JPWO2004062079A1 - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

この発明は、安価なアンプを用いてオフセット電圧の影響を除外し、高精度な電流検出を実現する電流検出装置を具備したモータ制御装置を提供することを目的とし、磁界を発生する複数相のコイルを具備し、制御因子の一つとしてこれらのコイルに流れる電流値を検出する電流検出装置を具備するモータ制御装置において、前記電流検出装置が、前記コイルに流れる電流が合流する位置に配される電流検出用抵抗（シャント抵抗）と、該電流検出用抵抗の両端に発生する電位差を差動増幅する第１のアンプと、該第１のアンプのオフセット電圧を検出する第２のアンプと、前記第１のアンプによって検出された電位差及び前記第２のアンプによって検出されたオフセット電圧に基づいて、前記コイルに流れる電流値を演算する電流値演算手段とを具備するものである。

Description

この発明は、例えばブラシレスモータのように、永久磁石を具備するロータに対して、回転磁界を発生する複数相のコイルを具備し、このコイルに流れる電流値を検出し、これを制御因子の一つとしてモータを制御するモータ制御装置に関する。

特開平６−３５１２８０号公報に開示されるモータの相電流検出装置は、それぞれの相コイルに直列に接続された相電流検出用抵抗を有し、これら相電流検出用抵抗の端子間電圧を、スイッチ素子のオン／オフ動作に同期して検出する電流検出手段を具備する。また、前記電流検出手段は、前記相電流検出抵抗からの電圧信号の高域成分を除去するローパスフィルタと、このローパスフィルタからの電圧信号を増幅する直流増幅器と、この直流増幅器からの電圧信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路からなり、このサンプルホールド回路からの出力が相電流検出信号となるものである。
特開平１１−１４６６８２号公報に開示されるブラシレスＤＣモータ駆動装置は、単電源式電流センサを用いてブラシレスＤＣモータに流れる電流検出手段を具備し、前記単電源式電流センサ及び比較器により、電流制限信号を生成することにより、駆動装置の小型化、低価格化を実現するようにしたものである。
特開２０００−２０９８８８号公報に開示されるブラシレスモータの制御装置は、シャント抵抗及び電流検出回路によってブラシレスモータの電流（モータ電流）を検出し、かつモータ電流を同期検波するものである。この引例は、電流検出回路の具体的構成について特に記載していないが、シャント抵抗両端の電位差により通過する電流の大きさを検出するものであろうことは推測できる。
しかしながら、特開平６−３５１２８０号公報に開示される発明は、それぞれの相電流を検出することから、複数の検出回路を設ける必要があるという問題点を有し、特開平１１−１４６６８２号公報に開示される発明においても、少なくとも２つの相電流を検出する必要があるため、同様の問題点を有する。
このため、特開２０００−２０９８８８号公報に開示されるように、コイル電流が合流する地点にシャント抵抗を配し、このシャント抵抗の両端の電位差を検出することによってシャント抵抗に流れる電流（負荷電流）の値を検出することが一般的となっており、これを検出する方法として、シャント抵抗の両端に発生した電位差をオペアンプによって差動増幅し、負荷電流に比例した電圧を出力する方法が知られている。
しかしながら、この方式ではオペアンプＩＣが有するオフセット電圧が加算されるため検出精度に問題が生じ、これを回避するために、オフセット電圧が調整可能なオペアンプＩＣを用いる方法、高精度のオペアンプＩＣを用いる方法がある。オフセット電圧が調整可能なオペアンプを用いた場合には、モータＡＳＳＹ工程でオフセット電圧を調整する必要が生じるため、量産に適さないという問題が生じ、高精度オペアンプを使用する場合には、価格が高くなるという問題点が生じる。
さらに、エンジンクーリングなどの車室外に使用されるモータでは、広い温度範囲への適合が求められるため、オペアンプのオフセット電圧の温度特性への影響が無視できなくなるという問題点を有する。
このため、この発明は、安価なアンプを用いてオフセット電圧の影響を除外し、高精度な電流検出を実現する電流検出装置を具備したモータ制御装置を提供することにある。

したがって、この発明は、磁界を発生する複数相のコイルを具備し、制御因子の一つとしてこれらのコイルに流れる電流値を検出する電流検出装置を具備するモータ制御装置において、前記電流検出装置が、前記コイルに流れる電流を検出する位置に配される電流検出用抵抗（シャント抵抗）と、該電流検出用抵抗の両端に発生する電位差を差動増幅する第１のアンプと、該第１のアンプのオフセット電圧を検出する第２のアンプと、前記第１のアンプによって検出された電位差及び前記第２のアンプによって検出されたオフセット電圧に基づいて、前記コイルに流れる電流値を演算する電流値演算手段とを具備することにある。
さらに、前記第１のアンプのオフセット電圧を検出する第１のオフセット電圧検出手段と、前記第１のアンプのオフセット電圧と前記第２のアンプのオフセット電圧の差分を演算し、前記電流値演算手段の演算結果に補正を加える電流値補正手段とを具備することにある。

第１図は、本発明に係るモータ制御装置の概略構成図であり、第２図は、本発明の第１の実施の形態に係る制御のフローチャート図であり、第３図は、本発明の第２の実施の形態に係る制御のフローチャート図であり、第４図は、本発明のモータ負荷電流と変換値（デジタル値）の関係を示した特性図である。

以下、この発明の実施の形態について、図面により説明する。
第１図に示すように、モータ制御装置１は、例えばブラシレスモータ等において、永久磁石が配されたロータ２に対して回転磁界を発生させるために複数のコイルＵ，Ｖ，Ｗへ適宜電流を流す制御を行うもので、複数のスイッチング素子３Ａ〜３Ｆによって構成されるスイッチング部３と、前記スイッチング素子３Ａ〜３Ｆを適宜作動させるプリドライバ部４と、このプリドライバ部４へ出力される制御信号を決定する中央演算処理装置（ＣＰＵ）５と、前記制御信号を決定するために入力される制御因子を前記ＣＰＵ５に出力する波形整形回路６と、前記コイルＵ，Ｖ，Ｗに流れる負荷電流を検出する電流検出回路７とによって少なくとも構成される。尚、前記スイッチング素子３Ａ〜３Ｂとしては、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、パワートランジスタ等がある。
また、前記波形整形回路６は、前記ロータ２の回転に同期して回転する永久磁石部８の回転による磁界を変化を検出するホール素子９からの信号に基づいて、前記ロータ２の回転状況を示す回転信号を前記ＣＰＵ５に出力する。
このように、前記ＣＰＵ５には、回転信号、負荷電流信号、さらに、ロータ２の回転速度を設定するスピード指示信号が少なくとも入力され、これに基づいてＣＰＵ５は、前記スイッチング素子３Ａ〜３Ｆに出力される制御信号のデューティ比、電圧、立ち上がり時期、終了時期、また各信号の遅延量、オーバーラップ量を演算し、これらに基づいて決定された制御信号を出力するものである。
本願発明に係る電流検出装置は、前記コイルＵ，Ｖ，Ｗに流れる電流が合流する地点に配されたシャント抵抗１０と、前記電流検出回路７と、前記ＣＰＵ５内に配された図示しない電流検出演算部によって構成される。
前記シャント抵抗１０の両端は、電流検出回路７を構成する第１のオペアンプ１１の非反転端子及び反転端子に接続され、シャント抵抗１０の両端が電位差が差動増幅されて、モータ負荷電流Ｉに比例した電圧Ｖ＿ｍｏｔｏｒＡとしてＣＰＵ５に出力される。ＣＰＵ５では、この電圧Ｖ＿ｍｏｔｏｒＡがデジタル信号Ｖ＿ｍｏｔｏｒＤに変換され、さらに、電流デジタル値Ｉ＿ｍｏｔｏｒに変換される｛Ｉ＿ｍｏｔｏｒ＝Ｃｌ・ｆ（Ｖ＿ｍｏｔｏｒ）｝。また、前記ＣＰＵ５では、前記コイルＵ，Ｖ，Ｗへ電流が流れる前に、前記第１のオペアンプのオフセット電流Ｉ＿ｏｆｆｓｅｔが、前述と同様の方法によって検出される。
第１の実施の形態において、前記電流検出演算部において実行される制御は、例えば第２図のフローチャートに示されるものである。以下、このフローチャートにしたがって説明する。
ステップ１００から開始される電流検出演算制御は、ステップ１１０において、第１のオペアンプ１１のオフセット電圧Ｖ＿ｏｆｆｓｅｔを検出し、このオフセット電圧Ｖ＿ｏｆｆｓｅｔからオフセット電流Ｉ＿ｏｆｆｓｅｔを演算し入力する。このオフセット電流Ｉ＿ｏｆｆｓｅｔが入力された後、ステップ１２０においてスピード指示信号が入力され、コイルＵ，Ｖ，Ｗに供給される初期制御信号が出力される。そして、ステップ１３０の判定においてモータが回転していない場合には、ステップ１２０に回帰してモータが回転するのを待ち、モータが回転した後、ステップ１４０において、上述した方法によって得られた電流デジタル値Ｉ＿ｍｏｔｏｒが入力される。そして、ステップ１５０において、下記する数式１に基づいてモータ負荷電流デジタル値ＲＥＡＬ＿Ｉ＿ｍｏｔｏｒが演算される。

これによって、モータ負荷電流Ｉに比例して増減するモータ負荷電流デジタル値ＲＥＡＬ＿Ｉ＿ｍｏｔｏｒを得ることができ、さらにこれに基づいて正確な制御信号の演算を行うことが可能となるものである。
したがって、第４図において示されるように、実際のモータ負荷電流Ｉに対応して第１のオペアンプ１１から出力された電圧値Ｖ＿ｍｏｔｏｒＡに基づいて、電流デジタル値Ｉ＿ｍｏｔｏｒが演算されるが、この値は、第１のオペアンプ１１のオフセット電圧Ｖ＿ｏｆｆｓｅｔに相当するオフセット電流Ｉ＿ｏｆｆｓｅｔを含むことになる。このため、前記数１に基づいて前記オフセット電流Ｉ＿ｏｆｆｓｅｔ分を除去してやることによって、実際のモータ負荷電流Ｉに比例するモータ負荷電流デジタル値ＲＥＡＬ＿Ｉ＿ｍｏｔｏｒを得ることができるものである。
第２の実施の形態において、前記電流検出演算部において実行される制御は、例えば第３図のフローチャートに示されるものである。以下、このフローチャートにしたがって説明する。尚、第１の実施の形態と同一の個所及び同一の効果を相する個所には同一の符号を付す。また、この第２の実施の形態では、オフセット電圧を検出するための第２のオペアンプ１２が設けられる。
ステップ１００から開始される第２の実施の形態に係る電流検出演算制御は、ステップ１１０において、第１のオペアンプ１１のオフセット電圧Ｖ１＿ｏｆｆｓｅｔを検出し、このオフセット電圧Ｖ１＿ｏｆｆｓｅｔから第１のオフセット電流ＯＰ１＿Ｉ＿ｏｆｆｓｅｔを演算し入力する。ステップ１１２において、第２のオペアンプ１２のオフセット電圧Ｖ２＿ｏｆｆｓｅｔを検出し、このオフセット電圧Ｖ２＿ｏｆｆｓｅｔから第２のオフセット電流ＯＰ２＿Ｉ＿ｏｆｆｓｅｔを演算し入力する。そして、ステップ１１４において、第１のオペアンプ１１と第２のオペアンプ１２の差分ΔＩ＿ｏｆｆｓｅｔが下記する数式２により演算される。

この差分ΔＩ＿ｏｆｆｓｅｔが入力された後、ステップ１２０においてスピード指示信号が入力され、コイルＵ，Ｖ，Ｗに供給される初期制御信号が出力される。そして、ステップ１３０の判定においてモータが回転していない場合には、ステップ１２０に回帰してモータが回転するのを待ち、モータが回転した後、ステップ１４０において、上述した方法によって得られた電流デジタル値Ｉ＿ｍｏｔｏｒが入力される。そして、ステップ１５０において、下記する数式３に基づいてモータ負荷電流デジタル値ＲＥＡＬ＿Ｉ＿ｍｏｔｏｒが演算される。

これによって、モータ負荷電流Ｉに比例して増減するモータ負荷電流デジタル値ＲＥＡＬ＿Ｉ＿ｍｏｔｏｒを得ることができ、さらにこれに基づいて正確な制御信号の演算を行うことが可能となるものである。
これによって、例えば、第４図に示すように、温度、時間経過に伴って変化する第１のオペアンプ１１の出力に基づいて演算されたモータ負荷電流デジタル値ＲＥＡＬ＿Ｉ＿ｍｏｔｏｒを、第１のオペアンプ１１と第２のオペアンプ１２とオフセット電流値の差分ΔＩ＿ｏｆｆｓｅｔによって補正できるため、モータ負荷電流デジタル値ＲＥＡＬ＿Ｉ＿ｍｏｔｏｒをさらに精度良く設定できるものである。

以上説明したように、この発明によれば、安価なオペアンプによって高精度のオペアンプに匹敵する精度を実現できるため、コストダウンを達成できるという効果を奏する。
また、温度特性の影響もキャンセルすることができるため、車室外に用いられるモータの制御装置として使用することが可能となるものである。

Claims (2)

1. 磁界を発生する複数相のコイルを具備し、制御因子の一つとしてこれらのコイルに流れる電流値を検出する電流検出装置を具備するモータ制御装置において、
   前記電流検出装置が、
   前記コイルに流れる電流を検出する位置に配される電流検出用抵抗と、
   該電流検出用抵抗の両端に発生する電位差を差動増幅する第１のアンプと、
   該第１のアンプのオフセット電圧を検出する第２のアンプと、
   前記第１のアンプによって検出された電位差及び前記第２のアンプによって検出されたオフセット電圧に基づいて、前記コイルに流れる電流値を演算する電流値演算手段とを具備することを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記第１のアンプのオフセット電圧を検出する第１のオフセット電圧検出手段と、
   前記第１のアンプのオフセット電圧と前記第２のアンプのオフセット電圧の差分を演算し、前記電流値演算手段の演算結果に補正を加える電流値補正手段とを具備することを特徴とする請求の範囲第１項記載のモータ制御装置。

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