JP6971777B2

JP6971777B2 - モータ制御装置

Info

Publication number: JP6971777B2
Application number: JP2017207081A
Authority: JP
Inventors: 祐也本橋; 正大石島
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2017-10-26
Filing date: 2017-10-26
Publication date: 2021-11-24
Anticipated expiration: 2037-10-26
Also published as: JP2019080455A

Description

本発明は、モータ制御装置に関する。

下記特許文献１は、モータに通電する通電タイミングを進角側に進める進角制御を行うモータ制御装置が開示されている。具体的には、このモータ制御装置は、一定の回転数ごとに進角値が設定されている進角テーブルを有しており、検出したモータの回転数に基づいて進角テーブルから最適な進角値を取得し、その取得した進角値で進角制御を実行する。

国際公開第２０１２／１３２２３１号

ただし、モータの回転数によっては、進角値の変化量に対するモータ電流（モータに流れる電流）の変化量が大きい領域が存在する。特許文献１では、進角テーブルの点と点の間を計算により補間しているが、処理に時間が掛かってしまう課題がある。また、モータが高回転の状態で弱め磁束制御として進角値を切り替える制御を行なうと、モータ電流が大きく変動してしまい、モータの回転数が安定するまでに時間がかかってしまう場合がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、進角制御を行う場合において、モータ電流の変動を抑制可能なモータ制御装置を提供することである。

本発明の一態様は、モータの駆動を制御するモータ制御装置であって、前記モータの回転数を検出する回転数検出部と、前記モータの回転数と、前記モータへの通電タイミングの進角値とが関連付けられた進角テーブルを格納する格納部と、前記回転数検出部が検出した前記モータの回転数に基づいて、前記進角テーブルから前記進角値を読み出し、読み出した前記進角値に応じて前記モータへ通電することで前記モータの駆動を制御する制御部と、を備え、前記進角テーブルは、前記モータの回転数の範囲において、前記進角値のデータが細かく設定された第１の範囲と、前記進角値が粗く設定された第２の範囲とを有し、前記第１の範囲は、前記進角値に対する前記モータに流れる電流の変化率が所定値以上となる範囲であり、前記第２の範囲は、前記進角値に対する前記モータに流れる電流の変化率が所定値未満となる範囲であって、前記第１の範囲は、前記進角値のデータとして少なくとも１０個のデータが前記進角テーブルに格納されていることを特徴とするモータ制御装置である。

本発明の一態様は、上述のモータ制御装置であって、前記第１の範囲は、前記モータの中回転領域であって、前記第２の範囲は、前記モータの低回転領域及び高回転領域である。

本発明の一態様は、上述のモータ制御装置であって、前記進角テーブルは、前記モータの複数の相電流値に応じて、前記モータの回転数と進角値とが関連付けられて格納される。

以上説明したように、本発明によれば、進角制御を行う場合において、モータ電流の変動を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る電動オイルポンプ１の概略構成の一例を示す図である。本発明の一実施形態に係る駆動装置８の概略構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る進角テーブルを説明する図である。本発明の一実施形態に係るモータ制御装置１２における進角制御の動作の流れを示す図である。従来の進角テーブルを説明する図である。

以下、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置を、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電動オイルポンプ１の概略構成の一例を示す図である。本発明の一実施形態に係るモータ制御装置は、電動オイルポンプ１の駆動源として用いられるモータの駆動を制御する。

電動オイルポンプ１は、例えば、車両に搭載される無段変速機等の油圧機器などのオイル供給先Ｔにオイルを供給する油圧供給源として用いられるものである。

電動オイルポンプ１は、上位ＥＣＵ２に接続されている。
電動オイルポンプ１は、オイルパン３内に貯留されたオイルを汲み上げ、油圧を付与してオイル供給先Ｔにオイルを供給する。

上位ＥＣＵ２は、電動オイルポンプ１及び温度センサ４に接続されている。
上位ＥＣＵ２は、アンドリングストップ等でエンジン停止した場合において油圧供給Ｔにオイルを供給するために、電動オイルポンプ１を駆動させる。例えば、上位ＥＣＵ２は、エンジン停止した場合には、温度センサ４が測定したオイルの温度に応じて、モータに流す相電流の目標値（以下、「相電流目標値」という。）を含む駆動指令を電動オイルポンプ１に送信する。

次に、本発明の一実施形態に係る電動オイルポンプ１の概略構成について説明する。
電動オイルポンプ１は、オイルポンプ５、モータ６、回転角検出部７、及び駆動装置８を備える。

オイルポンプ５は、モータ６及びオイル供給先Ｔに接続されている。
オイルポンプ５は、モータ６によって駆動されるポンプである。オイルポンプ５は、モータ６に駆動されることによりオイルパン３内のオイルをオイル供給先Ｔに圧送する。

モータ６は、永久磁石を有するロータと、３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）それぞれに対応するコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗがロータの回転方向に順に巻装されているステータとを備えている。各相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのそれぞれは、駆動装置８に接続されている。例えば、モータ６は、ブラシレスモータである。

回転角検出部７は、モータ６の回転角度を検出する。そして、回転角検出部７は、検出した回転角度に応じた出力信号を駆動装置８に出力する。

駆動装置８は、上位ＥＣＵ２及びモータ６に接続されている。駆動装置８は、上位ＥＣＵ２から出力される駆動指令に基づいて、モータ６の駆動を制御する。例えば、駆動装置８は、モータ６の相電流が、上位ＥＣＵ２から入力される駆動指令に含まれる相電流目標値になるようにフィードバック制御する。また、駆動装置８は、モータ６が高回転で回転してる際のモータトルクを高めるために弱め磁束制御を行ない、モータ６に通電する通電タイミングを進角側に進める進角制御を実行する。

以下に、本発明の一実施形態に係る駆動装置８の概略構成について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る駆動装置８の概略構成を示す図である。

図２に示すように、駆動装置８は、電源部９、インバータ１０、電流センサ１１、及びモータ制御装置１２を備える。

電源部９は、例えば、車両に搭載されるバッテリである。電源部９が、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることもできる。

インバータ１０は、複数のスイッチング素子ＳＷを有し、このスイッチング素子のオンとオフとをＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）制御することで電源電流を相電流に変換する。具体的には、インバータ１０は、６つのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を有している。インバータ１０は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のオンとオフとを切り替えて電源電流を相電流に変換する。

直列に接続されたスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４と、直列に接続されたスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ５と、直列に接続されたスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ６とは、電流センサ１１を介して接続された電源部９の高電位側と、接地電位との間に並列に接続されている。

また、スイッチング素子ＳＷ１とスイッチング素子ＳＷ４との接続点は、コイルＬｕの一端に接続されている。スイッチング素子ＳＷ２とスイッチング素子ＳＷ５との接続点は、コイルＬｖの一端に接続されている。スイッチング素子ＳＷ３とスイッチング素子ＳＷ６との接続点は、コイルＬｗの一端に接続されている。

本実施形態では、スイッチング素子ＳＷがｎ型チャネルのＦＥＴ（Field Effective Transistor）である場合について説明するが、これに限定されず、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated gate bipolar transistor）、及びＢＪＴ（bipolar junction transistor）であってもよい。各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６は、還流ダイオードＤ１〜Ｄ６と並列に接続された構成を有している。また、各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６は、ゲート端子がモータ制御装置１２に接続されている。

電流センサ１１は、モータ６に流れる電流（以下、「相電流」という。）を検出してモータ制御装置１２に出力する。例えば、電流センサ１１は、シャント抵抗１１１及びアンプＡＭを備える。

アンプＡＭは、電源部９からインバータ１０に流れる電源電流がシャント抵抗１１１に流れることで、シャント抵抗１１１の両端に生じる電圧差を増幅する。そして、アンプＡＭは、シャント抵抗１１１の両端に生じる電圧差を増幅した信号を電流検出信号としてモータ制御装置１２に出力する。この電流検出信号は、相電流を示すものである。すなわち、電流センサ１１は、シャント抵抗１１１の両端に生じた電位差から相電流を算出し、その算出した相電流をモータ制御装置１２に出力する。

以下に、本発明の実施形態に係るモータ制御装置１２の構成について、説明する。

モータ制御装置１２は、電流検出部１３、位置検出部１４、回転数検出部１５、格納部１６、制御部１７、及び駆動制御部１８を備える。制御部１７は、進角値設定部１９及び通電制御部２０を備える。

電流検出部１３は、電流センサ１１より出力される電流検出信号に基づいて、モータ６に流れる相電流の値（以下、「相電流値」という。）を検出する。そして、電流検出部１３は、検出した相電流値を進角値設定部１７及び通電制御部１８に出力する。

位置検出部１４は、回転角検出部７が出力する信号に基づいて、モータ６のロータの回転角（ロータの回転位置）を検出して、その検出結果を回転数検出部１５及び通電制御部１８に出力する。

回転数検出部１５は、位置検出部１４が出力するロータの回転角を示す信号の単位時間あたりの変化量を検出し、その検出した変化量からモータ６の回転数を算出する。そして、回転数検出部１５は、算出した回転数を進角値設定部１７に出力する。

格納部１６は、モータ６の回転数と、モータ６への通電タイミングの進角値とが関連付けられた情報を進角テーブルとして格納する。図３は、本発明の一実施形態に係る進角テーブルを説明する図である。

進角テーブルには、モータ６の相電流値（例えば、第１の相電流値、第２の相電流値）ごとに、モータ６の回転数と進角値とが関連付けられて格納されている。進角値とは、モータ６の各相の巻線に対する通電開始位相及び通電終了位相を各相のインダクタンス変化に応じた所定位置（例えば、インダクタンスの増大開始位相及び減少開始位相等）から通電角を進角側に変化させる角度を表す。

ここで、本実施形態の特徴の一つは、進角テーブルに格納されている進角値のデータ数がモータ６の回転数の範囲に応じて異なることである。具体的には、図３に示すように、進角テーブルは、モータ６の回転数において、進角値のデータが細かく設定された第１の範囲と、進角値が粗く設定された第２の範囲とを有する。

第１の範囲は、進角値に対するモータ６に流れる電流の変化率が所定値以上となる範囲である。例えば、第１の範囲は、モータ６の中回転領域である。
一方、第２の範囲は、進角値に対するモータ６に流れる電流の変化率が所定値未満となる範囲である。例えば、第２の範囲は、モータ６の低回転領域及び高回転領域である。

したがって、図３に示す例では、中回転領域においては、進角値のデータとして１０個のデータが進角テーブルに格納されている。一方、低回転領域及び高回転領域においては、それぞれ進角値のデータとして３個のデータが進角テーブルに格納されている。

進角値設定部１７は、電流検出部１３が検出した相電流値と、回転数検出部１５が検出したモータ６の回転数とに基づいて、進角テーブルから進角値を決定する。そして、進角値設定部１７は、その決定した進角値を通電制御部１８に出力する。

通電制御部１８は、位置検出部１４から出力されるロータの回転位置と、進角値設定部１７から出力される進角値とを取得する。そして、通電制御部１８は、取得したロータの回転位置と、進角値とに基づいて、Ｕ相巻線Ｌｕ、Ｖ相巻線Ｌｖ、及びＷ相巻線Ｌｗに通電する通電タイミングを決定する。

また、通電制御部１８は、上位ＥＣＵ２から出力された駆動指令の相電流目標値を取得する。そして、通電制御部１８は、その取得した相電流目標値と、電流検出部１３から供給される相電流値との偏差（以下、「電流差分値」という。）を算出する。そして、通電制御部１８は、算出した駆動電流差分値に基づいて、一般的に公知のＰＩ（Proportional Integral）制御、又は、ＰＩＤ（Proportional Integral Derivative）制御を用いてデューティ比を算出する。

そして、通電制御部１８は、決定した通電タイミングを示すタイミング信号と、算出したデューティ比を駆動制御部１８に出力する。

駆動制御部１８は、通電制御部１８から出力されたタイミング信号とデューティ比とに基づいて駆動信号（パルス幅変調信号（ＰＷＭ信号））を生成する。そして、駆動制御部１８は、生成した駆動信号を予め設定されている複数の通電パターンに従って各スイッチング素子ＳＷのゲートに送信することで、モータ６を駆動制御する。

次に、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置１２における進角制御の動作の流れについて、説明する。図４は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置１２における進角制御の動作の流れを示す図である。

モータ制御装置１２は、上位ＥＣＵ２から駆動指令を取得すると(ステップＳ１０１)、電流センサ１１より出力される電流検出信号に基づいて、モータ６の相電流値を検出する(ステップＳ１０２)。

モータ制御装置１２は、位置検出部１４が出力するロータの回転角を示す信号の単位時間あたりの変化量を検出し、その検出した変化量からモータ６の回転数を算出する（ステップＳ１０３）。

モータ制御装置１２は、検出した相電流値と算出したモータ６の回転数とに基づいて、進角テーブルから進角値を決定する（ステップＳ１０４）。そして、モータ制御装置１２は、その決定した進角値だけ通電タイミングを進角側に進める進角制御を実行して、モータ６を駆動する。（ステップＳ１０５）。

次に本実施形態に係る作用効果について説明する。図５は、従来の進角テーブルを説明する図である。

従来のモータ制御装置は、進角制御を実行する場合には、図５に示すような進角テーブルを用いて、進角値を取得している。しかしながら、図５に示す従来の進角テーブルでは、一定の回転数ごとに進角値が設定されており、低回転領域、中回転領域、高回転領域の各々の領域において、進角値のデータ数は区別されていない。したがって、従来のモータ制御装置は、進角値に対する相電流の変化が大きい領域である中回転領域において、従来の進角テーブルを用いて進角値を切り替えてしまうと、データ間の進角値の差異が大きいために、相電流が大きく変動してしまう。その結果、モータの回転数が安定するまでに時間がかかってしまう場合がある。また、相電流の変動を小さくするために、進角テーブルを細かく設定しようとすると、その進角テーブルを格納している格納部（例えば、ＲＯＭ（read only memory））の容量が増加してしまう。

一方、本実施形態に係る進角テーブルは、モータ６の回転数の範囲において、進角値のデータが細かく設定された第１の範囲と、進角値が粗く設定された第２の範囲とを有する。より具体的には、第１の範囲は、進角値に対するモータ６に流れる電流の変化率が所定値以上となる範囲であり、例えば、モータの中回転領域である。一方、例えば、第２の範囲は、モータの低回転領域及び高回転領域である。これにより、本実施形態に係る進角テーブルにおいて、進角値に対する相電流の変化が大きい領域では、進角値のデータ数を増加させることができ、データ間の進角値の差異を小さくすることができる。したがって、モータ制御装置１２は、中回転領域において進角値を切り替える場合には、相電流の変動を抑制することができる。その結果、モータの回転数が安定するまでに要する時間を短縮化できる。更に、本実施形態に係る進角テーブルでは、進角値に対するモータ６に流れる電流の変化率が所定値未満となる第２の範囲では、進角値のデータ数を削減する。これにより、本実施形態に係る進角テーブルは、従来と比較して、全体としての進角値のデータ数を増加させることはなく、進角テーブルを格納している格納部１６の容量を増加させる必要がない。

上述したように、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置１２は、モータ６の回転数と、モータ６への通電タイミングの進角値とが関連付けられた進角テーブルを格納する格納部１６を備える。そして、その進角テーブルは、モータ６の回転数の範囲において、進角値のデータが細かく設定された第１の範囲と、進角値が粗く設定された第２の範囲とを有する。これにより、モータ制御装置１２は、進角制御を行う場合において、モータ電流（相電流値）の変動を抑制することができる。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

上記実施形態では、電流センサ１１としてシャント抵抗１１１を用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば、電流センサ１１は、非接触で相電流を検出するものでもよく、例えば、カレントトランスやロゴスキーコイルであってもよい。

なお、本実施形態に係るモータ制御装置１２が備える各部は、進角制御に関する各種処理を行うプログラムをインストールし、このプログラムをコンピュータに実行させることで、構成してもよい。つまり、コンピュータにモータ制御装置１２における進角制御を行うための各種処理を行うプログラムを実行させることにより、モータ制御装置１２が備える各部としてコンピュータを機能させることで、モータ制御装置１２を構成してもよい。
コンピュータはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）等の各種メモリ、通信バス及びインタフェースを有し、予めファームウェアとしてＲＯＭに格納された処理プログラムをＣＰＵが読み出して順次実行することで、モータ制御装置１２として機能する。

６モータ
１２モータ制御装置
１３電流検出部
１４位置検出部
１５回転数検出部
１６格納部
１７制御部
１８駆動制御部
１９進角値設定部
２０通電制御部

Claims

モータの駆動を制御するモータ制御装置であって、
前記モータの回転数を検出する回転数検出部と、
前記モータの回転数と、前記モータへの通電タイミングの進角値とが関連付けられた進角テーブルを格納する格納部と、
前記回転数検出部が検出した前記モータの回転数に基づいて、前記進角テーブルから前記進角値を読み出し、読み出した前記進角値に応じて前記モータへ通電することで前記モータの駆動を制御する制御部と、
を備え、
前記進角テーブルは、前記モータの回転数の範囲において、前記進角値のデータが細かく設定された第１の範囲と、前記進角値が粗く設定された第２の範囲とを有し、
前記第１の範囲は、前記進角値に対する前記モータに流れる電流の変化率が所定値以上となる範囲であり、
前記第２の範囲は、前記進角値に対する前記モータに流れる電流の変化率が所定値未満となる範囲であって、
前記第１の範囲は、前記進角値のデータとして少なくとも１０個のデータが前記進角テーブルに格納されている
ことを特徴とするモータ制御装置。
前記第１の範囲は、前記モータの中回転領域であって、
前記第２の範囲は、前記モータの低回転領域及び高回転領域である、
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
前記進角テーブルは、前記モータの複数の相電流値に応じて、前記モータの回転数と進角値とが関連付けられて格納される
ことを特徴とする請求項１又は２記載に記載のモータ制御装置。