JPH04236190A - ブラシレスモータのための電気制御装置 - Google Patents

ブラシレスモータのための電気制御装置

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Publication number
JPH04236190A
JPH04236190A JP3013752A JP1375291A JPH04236190A JP H04236190 A JPH04236190 A JP H04236190A JP 3013752 A JP3013752 A JP 3013752A JP 1375291 A JP1375291 A JP 1375291A JP H04236190 A JPH04236190 A JP H04236190A
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JP
Japan
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signal
brushless motor
sine wave
torque command
torque
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Application number
JP3013752A
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English (en)
Inventor
Sumikazu Shiyamoto
純和 社本
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Priority to DE4200477A priority patent/DE4200477C2/de
Publication of JPH04236190A publication Critical patent/JPH04236190A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/06Arrangements for speed regulation of a single motor wherein the motor speed is measured and compared with a given physical value so as to adjust the motor speed
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046Controlling the motor

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、トルク指令信号を発生
するトルク指令信号発生装置と組み合わせて用いられ、
ブラシレスモータの発生トルクを前記トルク指令信号に
応じて制御するブラシレスモータのための電気制御装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の装置は、例えば特開昭6
4−64583号公報に示されているように、ブラシレ
スモータの回転子の回転速度を検出するエンコーダを備
え、このエンコーダにて検出された前記回転速度に応じ
た速さで変化するアドレス信号を形成し、同アドレス信
号を用いて正弦波メモリから前記回転速度に比例した周
波数で正弦波信号を読み出し、この正弦波信号の振幅を
前記トルク指令信号に応じて比例制御し、この比例制御
された正弦波信号に応じたモータ電流をブラシレスモー
タの固定子巻線にそれぞれ流して、同モータの回転を制
御するようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記エンコー
ダは、通常、スリット付きの回転円盤を挟んで配設され
た発光及び受光素子と、発光素子を駆動する駆動回路と
、受光素子により検知された信号を受信処理する受信回
路とから構成されており、これらの駆動回路及び受信回
路は高温状態では動作が不安定となるので、温度の高い
環境下では、上記従来のエンコーダを用いたブラシレス
モータのための電気制御装置を利用することができなか
った。
【0004】本発明は上記問題に対処するためになされ
たもので、その目的は、エンコーダを用いないでブラシ
レスモータの回転を制御するようにして、温度の高い環
境下でも利用可能なブラシレスモータのための電気制御
装置を提供しようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の構成上の特徴は、トルク指令信号を発生す
るトルク指令信号発生装置と組み合わせて用いられ、ブ
ラシレスモータの発生トルクを前記トルク指令信号に応
じて制御するブラシレスモータのための電気制御装置に
おいて、ブラシレスモータの回転子の回転位置を検出し
て同回転位置を表す磁極信号を出力する磁極位置センサ
と、前記磁極信号に基づいてブラシレスモータの回転子
の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記検出回
転速度に応じた速さでカウント値を変更して同カウンタ
値をアドレス信号として出力するカウンタ手段と、正弦
波を形成するための波形データを記憶しており前記アド
レス信号により読み出し制御されて前記検出回転速度に
比例した周波数の正弦波信号を出力する正弦波メモリ手
段と、前記正弦波信号の振幅を前記トルク指令信号に応
じて比例制御する振幅制御回路と、前記振幅の制御され
た正弦波信号に応じたモータ電流をブラシレスモータの
固定子巻線に流す電流制御回路とを設けたことにある。
【0006】
【作用】上記のように構成した本発明においては、回転
速度検出手段が磁極位置センサからの磁極信号に基づい
てブラシレスモータの回転子の回転速度を検出し、カウ
ンタ手段が前記検出回転速度に応じた速さで変化するカ
ウント値を正弦波メモリ手段にアドレス信号として出力
するので、同メモリからは前記検出回転速度に比例した
周波数の正弦波信号が出力される。この正弦波信号の振
幅は振幅制御回路にてトルク指令信号発生装置からのト
ルク指令信号により比例制御され、電流制御回路がこの
振幅の制御された正弦波信号に応じたモータ電流をブラ
シレスモータの固定子巻線に流すので、同モータには回
転子の回転速度に対応した回転磁界が発生するとともに
、この回転磁界の強さはトルク指令信号により表された
発生トルクに比例したものとなる。その結果、ブラシレ
スモータの回転子が前記回転磁界に同期して回転制御さ
れるとともに、同回転時におけるブラシレスモータの発
生トルクがトルク指令信号により表された大きさに制御
される。
【0007】
【発明の効果】上記作用説明からも理解できるとおり、
本発明によれば、エンコーダを利用しないでも、ブラシ
レスモータの回転が制御されると同時に、その発生トル
クもトルク指令信号により表された値に制御されるので
、温度が高い環境下でもブラシレスモータの回転制御が
可能となり、ブラシレスモータの用途が広がる。
【0008】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
すると、図1は本発明に係るブラシレスモータのための
電気制御装置を車両のパワーステアリング装置に適用し
た例を概略的に示している。
【0009】このパワーステアリング装置においては、
操舵ハンドル11が操舵軸12、ギヤボックス13、タ
イロッド14を介して前輪FW,FWに接続されており
、操舵軸12の中間部には、ブラシレスモータ15から
の駆動力が減速器16及びギヤ17a,17bを介して
伝達されるようになっている。ブラシレスモータ15は
三相同期式永久磁石モータで構成されており、図2及び
図3に示すように、永久磁石からなる回転子15aと3
相の固定子巻線15b〜15dとを備えている。
【0010】操舵軸12の中間部には、歪ゲージで構成
された操舵トルクセンサ21が設けられており、同セン
サ21は操舵軸12に作用する操舵トルクTS を検出
して、同トルクTS を表す操舵トルク信号をトルク指
令信号発生装置30へ出力する。このトルク指令信号発
生装置30には、車速Vを検出して同車速Vを表す車速
信号を出力する車速センサ22も接続されている。また
、ブラシレスモータ15には、図2,3に示すように、
磁極位置センサ23a〜23cが設けられており、同セ
ンサ23a〜23cは固定子巻線15b〜15dに対応
する位置に配設されたホール素子によりそれぞれ構成さ
れていて、回転子15aの回転位置を検出してπ/3の
分解能で同回転位置を表す磁極信号PU,PV,PW 
を電気制御装置40にそれぞれ出力する。すなわち、図
6,7に示すように、磁極位置センサ23aは、回転子
15aのN極の回転位置が図3の領域I,II,III
 に属するときにハイレベルとなり、同回転位置が図3
の領域IV,V,VIに属するときにローレベルとなる
磁極信号PU を出力する。 磁極位置センサ23bは、回転子15aのN極の回転位
置が図3の領域III,IV,V に属するときにハイ
レベルとなり、同回転位置が図3の領域VI,I,II
に属するときにローレベルとなる磁極信号PV を出力
する。磁極位置センサ23cは、回転子15aのN極の
回転位置が図3の領域V,VI,Iに属するときにハイ
レベルとなり、同回転位置が図3の領域II,III,
IV に属するときにローレベルとなる磁極信号PW 
を出力する。
【0011】トルク指令信号発生装置30は、操舵トル
クTS を図4に示す特性で変換トルクTC に変換す
る変換テーブルと、車速Vに応じて図5に示す特性で変
化する係数KV を導出する係数テーブルと、前記変換
トルクTC と係数KV とを乗算してアシストトルク
TA を計算する乗算器とを備えており、操舵トルクT
S を表す操舵トルク信号と車速Vを表す車速信号を入
力してアシストトルクTA(=KV・TC)を表すディ
ジタル形式のトルク指令信号を出力する。
【0012】電気制御装置40は方形波信号発生回路4
1を備えている。方形波信号発生回路41は磁極信号P
U,PV,PW を入力し、各信号PU,PV,PW 
のハイレベル”1”(以下、単に”1”という)及びロ
ーレベル”0”(以下、単に”0”という)の6種類の
組み合わせI〜VIに応じて、図6のIU*,IV*,
IW* に示すように、位相が2π/3ずつずれかつ正
負に変化するディジタル形式の3相の方形波信号を出力
する。この方形波信号発生回路41にはマルチプレクサ
回路42が接続されており、同回路42は前記3相の方
形波信号を時分割多重してセレクタ回路43の一方の入
力に供給するようになっている。
【0013】また、電気制御装置40は時間計測回路4
4を備えている。時間計測回路44は、磁極信号PU,
PV,PW の組み合わせパターンが変化してから次に
変化するまでの時間ΔT、すなわち回転子15aがπ/
3だけ回転するのに要する時間ΔTを計測するもので、
同時間ΔTを表す信号を出力する。この時間計測回路4
4には演算器45が接続されており、同演算器45は時
間ΔTに基づいて時間6・ΔT/nを計算して、同時間
6・ΔT/nを表す信号を出力する。この場合、値nは
後述する正弦波メモリ55に記憶されている波形データ
の数すなわち正弦波の各瞬時値を表すサンプリングデー
タの数であり、時間6・ΔT/nは前記各波形データの
読み出しの時間間隔を表すものとなる。この演算器45
にはクロック発生器46が接続されており、同発生器4
6は前記時間6・ΔT/nを表す信号を入力して同時間
6・ΔT/nを1周期とするクロック信号を発生する。 このクロック発生器46はアップダウンカウンタ47の
クロック信号入力端子CKに接続されており、同カウン
タ47は前記クロック信号を入力して、同信号の到来ご
とに0〜n−1に渡って変化するカウント値を出力する
。このアップダウンカウンタ47はアップダウン制御入
力端子U/D 及びリセット端子Rも備えており、アッ
プダウン制御入力端子U/D に”1”信号が供給され
ているときアップカウント動作し、かつ同端子U/D 
に”0”信号が供給されているときダウンカウント動作
するようになっている。また、リセット端子Rにリセッ
ト信号が供給されたときには、同カウンタ47は初期値
0にリセットされるようになっている。
【0014】このアップダウンカウンタ47のアップダ
ウン制御入力U/D には回転方向検出回路48が接続
されているとともに、同カウンタ47のリセット端子R
には一回転検出回路51が接続されている。回転方向検
出回路48は磁極信号PU,PV,PW の組み合わせ
パターンの変化態様により回転子15aの回転方向を検
出、例えば磁極信号PU,PV,PWが図6,7のII
→IIIに示すように”1,0,0”から”1,1,0
”へ、図6,7のIII→IV に示すように”1,1
,0”から”0,1,0”へなどと変化した場合には正
回転であると検出し、かつ同信号PU,PV,PW が
図6,7のIII→IIに示すように”1,1,0”か
ら”1,0,0”へ、図6,7のIV→IIIに示すよ
うに”0,1,0”から”1,1,0”へなどと変化し
た場合には逆回転であると検出するもので、検出回転方
向が正であるとき”1”信号を出力し、かつ検出回転方
向が負であるとき”0”信号を出力する。一回転検出回
路51は、磁極信号PU,PV,PW の組み合わせパ
ターンの変化態様により、ブラシレスモータ15の起動
時に回転子15aが1〜2回転したことを検出するもの
で、同モータ15の起動後において磁極信号PU,PV
,PW が”1,0,1”から”1,0,0”へ(図7
のI→II)又は”1,0,0”から”1,0,1”へ
(図7のII→I)2回目に変化した時点でリセット信
号を発生する。また、この一回転検出回路51は、ブラ
シレスモータ15の起動前及び起動直後には”0”信号
をセレクタ回路43に供給し、かつ前記リセット信号の
発生後には”1”信号をセレクタ回路43へ供給する。
【0015】アップダウンカウンタ47の出力ラインは
マルチプレクサ回路54に直接接続されるとともに、前
記出力ラインは分岐して減算器52,53を介してマル
チプレクサ回路54に接続されている。減算器52は前
記カウンタ47の出力値からn/3を減算して出力する
ものであり、減算器53は同カウンタ47の出力値から
2n/3を減算して出力するものである。マルチプレク
サ回路54は前記各入力信号を時分割多重して正弦波メ
モリ55に供給するものである。正弦波メモリ55は正
弦波形の一周期(0〜2π)を等間隔でn個に分割した
各瞬時値を表すn個のサンプリングデータを波形データ
として順に記憶するもので、このn個の波形データはア
ドレス値0〜n−1により指定される記憶位置にそれぞ
れ記憶されているとともに、アドレス値0には各瞬時値
の中の最大値(sin π/2)が記憶されている。こ
の正弦波メモリ55内の波形データはセレクタ回路43
の他方の入力に供給されるようになっている。セレクタ
回路43は一回転検出回路51からの信号に応じて制御
されるようになっており、同回路51から”0”信号が
供給されているときマルチプレクサ回路42からの方形
波信号を選択出力し、かつ同回路51から”1”信号が
供給されているとき正弦波メモリ55からの正弦波信号
(波形データ)を選択出力するようになっている。
【0016】セレクタ回路43は乗算器56に接続され
ている。乗算器56は、セレクタ回路43の出力信号の
振幅をトルク指令信号発生装置30により決定されたア
シストトルクTA に応じて比例制御するもので、前記
信号値にアシストトルクTA を乗算した値を表すディ
ジタル信号を出力する。この乗算器56にはディジタル
アナログ変換器57が接続されており、同変換器57は
入力したディジタル信号をアナログ信号に変換して出力
する。このディジタルアナログ変換器57にはデマルチ
プレクサ回路58が接続されており、同回路58は入力
アナログ信号の時分割多重を解除して3相電流指令信号
IU*,IV*,IW* として出力する。デマルチ回
路58には電流制御回路59が接続されている。この電
流制御回路59は三角波発生回路、比較回路、インバー
タ回路などからなるPWMインバータ回路で構成されて
おり、前記3相電流指令信号IU*,IV*,IW* 
に対応した3相のモータ電流IU,IV,IWを固定子
巻線15b〜15dにそれぞれ流す。
【0017】次に、上記のように構成した実施例の動作
を説明する。操舵ハンドル11が回動されると、この回
動による力が操舵軸12、ギヤボックス13及びタイロ
ッド14,14を前輪FW,FWに伝達され、同前輪F
W,FWは操舵ハンドル11の回動に応じて操舵される
。このとき、操舵軸12には操舵トルクTS が発生し
、このトルクTSは操舵トルクセンサ21により検出さ
れて、同トルクTSを表す操舵トルク信号がトルク指令
信号発生装置30に供給される。このトルク指令信号発
生装置30には車速センサ22により検出された車速V
を表す車速信号も供給されており、同装置30は前記操
舵トルクTS 及び車速Vに基づいてアシストトルクT
A(=KV・TC)を計算して、同トルクTAを表すト
ルク指令信号を乗算器56へ供給し始める。
【0018】このとき、一回転検出回路51はセレクタ
回路43へ”0”信号を供給していて、セレクタ回路4
3は方形波信号発生回路41からマルチプレクサ回路4
2を介して供給される時分割多重化された3相の方形波
信号を乗算器56へ選択出力しているので、乗算器56
は前記方形波信号の振幅を前記アシストトルクTA (
=KV・TC)に応じて比例制御してディジタルアナロ
グ変換器57へ供給する。この比例制御された方形波信
号はディジタルアナログ変換器57にてアナログ信号に
変換されるとともに、デマルチプレクサ回路58にて時
分割多重が解除されて、同回路58から3相電流指令信
号IU*,IV*,IW* として電流制御回路59に
供給され、電流制御回路59はこれらの3相電流指令信
号 IU*,IV*,IW*に対応したモータ電流IU
,IV,IW をブラシレスモータ15の固定子15b
〜15dに流す。この場合、方形波信号発生装置41は
、磁極位置センサ23a〜23cからの磁極信号PU,
PV,PW に基づき、回転子15aの回転位置に対応
した図6に示すような位相関係にある3相の方形波信号
を形成出力しているので、ブラシレスモータ15には回
転子15aの回転位置に対応した回転磁界が発生し、同
回転子15aが起動されて回転し始める。
【0019】この起動後、回転子15aが1回転して、
同回転子15aの回転位置が図3の領域Iから領域II
(又は領域IIから領域I)へ変化すると、回転子15
aが前記両領域の境界を通過した時点で、一回転検出回
路51はリセット信号をアップダウンカウンタ47のリ
セット入力端子Rへ出力する。これにより、アップダウ
ンカウンタ47のカウント値は初期値0に設定される。 このとき、時間計測回路44は、磁極位置センサ23a
〜23cからの磁極信号PU,PV,PW を入力して
、回転子15aがπ/3だけ回転するのに要する時間Δ
Tを計測し続けており、演算器45は、前記時間ΔTに
基づく演算(6・ΔT/n)の実行により、正弦波メモ
リ55内の各波形データの読み出し時間間隔を表す信号
を出力し続けており、クロック発生器46はこの時間間
隔ごとにアップダウンカウンタ47へクロック信号を出
力し続けている。これにより、アップダウンカウンタ4
7のカウント値は前記回転子15aの回転位置が図3の
領域Iから領域II(又は領域IIから領域I)へ変化
した時点では「0」であって、その後、前記クロック信
号の到来ごとに「0」から正又は負方向に「1」ずつ変
化していく。 なお、正又は負方向のカウント動作は回転方向検出回路
48からの信号(”1”信号又は”0”信号)により制
御される。
【0020】このアップダウンカウンタ47のカウント
値を表す信号は直接マルチプレクサ回路54に供給され
ると同時に、減算器52,53にてn/3,2n/3だ
けそれぞれ減算された後にマルチプレクサ回路54に供
給され、同回路54がこれらの3つの信号を時分割多重
化して正弦波メモリ55にアドレス信号として供給する
ので、正弦波メモリ55からは回転子15aの回転位置
、回転速度及び回転方向に対応するとともに2π/3ず
つずれかつ時分割多重化されたたディジタル形式の正弦
波信号が読み出されてセレクタ回路43の他方の入力に
供給される。一方、前記リセット信号の発生後には、一
回転検出回路51は”1”信号をセレクタ回路43の選
択制御入力に供給するようになるので、セレクタ回路4
3は前記方形波信号に代えて正弦波信号を乗算器56に
供給し始める。
【0021】このように乗算器56に供給された前記正
弦波信号は、前述の場合と同様に、同乗算器56にてそ
の振幅がアシストトルクTA(=KV・TC) に応じ
て比例制御され、ディジタルアナログ変換器57にてア
ナログ信号に変換され、デマルチプレクサ回路58にて
時分割多重が解除されるので、電流制御回路59には第
7図に示すような3相電流指令信号IU*,IV*,I
W* が供給されるようになる。そして、電流制御回路
59はこれらの3相電流指令信号IU*,IV*,IW
* に対応したモータ電流IU,IV,IW をブラシ
レスモータ15の固定子15b〜15dに流すので、ブ
ラシレスモータ15には、アシストトルクTA に比例
した大きさを有し、かつ回転子15aの回転位置、回転
速度及び回転方向に対応した回転磁界が発生し、しかも
この回転磁界には高調波成分が含まれていないので、回
転子15aは前記回転磁界に同期して滑らかに回転する
とともに、その駆動トルクは前記アシストトルクTA 
に比例したものとなる。
【0022】そして、前述のようなブラシレスモータ1
5による駆動トルクが減速器16及びギヤ17a,17
bを介して操舵軸12に付与されるので、前記前輪FW
,FWの操舵がアシストトルクTA に対応した大きさ
の力で助勢される。
【0023】以上の説明のように、上記実施例の電気制
御装置40によれば、エンコーダを利用しないでも、磁
極位置センサ23a〜23cの出力によりブラシレスモ
ータ15の回転が制御されるとともに、その発生トルク
もトルク指令信号により表された値に制御されるので、
温度が高い環境下でもブラシレスモータ15も回転制御
が可能となる。
【0024】なお、上記実施例においては、本発明を車
両のパワーステアリング装置に適用した例を示したが、
本発明はブラシレスモータの発生トルクを制御するもの
であれば、ロボット、工作機械などの他の装置にも適用
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】  本発明を車両のパワーステアリング装置に
適用した実施例の概略図である。
【図2】  図1のブラシレスモータ、トルク指令信号
発生装置及び電気制御装置の配線状態を示すブロック図
である。
【図3】  図1のブラシレスモータの固定子、回転子
及び磁極位置センサの位置関係を示す説明図である。
【図4】  図1のトルク指令信号発生装置における操
舵トルクTS と変換トルクTC との関係を示すグラ
フである。
【図5】  図1のトルク指令信号発生装置における車
速Vと係数KV との関係を示すグラフである。
【図6】  ブラシレスモータの起動時に利用される磁
極信号PU,PV,PW と3相電流指令信号IU*,
IV*,IW* の波形図である。
【図7】  ブラシレスモータの起動後に利用される磁
極信号PU,PV,PW と3相電流指令信号IU*,
IV*,IW* の波形図である。
【符号の説明】
FW…前輪、11…操舵ハンドル、12…操舵軸、15
…ブラシレスモータ、15a…回転子、15b〜15d
…固定子、21…操舵トルクセンサ、23a〜23c…
磁極位置センサ、30…トルク指令信号発生装置、40
…電気制御装置、44…時間計測回路、46…クロック
信号発生器、47…アップダウンカウンタ、55…正弦
波メモリ、56…乗算器、59…電流制御回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  トルク指令信号を発生するトルク指令
    信号発生装置と組み合わせて用いられ、ブラシレスモー
    タの発生トルクを前記トルク指令信号に応じて制御する
    ブラシレスモータのための電気制御装置において、ブラ
    シレスモータの回転子の回転位置を検出して同回転位置
    を表す磁極信号を出力する磁極位置センサと、前記磁極
    信号に基づいてブラシレスモータの回転子の回転速度を
    検出する回転速度検出手段と、前記検出回転速度に応じ
    た速さでカウント値を変更して同カウンタ値をアドレス
    信号として出力するカウンタ手段と、正弦波を形成する
    ための波形データを記憶しており前記アドレス信号によ
    り読み出し制御されて前記検出回転速度に比例した周波
    数の正弦波信号を出力する正弦波メモリ手段と、前記正
    弦波信号の振幅を前記トルク指令信号に応じて比例制御
    する振幅制御回路と、前記振幅の制御された正弦波信号
    に応じたモータ電流をブラシレスモータの固定子巻線に
    流す電流制御回路とを設けたことを特徴とするブラシレ
    スモータのための電気制御装置。
JP3013752A 1991-01-11 1991-01-11 ブラシレスモータのための電気制御装置 Pending JPH04236190A (ja)

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