JP5886095B2 - ブラシレスモータの駆動装置 - Google Patents
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Description
図1は、本願発明に係るブラシレスモータの駆動装置を適用する、自動車のオートマチックトランスミッションAT用の油圧ポンプシステムを示すブロック図である。
そして、アイドルストップ制御によってエンジンが停止している間は、機械式オイルポンプ6もその動作を停止するため、アイドルストップ中は、電動式オイルポンプ1を用いて、変速機7やアクチュエータ8に対するオイルの供給を行い、油圧の低下などを抑制する。
機械式オイルポンプ6による油圧が低下する一方で、電動式オイルポンプ1の吐出圧が逆止弁11の開弁圧を超えるようになると、オイルは、オイル配管5,電動オイルポンプ1,逆止弁11,変速機7及び/又はアクチェータ8,オイルパン10の経路を通って循環するようになる。
モータ制御装置3は、モータ駆動回路212と、コンピュータを備えた制御器213とを含んで構成され、制御器213がAT制御装置4との間で通信を行う。
制御器213は、図3に示すように、PWM発生器251、ゲート信号切替器252、通電モード決定器253、比較器254、電圧閾値切替器255、電圧閾値学習器256、非通電相電圧選択器257を含んでいる。
通電モード決定器253は、モータ駆動回路212の通電モードを決定するモード指令信号を順次出力するデバイスであり、比較器254が出力するモード切替トリガ信号をトリガとして、通電モードを順次切り替える。
切り替えタイミングの判定のために検出する非通電相のパルス誘起電圧は、ブラシレスモータ2の製造ばらつき、電圧検出回路の検出ばらつきなどによって変動するため、係る誘起電圧のばらつきに対して、閾値として固定値を用いると、通電モードの切り替えタイミングを誤って判定することになってしまう。
通電モードは、電気角60degごとに順次切り替わる6通りの通電モード(1)〜(6)からなり、各通電モード(1)〜(6)において、3相から選択された2相に対してパルス電圧(パルス状の電圧)を印加する。
ステップS301では、通電モードの切り替えタイミングの判定に用いる閾値の学習条件、換言すれば、電圧閾値学習器256の作動条件が成立しているか否かを判断する。
そして、学習条件が成立していれば、ステップS302へ進んで、閾値の学習を実施する。
例えば、通電モード(4)から次の通電モードへの切り替え判定に用いる閾値V4-5を学習する場合には、まず、回転子216を通電モード(3)に対応する角度に位置決めする。
尚、閾値の更新処理(学習)においては、通電モードの切り替えを行う角度位置で検出した非通電相の端子電圧Vを、そのまま閾値として記憶させることができ、また、前回までの閾値と、今回求めた非通電相の端子電圧Vとの加重平均値を新たな閾値として記憶させることもでき、更に、過去複数回にわたって求めた非通電相の端子電圧Vの移動平均値を、新たな閾値として記憶させることもできる。
上記のようにして、ステップS302で、通電モードの切り替えタイミングの判定に用いる閾値を学習した場合、及び、ステップS301で学習条件が成立していないと判断した場合には、ステップS303へ進む。
ステップS351では、ブラシレスモータ2の目標回転数(rpm)を演算する。
また、ブラシレスモータ2がエンジンに冷却水を循環させるウォータポンプを駆動する場合には、冷却水温度が高いほど目標回転数をより高い回転数に設定することができる。
例えば、目標回転数と実際の回転数との偏差に基づく比例積分制御(PI制御)に基づき、下式に従って印加電圧の指令値を決定する。
回転数偏差=目標回転数−実回転数
但し、印加電圧の指令値の決定方法を、目標モータ回転数に基づくものに限定するものではなく、例えば、電動オイルポンプ1の目標吐出圧と実吐出圧との偏差に基づき、印加電圧の指令値を決定する方法や、要求トルクに基づき印加電圧の指令値を決定する方法など、公知の決定方法を適宜採用できる。また、目標値に実際値を近づけるための印加電圧の演算処理を、比例積分制御に限定するものではなく、比例積分微分制御(PID制御)など公知の演算処理方法を適宜採用できる。
ここで、印加電圧の指令値の補正に用いる電源電流としては、検出回路による検出値を用い、印加電圧の指令値の補正に用いる相電流としては、電源電圧とデューティ比とから、相電流演算値=電源電圧/デューティ比として算出される値を用いる。
第1差分=第1電流制限値−電源電流検出値
第2差分=第2電流制限値−相電流演算値
ここで、第1差分と第2差分とのうち、より小さい方を選択し、更に、選択した差分が0以下であって、電流制限値を電源電流検出値及び/又は電源電流検出値が上回っている場合には、下式のように、差分にゲインを乗算して、印加電圧の指令値(入力電圧)の補正項を算出する。
これにより、電源電流及び相電流が制限値(上限値)を超えないように、印加電圧の指令値が補正される。
まず、モータ操作量相当のデューティ比である基本デューティ比DB(%)を、基本デューティ比DB=印加電圧の指令値/電源電圧*100として算出する。
また、図8において、N=2に設定され、2周期に1回の割合で、非通電相の電圧を検出するようになっている。
図9に示す例は、V相からW相に向けて通電する通電モード(3)において、基本デューティ比DBが固定値DFよりも小さい場合を示す。
尚、図9に示した例では、V相の上段をONに保持し、V相の下段をOFFに保持し、W相の上段及び下段をPWM制御したが、V相の上段及び下段をPWM制御し、W相の下段をONに保持し、W相の上段をOFFに保持することができる。
図10(A)では、基本デューティ比DBで各制御周期でのパルス幅を決定しており、V相からW相に向けて通電するW相の下段がオンである期間において、非通電相に発生する起電圧が小さく、誘起電圧に基づき通電モードの切り替えタイミングを判定することができない状態になっている。
極低速領域で、モータ2の回転速度を目標に近づける制御を実施している状態において、負荷が高くモータ回転速度が目標に到達しないと、デューティ比を増大させてモータ回転速度を上昇させようとする。しかし、デューティ比を大きくすると、モータに流れる電流が大きくなるため、過大な電流が流れないようにするため、電流制限を行う必要があり、前述のようにして、電流制限値と電流値との差分に応じて、印加電圧の指令値を補正するようにしてある。
DN=(DB−DF)/(N−1)+DB
上式で、Nは、デューティ制御のN周期に1回の割合で非通電相の電圧を検出させるとするときのN周期であり、例えば、N=2であれば、基本デューティ比と固定値αとの差分だけ、非検出タイミングにおけるデューティ比DNを基本デューティ比から補正する。
但し、例えば、固定値DF=50%とし、N=2としたときに、基本デューティ比DBが80%であるとすると、非検出タイミングにおけるデューティ比DNを110%にしないと、平均的なデューティ比が基本デューティ比DBにならず、実際には、平均的なデューティ比は基本デューティ比DBを下回ることになってしまう。
D2=(80%−50%)/(4−1)+80%=90%
従って、平均的なデューティ比を基本デューティ比DBとするために要求される、非検出タイミングにおけるデューティ比DNが100%を超える場合には、N周期をより大きな値に変更することで、100%≧デューティ比DNとして、平均的なデューティ比を基本デューティ比DB付近にすることができる。
また、モータ温度が高いときに、デューティ比DXで十分な誘起電圧が出力されるが、より高いデューティ比DY(DY>DX)では、十分な誘起電圧が出力されないような場合であっても、モータ温度がより低くなれば、デューティ比DYで十分な誘起電圧が出力されるようになる場合がある。
以下では、図6のフローチャートに戻って説明を続ける。
具体的には、デューティ比を固定値DFとする制御周期における通電区間において、通電モード(1)の場合はW相の電圧を検出し、通電モード(2)の場合はV相の電圧を検出し、通電モード(3)の場合はU相の電圧を検出し、通電モード(4)の場合はW相の電圧を検出し、通電モード(5)の場合はV相の電圧を検出し、通電モード(6)の場合はU相の電圧を検出する。このような非通電相の選択は、非通電相電圧選択器257が通電モード決定器253からの信号に基づいて行う。
本実施例では、通電モードの切り替えタイミングの検出方法として、非通電相に誘起する逆起電力(誘起電圧)と基準電圧(中性点電位:0V)とを比較して、逆起電力(誘起電圧)のゼロクロス点を検出し、このゼロクロス点を基準にして通電モードの切り替えタイミングを判定する方法と、2相の印加パルス電圧によって非通電相に誘起されるパルス誘起電圧と閾値とを比較して、通電モードの切り替えタイミングを判定する方法とを、モータ回転速度に応じて使い分けるようにしてある。
以上、好ましい実施形態を具体的に説明したが、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
(イ)前記誘起電圧の検出タイミングにおけるパルス電圧のデューティ比を、一定値に固定する、請求項1記載のブラシレスモータの駆動装置。
(ロ)前記誘起電圧の検出タイミングにおけるパルス電圧のデューティ比の変化を制限した分だけ、前記非検出タイミングにおけるパルス電圧のデューティ比を補正し、平均的にモータ操作量相当のデューティ比とする、請求項1記載のブラシレスモータの駆動装置。
(ハ)前記電源電圧が高いほど、前記誘起電圧の検出タイミングにおけるパルス電圧のデューティ比をより高いデューティ比に変更する、請求項1記載のブラシレスモータの駆動装置。
(ニ)前記モータ温度が低いほど、前記誘起電圧の検出タイミングにおけるパルス電圧のデューティ比をより高いデューティ比に変更する、請求項1記載のブラシレスモータの駆動装置。
(ホ)PWM制御のN周期に1回の割合で、前記誘起電圧の検出タイミングを設定すると共に、モータ回転速度が速いほど、前記N周期をより小さい値に変更する、請求項1記載のブラシレスモータの駆動装置。
Claims (4)
- ブラシレスモータの複数相のうちでパルス電圧を印加する相を選択する通電モードを、非通電相の誘起電圧に基づいて順次切り替えるブラシレスモータの駆動装置であって、
デューティ制御のN(N≧2)周期に1回の割合で前記誘起電圧を検出する構成とし、前記誘起電圧を検出する周期におけるパルス電圧のデューティ比を、前記通電モードの切り替えタイミングの判定における許容最小値を超える誘起電圧を発生する固定デューティ比に設定する、ブラシレスモータの駆動装置。 - 前記固定デューティ比と指令デューティ比との差分に基づき前記誘起電圧を検出しない周期におけるパルス電圧のデューティ比を補正し、平均的なデューティ比を前記指令デューティ比とする、請求項1記載のブラシレスモータの駆動装置。
- 電源電圧が低いほど前記固定デューティ比をより小さいデューティ比に変更する、請求項1又は2記載のブラシレスモータの駆動装置。
- 前記固定デューティ比を指令デューティ比に応じて変更する、請求項1又は2記載のブラシレスモータの駆動装置。
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