JP5014133B2 - モータ制御方法及びモータ制御システム - Google Patents

Description

本発明は、自動車のワイパシステム等に使用されるモータの制御方法に関し、特に、過負荷時やモータロック時の電流量を抑えつつ、低温時のトルクを確保可能なモータ制御方法及びモータ制御システムに関する。

従来より、自動車のワイパシステム等では、その駆動源として、界磁マグネット（永久磁石）を備えた電磁モータが多用されている。このようなモータは、自動車等の使用条件に合わせ、−４０°Ｃ程度の低温域の使用に耐え、かつ、かかる低温環境下でも支障なく作動する必要がある。すなわち、モータが冷え切っているような低温状態からでも問題なく始動し、ワイパ等を常温時と同様に作動させることが求められる。

ところが、モータが低温環境下に置かれると、電機子巻線として使用されている銅線の抵抗が小さくなり、巻線に電流が流れやすくなる。このため、低温下にてモータが過負荷状態となりモータがロックすると、巻線電流（ロック電流）が著しく大きくなり、その影響により界磁マグネットが減磁しやすくなる。例えば、低温下にてモータを作動させた直後に、揺動したワイパアームが下反転位置にある雪等の障害物に当接してモータがロック状態になると、ロック電流が増大し、界磁マグネットが減磁するおそれがある。特に、フェライト系のマグネットでは、マグネット自体の保磁力が低温時に低下し易いため、低温環境下における減磁がより顕著になる。マグネットが減磁すると、モータ出力が低下するのみならず、雰囲気温度が常温に戻っても所望のモータ特性を得ることができなくなるおそれがある。

このため、低温環境で使用される可能性のあるモータでは、マグネットの減磁を防止すべく、保磁力の高いマグネットを使用したり、マグネットの肉厚を大きくしたりする必要がある。しかしながら、高保磁力のマグネットは価格が高く、その分、製品コストが増大するという問題がある。また、マグネットの肉厚を増加させると、その分、モータが大型化し、重量も大きくなるという問題がある。また、巻線電流が大きくなると、モータ駆動回路においても、モータのロック電流に合わせて電流容量の大きい高価なスイッチング素子を使用する必要が生じる。特に、高トルク、高回転のモータを駆動する場合には、より電流容量の大きいスイッチング素子が必要となることから、素子価格がさらに嵩み製品コストが増大するという問題もあった。
特開平7-39062号公報 特開平11-122703号公報 特願2004-327299号公報

そこで、低温時のマグネット減磁対策として、常温時の電流上限値（Max.Duty）に温度係数を乗じ、低温時における電流値を抑制する制御形態が考えられる。図１０は、従来の制御方法におけるMax.Duty値の設定マップであり、(a)は常温時（５°Ｃ以上）、(b)は低温時（−４０°Ｃ）のMax.Duty値をそれぞれ示している。図１０の場合、低温時のMax.Duty値は、常温時の値に０.８２の温度係数を乗じた値となっている。例えば、「１４.０Ｖ；５００Hz」の条件下では、常温時のMax.Duty値は９０％、低温時のMax.Duty値は７４％となっている。

しかしながら、このように単純に温度係数を掛けてモータ電流量を抑制するという制御方式では、出力が全体的に低下する。このため、例えば、前記の条件下では、実際には低温時のMax.Duty値は８６％程度可能であるにもかかわらず、それが７４％で抑えられてしまう。例えば、１４.０Ｖ時では、７００Hz以上の高回転領域でもMax.Duty値が100％未満に抑えられ、低温時に必要以上な抑制が掛かる。このため、モータの性能を十分に生かし切れず、低温時にトルクが不足する場合があるという問題があった。

本発明の目的は、過負荷時やモータロック時の電流量を抑えつつ、低温時のトルクを確保可能なモータ制御方法及びモータ制御システムを提供することにある。

本発明のモータ制御方法は、ON期間とOFF期間を備えたパルス状の波形を有する電圧を印加し、前記電圧のON/OFF比率を変化させることにより印加電圧を実効的に変化させるモータの制御方法であって、前記モータの許容電流量に基づいて、前記モータの温度又は雰囲気温度の下限値において前記モータがロック状態となったときに前記モータに印加可能な前記電圧のON期間時比率の最大値を示す基本制限Duty値Max.Duty(1)を設定し、前記モータの温度又は前記モータの雰囲気温度を検出し、温度に応じて変化する前記基本制限Duty値Max.Duty(1)修正用の温度対応係数を、前記検出された温度値に基づいて算出し、前記基本制限Duty値Max.Duty(1)と前記温度対応係数を用いて、前記検出された温度における前記ON期間時比率の最大値Max.Duty(2)を算出し、前記モータに対し、前記ON期間時比率が前記最大値Max.Duty(2)以下となるように前記電圧を印加して該モータを駆動させることを特徴とする。

本発明にあっては、所定温度時を基準とした基本制限Duty値Max.Duty(1)を、温度によって変化する温度対応係数を用いて修正し、検出温度に対応したON期間時比率の最大値Max.Duty(2)を算出する。そして、モータの回転数が所定値以下となったとき、ON期間時比率をこのMax.Duty(2)以下に抑制する。例えば、−４０°Ｃのような低温時における基本制限Duty値Max.Duty(1)を基準として温度対応係数による修正を行えば、低温時も必要以上にMax.Duty値が抑えられずトルクが確保され、しかも、常温時のMax.Duty値も適切に抑えられる。このため、必要トルクを犠牲にすることなく、低温時における減磁防止を図りつつ、モータ温度に応じた最適なMax.Duty値を設定できる。

前記モータ制御方法において、前記モータの回転数が所定値以下となりロック状態と判断し得る状態となったとき、前記基本制限Duty値Max.Duty(1)を、当該モータにて許容される最大ロック電流値と電源電圧に基づいて決定される許容Duty値Ｄ０に設定しても良い。また、前記モータ制御方法において、100％から前記基本制限Duty値Max.Duty(1)を減じた値に所定の前記温度対応係数を乗じ、その算出値を100％から減じた値に前記基本制限Duty値Max.Duty(1)を修正して前記最大値Max.Duty(2)としても良い。さらに、前記検出温度が所定値を超えている場合は所定の温度対応係数を用いて前記基本制限Duty値Max.Duty(1)を一定値に修正して前記最大値Max.Duty(2)とし、前記検出温度が所定値以下の場合には温度に応じて変化する温度対応係数を用いて前記基本制限Duty値Max.Duty(1)を検出温度に応じた値に修正して前記最大値Max.Duty(2)としても良い。

本発明のモータ制御システムは、ON期間とOFF期間を備えたパルス状の波形を有する電圧を印加し、前記電圧のON/OFF比率を変化させることにより印加電圧を実効的に変化させてモータの駆動制御を行うモータ制御システムであって、モータの回転に伴って信号を出力する回転検出手段と、前記モータの温度又は前記モータの雰囲気温度を検出する温度検出手段と、前記モータの温度又は雰囲気温度の下限値において前記モータがロック状態となったときに前記モータに印加可能な前記電圧のON期間時比率の最大値を示す基本制限Duty値Max.Duty(1)と、温度に応じて変化し前記基本制限Duty値の修正に用いられる温度対応係数とが格納された記憶手段と、前記回転検出手段から出力される信号に基づいて、前記記憶手段を参照して前記基本制限Duty値Max.Duty(1)を算出する基本制限値算出手段と、前記基本制限Duty値Max.Duty(1)と前記温度対応係数を用いて、前記温度検出手段にて検出された温度における前記ON期間時比率の最大値Max.Duty(2)を算出するMax.Duty算出手段と、前記モータに対し、前記ON期間時比率が前記最大値Max.Duty(2)以下となるように前記電圧を印加して該モータを駆動させるDuty制限手段とを有することを特徴とする。

本発明にあっては、所定温度時を基準とした基本制限Duty値Max.Duty(1)と温度によって変化する温度対応係数とを用いて、検出温度におけるON期間時比率の最大値Max.Duty(2)を算出するMax.Duty算出手段を設けると共に、モータの回転数が所定値以下となったとき、ON期間時比率をMax.Duty算出手段にて算出した最大値Max.Duty(2)以下に抑制するDuty制限手段を設けたので、例えば、−４０°Ｃのような低温時における基本制限Duty値Max.Duty(1)を基準として温度対応係数による修正を行えば、低温時も必要以上にMax.Duty値が抑えられずトルクが確保され、しかも、常温時のMax.Duty値も適切に抑えられる。このため、必要トルクを犠牲にすることなく、低温時における減磁防止を図りつつ、モータ温度に応じた最適なMax.Duty値を設定できる。

前記モータ制御システムにおいて、前記モータの回転数が所定値以下となりロック状態と判断し得る状態となったとき、前記基本制限Duty値Max.Duty(1)を、当該モータにて許容される最大ロック電流値と電源電圧に基づいて決定される許容Duty値Ｄ０に設定しても良い。また、前記モータ制御システムにおいて、前記Max.Duty算出手段は、100％から前記基本制限Duty値Max.Duty(1)を減じた値に所定の前記温度対応係数を乗じ、その算出値を100％から減じた値に前記基本制限Duty値Max.Duty(1)を修正して前記最大値Max.Duty(2)とするようにしても良い。さらに、前記Max.Duty算出手段は、前記検出温度が所定値を超えている場合は所定の温度対応係数を用いて前記基本制限Duty値Max.Duty(1)を一定値に修正して前記最大値Max.Duty(2)とし、前記検出温度が所定値以下の場合には温度に応じて変化する温度対応係数を用いて前記基本制限Duty値Max.Duty(1)を検出温度に応じた値に修正して前記最大値Max.Duty(2)とするようにしても良い。

本発明のモータ制御方法によれば、いわゆるＰＷＭ制御が実行されるモータにて、前記モータの許容電流量に基づいて、所定温度条件下にてモータロック状態となったときにモータに印加可能な電圧のON期間時比率を示す基本制限Duty値を設定し、モータの温度又はモータの雰囲気温度を検出し、温度に応じて変化する基本制限Duty値修正用の温度対応係数を検出された温度値に基づいて算出し、基本制限Duty値と温度対応係数を用いて検出温度におけるON期間時比率の最大値を示すMax.Duty値を算出し、モータの回転数が所定値以下となったときON期間時比率をMax.Duty値以下に抑制するようにしたので、例えば、−４０°Ｃのような低温時における基本制限Duty値を基準として温度対応係数による修正を行うことにより、低温時のMax.Duty値を必要以上に抑えることなく、Max.Duty値を適切に制御することが可能となる。このため、必要トルクを犠牲にすることなく、低温時における減磁防止を図りつつ、モータ温度に応じた最適なMax.Duty値を設定することが可能となる。従って、減磁抑制によりマグネットやスイッチング素子のコスト低減やモータ重量の軽減を図りつつ、低温時のトルク向上を図ることが可能となる。

本発明のモータ制御システムによれば、いわゆるＰＷＭ制御が実行されるモータの制御システムに、回転検出手段と、温度検出手段と、所定温度条件下にてモータロック状態となったときにモータに印加可能な電圧のON期間時比率を示す基本制限Duty値と温度に応じて変化する基本制限Duty値修正用の温度対応係数とが格納された記憶手段と、回転検出手段から出力される信号に基づいて基本制限Duty値を算出する基本制限値算出手段と、基本制限Duty値と温度対応係数を用いて検出温度におけるON期間時比率の最大値を示すMax.Duty値を算出するMax.Duty算出手段と、モータの回転数が所定値以下となったときON期間時比率をMax.Duty値以下に抑制するDuty制限手段とを設けたので、例えば、−４０°Ｃのような低温時における基本制限Duty値を基準として温度対応係数による修正を行うことにより、低温時のMax.Duty値を必要以上に抑えることなく、Max.Duty値を適切に制御することが可能となる。このため、必要トルクを犠牲にすることなく、低温時における減磁防止を図りつつ、モータ温度に応じた最適なMax.Duty値を設定することが可能となる。従って、減磁抑制によりマグネットやスイッチング素子のコスト低減やモータ重量の軽減を図りつつ、低温時のトルク向上を図ることが可能となる。

本発明の一実施例であるモータ制御方法が適用されるモータ制御システムの構成を示すブロック図である。 (a)は、温度センサの構成を示す説明図、(b)は、デジタル化された温度情報と温度との関係を示す表である。 本発明の一実施例であるモータ駆動制御の処理手順を示すフローチャートである。 ステップＳ３における基本制限値算出処理手順を示すフローチャートである。 式２において、ａ＝124,ｂ＝4.7とした場合のＥとＤ０との関係を示すグラフ図である。 ａ＝124,ｂ＝4.7,ｃ＝420,ｄ＝300とした場合の基本制限Duty値を示す制御マップの一例である。 温度対応係数Ｋｔの値を示す説明図であり、(a)は温度対応表、(b)は検出温度と温度対応係数Ｋｔの関係を示すグラフである。 図６の基本制限Duty値を、温度対応係数Ｋｔ（５°Ｃ時）を用いて修正した値を示す制御マップの一例である。 電流値と回転数から基本制限Duty値を求める場合のモータ制御方法の処理手順を示すフローチャートである。 従来の制御方法におけるMax.Duty値の設定マップであり、(a)は常温時（５°Ｃ以上）、(b)は低温時（−４０°Ｃ）のMax.Duty値をそれぞれ示している。

符号の説明

１ モータ
２ バッテリ
３ ＣＰＵ
４ 回転検出手段
５ モータ駆動装置
６ 電圧センサ
７ 温度センサ
８ ＲＯＭ
９ 制御マップ
１０ Ｈブリッジ回路
１１ 制御Duty算出手段
１２ 基本制限値算出手段
１３ Max.Duty算出手段
１４ Duty制限手段
２１ サーミスタ
２２ 抵抗
２３ Ａ／Ｄ変換器
Max.Duty(1) 基本制限Duty値
Max.Duty(2) 検出温度に基づき算出されたON期間時比率の最大値
Ｄ０ 許容Duty値
Ｋｆ 周波数調整係数
Ｋｔ 温度対応係数
Ｅ 電源電圧
ａ 固定Duty値
ｂ Duty特性係数
ｃ 制限開始周波数
ｄ ロック判断周波数
ｆ モータ回転周波数

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例であるモータ制御方法が適用されるモータ制御システムの構成を示すブロック図である。図１のモータ１は、自動車のワイパシステムの駆動源として使用され、バッテリ２から電源が供給され、ＣＰＵ３によって駆動制御される。モータ１は、４個のＦＥＴを用いたＨブリッジ回路１０によって正逆転駆動される。モータ１には、ホールＩＣを用いた回転検出手段４が設けられており、回転検出手段４から出力されるパルス信号の周波数（モータ回転周波数）によってその速度（回転数）を検出できるようになっている。

ＣＰＵ３は、パルス信号から算出した回転数に基づき、モータ１をＰＩＤ制御する。モータ１に対しては、印加電圧のパルス幅のＯＮ／ＯＦＦ比率を変化させて駆動制御を行うＰＷＭ制御（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）が実行され、電源電圧をＯＮ／ＯＦＦさせることにより印加電圧を実効的に変化させてモータ１への供給電流量を制御する。ＰＷＭ制御に際し、ＣＰＵ３はパルス電圧のＯＮ期間の時比率(Duty)を設定し、モータ駆動装置５に制御信号を送出する。モータ駆動装置５は、この制御信号を受けて、設定されたDutyのパルス電圧をモータ１に印加し、これによりモータ１の回転数が適宜制御される。

バッテリ２には、電圧センサ６が接続されている。電圧センサ６は、モータ１に印加される電源電圧を検出し、その値をＣＰＵ３に送出する。また、モータ１の内部には、モータ内の温度、特に電機子巻線の温度を検知する温度センサ（温度検出手段）７が設けられている。温度センサ７は、サーミスタを用いた構成となっており、ＣＰＵ３に接続されている。温度センサ７によって検出されたモータ１内の温度は、モータ温度情報としてＣＰＵ３に送られる。なお、モータ内の温度に代えて、温度センサ７によってモータ雰囲気温度を検出しても良い。

図２(a)は、温度センサ７の構成を示す説明図である。温度センサ７は、サーミスタ２１（抵抗値：Ｒth）とリニアライズ用の抵抗２２（抵抗値：Ｒi）を直列に接続した電圧モードリニアライズ構成となっている。サーミスタ２１と抵抗２２の両端にはＶin（５Ｖ）の電圧が印加され、両者の中間点Ｐから電圧出力Ｖoutを得るようになっている。Ｖoutは、｛Ｒi／（Ｒi+Ｒth）｝・Ｖinにて表され、上下１０％程度を除いて、温度とＶoutとの間は概ねリニアな関係となる。ここでは、ＶoutはＡ／Ｄ変換器２３にてＡ／Ｄ変換され、−５０°Ｃ〜７０°Ｃの間の電圧出力を２¹⁰(1024)bitに分解し、図３に示すように、温度情報をデジタル化する。

ＣＰＵ３は、この温度情報を用いてモータ１内の温度を常時モニタしている。ＣＰＵ３は、電源電圧やモータ回転周波数，モータ温度情報等に基づいて、モータロック時に電流値が所定値以上とならないようにモータ駆動装置５を制御する。この際、ＣＰＵ３は、ＲＯＭ（記憶手段）８内に格納された制御マップ９等を参照し、モータ１のＰＷＭ Dutyの最大値を制限し、モータ供給電流を抑制する。

ＣＰＵ３内には、制御Duty算出手段１１、基本制限値算出手段１２、Max.Duty算出手段（最大Duty値算出手段）１３、Duty制限手段１４が設けられている。制御Duty算出手段１１は、バッテリ電圧やモータ回転周波数、モータ温度情報等に基づいて、モータ１の現在の状態を検出し、その負荷状態に合った制御Duty値を算出する。モータ１は、通常時はこの制御Duty算出手段１１にて求めたDuty値によってＰＩＤ制御される。

このように、モータ１は、通常時はＰＩＤ制御による制御Duty値によって駆動制御されているが、当該システムでは、ロック電流による減磁防止のため、ロック時に印加可能なＰＷＭ Dutyの最大値（Max.Duty）が設定される。このMax.Duty値は、基本制限値算出手段１２及びMax.Duty算出手段１３によって、バッテリ電圧やモータ回転周波数、モータ温度情報に基づいて設定される。基本制限値算出手段１２は、ＲＯＭ８内に格納された制御マップ９に基づいて基本制限Duty値（Max.Duty(1)）を算出する。Max.Duty算出手段１３は、このMax.Duty(1)とモータ温度情報に基づき、検出温度に対応したON期間時比率の最大値（Max.Duty(2)）を算出する。

前述のように、単純に温度係数を乗じてモータ電流量を抑制するという制御方式では低温時に所望の出力が得られない。これに対し、当該システムでは、低温時（−４０°Ｃ）のMax.Dutyを基本制限Duty値Max.Duty(1)とし、−４０°Ｃにて100％Dutyまで使用できる条件を基準としてMax.Dutyを算出し、低温時のトルクを確保する。このようにして制御Duty算出手段１１にて算出された制御Duty値や、Max.Duty算出手段１３にて算出されたMax.Duty値（Max.Duty(2)）は、Duty制限手段１４から制御信号として送出される。この制御信号はモータ駆動装置５に送られ、ＣＰＵ３にて設定されたDuty値に従ってモータ１が駆動される。

図３は、本発明の一実施例であるモータ駆動制御の処理手順を示すフローチャートである。図３の制御は図１のシステムにて実行され、自動車のイグニッションキーがＯＮされると、図３の処理が開始される。

図３に示すように、ここではまず、ステップＳ１にてモータ回転周波数ｆが検出される。モータ回転周波数ｆとしては、回転検出手段４の出力パルス信号の周波数が使用される。出力パルス信号は、モータ１の回転に伴って出力され、これにより、現在のモータ１の回転数や回転状態を把握することができる。回転検出手段４では、モータ１回転当たり１２パルスが出力され、例えば、出力パルスが200Hzの場合、モータ回転数は約1000rpmとなる。出力パルスの周波数とモータ回転数とは１対１の関係にあるため、本実施例では、出力パルスの周波数をモータ回転数として捉え、モータ回転周波数ｆを直接使用してモータ１の駆動制御を行う。

次に、Ｓ１にて検出したモータ回転数に基づき、制御Duty算出手段１１にてＰＩＤ制御方式に基づき制御Duty値（Duty(1)）を算出する。Duty(1)を算出した後、ステップＳ３に進み、基本制限値算出手段１２にてＰＷＭ Dutyの基本制限Duty値（Max.Duty(1)）を算出する。図４は、ステップＳ３における基本制限値算出処理手順を示すフローチャートである。そこでは、まず、ＲＯＭ８からロック判断周波数ｄを取得する（ステップＳ２１）。ロック判断周波数ｄは、モータ回転周波数が何Hzとなったときに「ロック状態」と判断するかを決定する数値である。例えば、ロック判断周波数をｄ=300に設定すると、300Hzにてモータ１がロック状態と判断される。このｄの値は、モータ特性や負荷の程度・種類等によって0〜400程度の範囲で適宜設定される。

次に、ステップＳ２２にて電源電圧Ｅが検出される。電源電圧Ｅは、電圧センサ６によって検出され、バッテリ２によって現時点でモータ１に印加されている電圧が検出される。電源電圧が高ければ、その分、ある許容電流値に対応するＰＷＭ Dutyは小さくなる。このため、当該制御方法でもバッテリ２の電圧値を検出し、それを制御上のパラメータの一つとして用いている。なお、ロック判断周波数ｄや電源電圧Ｅは何れを先に設定・検出しても良く、上述の順序には限定されない。

前記ｄ,Ｅを検出等した後、ステップＳ２３にてｄとｆを比較する。ｆがｄ以上の場合、すなわち、モータ回転周波数がロック判断周波数以上である場合には、ステップＳ２４に進み、モータ１の基本制限Duty値を次式に基づいて算出した後、ステップＳ２５にて基本制限Duty値Max.Duty(1)を設定して当該ルーチンを抜ける。

Max.Duty(1) ＝ Ｄ０＊Ｋｆ （式１）

前式において、Ｄ０は許容Duty値、Ｋｆは周波数調整係数である。Ｄ０は、モータ１がロック状態（ｆ＝０）となったとき、マグネットの減磁やスイッチング素子の電流容量などの観点から、モータ１に印可可能なDuty値である。Ｄ０は電源電圧Ｅに依存する値であり、ＣＰＵ３は、ステップＳ２２にて取得した電源電圧Ｅをパラメータとして、次式によってＤ０を求める。

Ｄ０＝ａ−ｂＥ （式２）

式２のａ,ｂはモータ毎（あるいはモータ機種毎等）に予め設定される固定値であり、ａはロック時の許容電流量から求められる固定Duty値、ｂはモータ特性に応じて決まるDuty特性係数である。これらの値は、予めＲＯＭ８内に格納されている。図５は、式２において、ａ＝124,ｂ＝4.7とした場合のＥとＤ０との関係を示すグラフ図である。

固定Duty値ａは、ロック電流を何アンペアに固定したいかによって決まり、Ｅを変数とした一次関数で表現されるＤ０の切片値となる。ａの値は、許容電流量が大きければ大きくなり、許容電流量が小さければａの値は小さくなる。Duty特性係数ｂは、モータの巻線抵抗等に応じて、各モータの特性に基づいて決定され、Ｅを変数とした一次関数で表現されるＤ０の傾きとなる。前述のように、電源電圧Ｅが高いときは許容Duty値Ｄ０を低く抑える必要があり、ここではｂは正の値となり、Ｄ０を示すグラフは右下がりとなる。

このように、許容Duty値Ｄ０は、許容される最大ロック電流値に基づき、各モータの特性に応じて設定され、電源電圧Ｅの大小によって変化する。この場合、許容最大ロック電流値は、マグネットの減磁が許容範囲内に抑えられる値が設定され、ロックを検知した場合には、電源電圧Ｅに応じてDuty値を強制的にＤ０以下に抑制すれば、低温ロック時の過大電流が防止でき、マグネットの減磁は抑制される。

一方、このような制御形態では、過負荷によって徐々にモータ回転数が低減し、巻線電流値が増大している状態でも、モータが停止しない限りDuty値は強制設定されない。そこで、ステップＳ３の処理では、モータ回転周波数ｆに応じて基本制限Duty値を補正し、その時点でのモータ回転数で許されるDuty値を個々に設定し、モータの状態に合わせた過電流防止対策を実施している。そのためのＤ０調整用の係数が式１のＫｆである。

すなわち、周波数調整係数Ｋｆは、モータ回転周波数ｆに依存する係数であり、現在のモータ回転周波数ｆではMax.Duty値をいくつにすべきかを、Ｄ０に基づいて求めるための調整値である。ＣＰＵ３は、先に取得したモータ回転周波数ｆとロック判断周波数ｄを用いて、次式によってＫｆを求める。

Ｋｆ＝１＋(ｆ−ｄ)／ｃ （式３）

式３のｃは制限開始周波数であり、モータ回転周波数が何Hzとなった時点からDuty値の制限を開始するかを定める固定値であって、予めＲＯＭ８内に格納されている。ｃの値としては、例えば、ロック判断周波数をｄ=300とした場合、それに対応してc=420(Hz)が設定される。また、ｆ−ｄは、モータ回転周波数ｆがロック判断周波数ｄに達したとき０となり、このときＫｆ＝１となる。この際、許容Duty値Ｄ０は×１、すなわち、Ｄ０そのものとなり、ｆがｄに達すると、ｆ＝０とならなくとも基本制限Duty値がＤ０となる。

図６は、ａ＝124,ｂ＝4.7,ｃ＝420,ｄ＝300とした場合の基本制限Duty値を示す制御マップ９の一例であり、ＲＯＭ８内に格納されている。ここでは、ｄは300（ｆ＝300Hzでロックと判断）となっており、モータが減速し周波数が300Hzとなったとき、図５のような設定のＤ０が適用される。つまり、式１は、図６のマップでは、基本制限Duty値Max.Duty(1) ＝ Ｄ０＊(１＋(ｆ−300)／420)：（式４）で表され、ｆ＝300HzではMax.Duty(1)＝Ｄ０となる。なお、例えば、ｄ＝400と設定すると、ｆ＝400のときＤ０が適用されるように図６のテーブルが読み替えられる。

Ｄ０は、電源電圧Ｅに応じて図５に示した値を取り、例えば、電源電圧Ｅが13.5Ｖを超え14.0Ｖ以下の場合には、Ｄ０＝58％となる。すなわち、図６において、Ｅ＝14.0(V)以下，周波数300(Hz)以下の場合の値は58％となる。これは、Ｅが13.5Ｖ超14.0Ｖ以下の際にモータ１がロックした場合は、Dutyの最大値を58％に絞ることを意味している。

また、図６に示すように、電源電圧が前記同様13.5Ｖ〜14.0Ｖの場合、ｆ＝400HzではMax.Duty＝72％、ｆ＝500HzではMax.Duty＝86％などとDuty値が制限される。ｆ＝600Hzでは、Max.Duty(1)の計算値が100%を超え、この場合はDuty値100％が可能であるため、Duty制限は行われない。また、図６の網掛け部のようにMax.Duty(1)の計算値が100％以上の場合については、計算値に関わらずMax.Duty(1)＝100(％)となる。

式１に基づいてＰＷＭ Duty値の制限を行うと、モータ１の回転数が低下するのに伴い、Duty値が徐々に制限される。そして、モータロック時には、基本制限Duty値は、マグネットの減磁やスイッチング素子の電流容量を考慮した値であるＤ０に抑制される。一方、ステップＳ２３にて、モータ回転周波数ｆがロック判断周波数ｄ未満の場合には、ステップＳ２６に進む。この場合は、既にモータ１はロック状態にあると判断されるので、基本制限Duty値は前述のＤ０に設定され、ステップＳ２５に進み、ルーチンを抜ける。これにより、モータ１が始動直後からロック状態となっても、基本制限Duty値はＤ０に抑えられる。

このようにステップＳ３にて基本制限Duty値Max.Duty(1)を算出した後、ステップＳ４に進み、モータ温度を検出する。モータ温度は温度センサ７によって検出され、モータ温度情報として取得される。モータ温度情報を取得した後、ステップＳ５に進み、現在の温度が５°Ｃを超えているか否かが判断される。５°Ｃを超えている場合には、ステップＳ６に進み、基本制限Duty値Max.Duty(1)を常温対応値に修正してMax.Duty値（Max.Duty(2)）を算出する。一方、５°Ｃを超えていない場合には、ステップＳ７に進み、基本制限Duty値Max.Duty(1)を検出温度対応値に修正してMax.Duty(2)を算出する。

ステップＳ６,Ｓ７では、次式によってMax.Duty(1)を常温対応値や検出温度対応値に修正する。すなわち、Duty100％から基本制限Duty値Max.Duty(1)を減じた値に温度対応係数を乗じ、その算出値をDuty100％から減じた値に基本制限Duty値を修正し、Max.Duty(2)を算出する。

Max.Duty(2) ＝ 100-(100-Max.Duty(1))＊Ｋｔ （式４）

ここで、Ｋｔは温度対応係数であり、モータ温度に応じた所定値が予め定められており、ＲＯＭ８内に格納されている。図７は、温度対応係数Ｋｔの値を示す説明図であり、(a)は温度対応表、(b)は検出温度と温度対応係数Ｋｔの関係を示すグラフである。図７に示すように、Ｋｔは、温度センサ７からのデジタルデータ値に対応して設定されており、Ｋｔ＝0.001ｘ（ｘ：温度データ値）の関係となっている。図７(a)から分かるように、モータ温度が５°ＣのときはＫｔ＝０.６９、−４０°ＣのときはＫｔ＝０.９９となる。

従って、ステップＳ６では、図６に示した基本制限Duty値Max.Duty(1)に０.６９を乗じた値がMax.Duty値（Max.Duty(2)）として設定される。図８は、このようにして求めたMax.Duty値（常温対応値）であり、モータ温度が５°Ｃを超えている場合には、モータの現在温度にかかわらず、図８のマップが使用されて一定のMax.Duty(2)が設定される。一方、ステップＳ７では、図６に示した基本制限Duty値Max.Duty(1)に検出温度に対応したＫｔを乗じた値（検出温度対応値）がMax.Duty(2)として設定される。つまり、０°ＣならばＫｔ＝０.７５、−４０°ＣならばＫｔ＝０.９９が乗じられる。従って、−４０°Ｃの場合、事実上Max.Duty(1)がそのまま使用され、図６のマップによりMax.Duty(2)が設定される。

ここで、従来の制御方法のように、低温時のMax.Duty値算出に際し、常温時のMax.Duty値（Max.Duty(2)：図８）を基準として、その値に補正係数（例えば、０.８２）を乗じる形態を採るとする。このとき、例えば、「１４.０Ｖ；６００Hz」の条件下では、図８の値は100％であることから、低温時のMax.Duty値は８２％となる。これを図６の値と比較すると、前記条件下では図６のMax.Duty値（Max.Duty(2)）は100％であり、図８の値に補正係数を乗じた値（８２％）は、図６の値よりも明らかに小さな値となる。図６のMax.Duty値は、−４０°Ｃにおける減磁防止の観点から値が設定されており、前記条件では−４０°Ｃでも100％Dutyが可能である。つまり、従来の制御方法では、100％Dutyが可能であるにもかかわらず、低温時に必要以上にDuty値が制限され、これによりトルク不足のおそれが生じる。

また、低温時を基準として単に補正係数（例えば、１.２５）を乗じる形態を採ると、例えば、「１４.０Ｖ；５００Hz」の条件下では、図６の値は８６％であることから、常温時のMax.Duty値は100％（107.5％）となる。これを常温時のMax.Duty値を示した図１０(a)の値と比較すると、前記条件下では図１０(a)のMax.Duty値は９０％であり、それよりも明らかに大きな値となる。つまり、Max.Duty値が過大となり、許容電流値を超えてしまうおそれがある。

これに対し当該制御方法では、低温時を基準としつつ、常温時でのMax.Duty値も過大になることなく抑えられ、図８のMax.Duty値（Max.Duty(2)）も図１０(a)とほぼ同等に設定される。このため、低温時も必要以上にMax.Duty値が抑えられることがなく、例えば、−４０°Ｃの「１４.０Ｖ；７００Hz」時においてもMax.Duty値は100％確保される（前述のように、図１０(b)では９０％に抑制される）。つまり、低温時においても、回転数が低い領域のみ電流制限が掛かり、高回転領域の通常動作では100％Dutyまで使用することが可能となり、必要トルクを犠牲にすることなく、モータ温度に応じた最適なMax.Duty値を設定できる。従って、低温時における減磁防止を図りつつ、常温時の電流値を適切に制御し、しかも、低温時のトルクも確保することが可能となる。

ステップＳ６,Ｓ７にてMax.Duty(2)を設定した後、ステップＳ８に進み、ステップＳ２にて求めた制御Duty値（Duty(1)）と、Max.Duty(2)とを比較する。Duty(1)がMax.Duty(2)以下の場合には、Duty値を抑制する必要はなく、ステップＳ９に進みそのままDuty(1)を出力Duty値に設定し、ステップＳ１１にてその値をDuty制限手段１４からモータ駆動装置５に出力してルーチンを抜ける。これに対し、Duty(1)がMax.Duty(2)を超えている場合には、このDuty(1)をそのまま出力すると、電流値が過剰となり減磁が生じるおそれがある。このため、ステップＳ１０に進み、Max.Duty(2)を出力Duty値として設定し、Duty値を抑制する。その後、ステップＳ１１に進み、Max.Duty(2)を出力しルーチンを抜ける。これにより、モータロック時の過剰電流が抑えられ、マグネットの減磁防止が図られる。

本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施例では、基本制限Duty値を、式１を用いて算出する制御形態を示したが、基本制限Duty値の算出方法はこれには限定されず、例えば、電流値と回転数から基本制限Duty値を求めても良い。図９は、その場合の処理手順を示すフローチャートである。ここでは、図３のステップＳ３の処理に代えて、ステップＳ３１,３３にて検出した回転数と電流値を用いて、ステップＳ３４にて基本制限Duty値を算出している。その他の処理は図３と同様である。なお、電流値の検出方法は、電流センサやシャント抵抗、回転数とDutyの関係等、種々の方法にて検出可能である。

また、前述の実施例では、本発明を自動車のワイパシステム用モータに適用した例を示したが、本発明の適用対象はこれには限定されず、窓やドアを駆動するモータ、或いは他の車載モータや、寒冷地にて使用されるポンプ等に使用されるモータなど、種々のモータに適用可能である。また、モータ１として、駆動回路１０によって正逆転駆動されるものを示したが、一方向にのみ回転するモータの制御に本発明を適用することも可能である。なお、前述実施例にて挙げた数値や図６,８,１０のマップなどはあくまでも一例であり、本発明がこれらの数値に限定されないことは言うまでもない。

Claims (8)

1. ON期間とOFF期間を備えたパルス状の波形を有する電圧を印加し、前記電圧のON/OFF比率を変化させることにより印加電圧を実効的に変化させるモータの制御方法であって、
   前記モータの許容電流量に基づいて、前記モータの温度又は雰囲気温度の下限値において前記モータがロック状態となったときに前記モータに印加可能な前記電圧のON期間時比率の最大値を示す基本制限Duty値Max.Duty(1)を設定し、
   前記モータの温度又は前記モータの雰囲気温度を検出し、
   温度に応じて変化する前記基本制限Duty値Max.Duty(1)修正用の温度対応係数を、前記検出された温度値に基づいて算出し、
   前記基本制限Duty値Max.Duty(1)と前記温度対応係数を用いて、前記検出された温度における前記ON期間時比率の最大値Max.Duty(2)を算出し、
   前記モータに対し、前記ON期間時比率が前記最大値Max.Duty(2)以下となるように前記電圧を印加して該モータを駆動させることを特徴とするモータ制御方法。
2. 請求項１記載のモータ制御方法において、前記モータの回転数が所定値以下となりロック状態と判断し得る状態となったとき、前記基本制限Duty値Max.Duty(1)を、当該モータにて許容される最大ロック電流値と電源電圧に基づいて決定される許容Duty値Ｄ０に設定することを特徴とするモータ制御方法。
3. 請求項１又は２記載のモータ制御方法において、100％から前記基本制限Duty値Max.Duty(1)を減じた値に所定の前記温度対応係数を乗じ、その算出値を100％から減じた値に前記基本制限Duty値Max.Duty(1)を修正して前記最大値Max.Duty(2)とすることを特徴とするモータ制御方法。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載のモータ制御方法において、前記検出温度が所定値を超えている場合は所定の温度対応係数を用いて前記基本制限Duty値Max.Duty(1)を一定値に修正して前記最大値Max.Duty(2)とし、前記検出温度が所定値以下の場合には温度に応じて変化する温度対応係数を用いて前記基本制限Duty値Max.Duty(1)を検出温度に応じた値に修正して前記最大値Max.Duty(2)とすることを特徴とするモータ制御方法。
5. ON期間とOFF期間を備えたパルス状の波形を有する電圧を印加し、前記電圧のON/OFF比率を変化させることにより印加電圧を実効的に変化させてモータの駆動制御を行うモータ制御システムであって、
   モータの回転に伴って信号を出力する回転検出手段と、
   前記モータの温度又は前記モータの雰囲気温度を検出する温度検出手段と、
   前記モータの温度又は雰囲気温度の下限値において前記モータがロック状態となったときに前記モータに印加可能な前記電圧のON期間時比率の最大値を示す基本制限Duty値Max.Duty(1)と、温度に応じて変化し前記基本制限Duty値の修正に用いられる温度対応係数とが格納された記憶手段と、
   前記回転検出手段から出力される信号に基づいて、前記記憶手段を参照して前記基本制限Duty値Max.Duty(1)を算出する基本制限値算出手段と、
   前記基本制限Duty値Max.Duty(1)と前記温度対応係数を用いて、前記温度検出手段にて検出された温度における前記ON期間時比率の最大値Max.Duty(2)を算出するMax.Duty算出手段と、
   前記モータに対し、前記ON期間時比率が前記最大値Max.Duty(2)以下となるように前記電圧を印加して該モータを駆動させるDuty制限手段とを有することを特徴とするモータ制御システム。
6. 請求項５記載のモータ制御システムにおいて、前記モータの回転数が所定値以下となりロック状態と判断し得る状態となったとき、前記基本制限Duty値Max.Duty(1)を、当該モータにて許容される最大ロック電流値と電源電圧に基づいて決定される許容Duty値Ｄ０に設定することを特徴とするモータ制御システム。
7. 請求項５又は６記載のモータ制御システムにおいて、前記Max.Duty算出手段は、100％から前記基本制限Duty値Max.Duty(1)を減じた値に所定の前記温度対応係数を乗じ、その算出値を100％から減じた値に前記基本制限Duty値Max.Duty(1)を修正して前記最大値Max.Duty(2)とすることを特徴とするモータ制御システム。
8. 請求項５〜７の何れか１項に記載のモータ制御システムにおいて、前記Max.Duty算出手段は、前記検出温度が所定値を超えている場合は所定の温度対応係数を用いて前記基本制限Duty値Max.Duty(1)を一定値に修正して前記最大値Max.Duty(2)とし、前記検出温度が所定値以下の場合には温度に応じて変化する温度対応係数を用いて前記基本制限Duty値Max.Duty(1)を検出温度に応じた値に修正して前記最大値Max.Duty(2)とすることを特徴とするモータシステム。

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