル
２１ インバータ
２２ 電流検出センサ
２５ 電流検出回路
３２ 回生電流比較回路
３４ 回生Ｄｕｔｙ決定回路
３６ 出力Ｄｕｔｙ判定回路
３７ 進角制御回路
３８ ＰＷＭ信号生成回路
３９ 進角オフセット設定回路
４２ 回生デューティ判定回路
ＥＣＵ 制御回路
Ｍ モータ

Claims (1)

1. ステータと、前記ステータに対して同軸かつ回転可能に設けられたロータと、前記ステータと前記ロータとの一方にコイル巻線が設けられ、前記ステータと前記ロータとの他方に前記コイル巻線に対向して永久磁石が配設されたブラシレスモータの制御装置であって、
   前記ステータに対する前記ロータの回転状態を検出する回転検出手段と、前記コイル巻線に駆動電流を供給する駆動電流供給手段と、前記駆動電流を検出する電流検出手段と、
   前記回転検出手段により検出された前記ロータの回転角度検出信号に同期した位相であってパルス幅変調された制御信号を前記駆動電流供給手段に供給するパルス幅変調信号発生手段と、前記パルス幅変調される制御信号のデューティ比を決定するデューティ信号を前記パルス幅変調信号発生手段に供給する出力デューティ決定手段と、前記パルス幅変調信号発生手段による前記パルス幅変調された制御信号の位相を進角させる進角制御手段とを備える制御手段とを有し、
   前記制御手段は、前記ロータが無負荷回転数に達し、回生デューティを０にしても回生電流が過剰な状態と判定したら前記進角制御手段による進角を所定量進角させた値に固定する固定進角値設定手段とを有し、
   前記進角制御手段は、前記ロータの回転速度が前記無負荷回転数以上の所定の回転数に至る範囲では前記所定量進角させかつ固定された進角値とすると共に前記所定の回転数以上では回転速度の増減に応じて進角を増減させ、
   前記出力デューティ決定手段は、前記無負荷回転数以上の所定の回転数に至る範囲では前記デューティ比を回転速度の増減に応じて増減させると共に前記所定の回転数以上では所定の最大デューティ比に固定することを特徴とするブラシレスモータの制御装置。

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