WO2022029949A1 - モータ制御装置、ブラシレスdcモータ、アクチュエータ及びegrバルブ装置 - Google Patents

モータ制御装置、ブラシレスdcモータ、アクチュエータ及びegrバルブ装置 Download PDF

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duty ratio
motor
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rotation position
calculation unit
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凌 粟屋
祥子 川崎
友邦 加藤
泰平 川阪
直樹 今村
敏 川村
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三菱電機株式会社
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    • 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
    • H02P25/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022Synchronous motors
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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
    • H02P23/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
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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
    • H02P29/00Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/60Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
    • H02P29/68Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive based on the temperature of a drive component or a semiconductor component

Definitions

  • the present disclosure relates to motor control devices, brushless DC motors, actuators and EGR valve devices.
  • an actuator has been used to control the opening of a valve in an automobile.
  • an actuator is used for controlling the opening degree of an EGR (Exhaust Gas Recirculation) valve, controlling the opening degree of a wastegate valve, or controlling the opening degree of a throttle valve.
  • a motor is used for such an actuator.
  • a brushless DC (Direct Current) motor is used.
  • the current value in the motor is controlled to a value in the vicinity of the predetermined value (hereinafter referred to as "maximum value") among the values less than the predetermined value.
  • the present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present disclosure is to control the current value to a value less than a predetermined value by a simple circuit configuration.
  • the motor control device uses a target rotation position acquisition unit that acquires the target rotation position of the rotor in the motor body portion and a pulse signal output by the rotation position sensor in the motor body portion to determine the rotation position of the rotor.
  • the rotation position calculation unit to be calculated, the rotation number calculation unit to calculate the rotation number of the rotor based on the rotation position, and the first duty ratio used for controlling the motor main body based on the target rotation position and the rotation position are calculated.
  • the first duty ratio calculation unit, the second duty ratio calculation unit that calculates the second duty ratio corresponding to the upper limit of the absolute value of the first duty ratio based on the linear function including the variable corresponding to the rotation speed, and the second duty ratio calculation unit.
  • the control signal corresponding to the 1st duty ratio is output, and the absolute value of the 2nd duty ratio is smaller than the absolute value of the 1st duty ratio. If it is small, it includes a control signal output unit that outputs a control signal corresponding to the second duty ratio.
  • the current value can be controlled to a value less than a predetermined value by a simple circuit configuration.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the main part of the brushless DC motor including the motor control device which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is explanatory drawing which shows the example of the pulse signal output by each magnetic sensor, and the example of the timing when the state of feeding to each phase is an on state.
  • FIG. It is explanatory drawing which shows the graph of the 2nd duty ratio corresponding to the linear function which has a positive intercept. It is explanatory drawing which shows the graph of the 2nd duty ratio corresponding to the linear function which has a negative intercept. It is explanatory drawing which shows the graph of the 2nd duty ratio calculated by the 2nd duty ratio calculation unit.
  • FIG. It is a block diagram which shows the hardware composition of the main part of the motor control device which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram which shows the other hardware composition of the main part of the motor control device which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram which shows the other hardware composition of the main part of the motor control device which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a flowchart which shows the operation of the motor control device which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a flowchart which shows the operation of the 2nd duty ratio calculation unit and the control signal output unit in the motor control apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a characteristic diagram which shows the example of the torque with respect to the rotation speed.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a main part of an actuator including a brushless DC motor including a motor control device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a main part of an EGR valve device including an actuator including a brushless DC motor including a motor control device according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part of a brushless DC motor including the motor control device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a pulse signal output by each magnetic sensor and an example of a timing in which the feeding state for each phase is on.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a main part of a brushless DC motor including the motor control device according to the first embodiment. A brushless DC motor including the motor control device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
  • the brushless DC motor 100 has a substantially cylindrical stator 1.
  • the stator 1 includes a stator core 2, an insulator 3, and a coil 4. Further, the rotor 5 is passed through the stator 1. In other words, the stator 1 is arranged on the outer peripheral portion of the rotor 5.
  • the rotor 5 includes a main magnet 6, a rotor core 7, a resin molding portion 8, and a shaft 9.
  • the main magnet 6 is arranged to face the stator 1.
  • the rotor 5 includes a sensor magnet 10.
  • the sensor magnet 10 is arranged to face the substrate 16 described later.
  • the rotor 5 is rotatably supported with respect to the stator 1 by bearings 11 and 12.
  • RA indicates the rotation axis of the rotor 5.
  • RD1 indicates the rotation direction of the rotor 5.
  • RD 2 indicates another rotation direction of the rotor 5.
  • the direction corresponding to any one of the rotation directions RD1 and RD2 may be referred to as a "normal rotation direction”.
  • the direction corresponding to any one of the rotation directions RD1 and RD2 may be referred to as a "reverse direction”. That is, the forward rotation direction is the direction corresponding to the forward rotation of the rotor 5.
  • the reverse rotation direction is the direction corresponding to the reverse rotation of the rotor 5.
  • the housing 13 and the cover 14 constitute the housing portion 15 of the brushless DC motor 100.
  • the stator 1, the rotor 5, and the bearings 11 and 12 are housed in the housing portion 15.
  • the tip portion of the shaft 9 projects to the outside of the housing portion 15.
  • the substrate 16 is housed in the housing portion 15.
  • a plurality of circuits are provided on the board 16.
  • the plurality of circuits include a control circuit (that is, a motor control device 200), a power supply circuit 21, and a drive circuit 22.
  • a plurality of sensors are provided on the substrate 16.
  • the plurality of sensors include a rotation position sensor 23 and a temperature sensor 24.
  • the power supply circuit 21 supplies electric power for operation to the motor control device 200 by using the electric power supplied by the external power supply 300. Further, the power supply circuit 21 uses the electric power supplied by the external power supply 300 to supply the electric power for operation to the rotation position sensor 23.
  • the external power supply 300 is provided outside the brushless DC motor 100.
  • the external power supply 300 is composed of, for example, an in-vehicle battery. In FIG. 1, the external power supply 300 is not shown.
  • the drive circuit 22 drives the rotor 5 by supplying a current to the coil 4 under the control of the motor control device 200 by using the electric power supplied by the external power supply 300.
  • the brushless DC motor 100 is a three-phase type.
  • the drive circuit 22 includes two switching elements SE_H and SE_L corresponding to each phase. More specifically, the drive circuit 22 includes a switching element SE_H_U corresponding to the high side of the U phase, a switching element SE_L_U corresponding to the low side of the U phase, a switching element SE_H_V corresponding to the high side of the V phase, and the low side of the V phase.
  • Each switching element SE uses a FET (Field Effect Transistor).
  • the state of the switching element SE_H_U is continuously controlled to the off state, and the state of the switching element SE_L_U is continuously controlled to the on state, so that the state of feeding to the U phase is turned on. It is a thing. Further, the state of the switching element SE_H_V is continuously controlled to the off state, and the state of the switching element SE_L_V is continuously controlled to the on state, so that the state of feeding to the V phase is turned on. be. Further, the state of the switching element SE_H_W is continuously controlled to the off state, and the state of the switching element SE_L_W is continuously controlled to the on state, so that the state of feeding to the W phase is turned on. be.
  • these states may be collectively referred to as "first on state”.
  • the switching element SE_H_U is driven by PWM (Pulse Width Modulation), and the switching element SE_L_U is driven by PWM, so that the state of power supply to the U phase is turned on.
  • the switching element SE_H_V is driven by PWM, and the switching element SE_L_V is driven by PWM, so that the state of power supply to the V phase is turned on.
  • the switching element SE_H_W is driven by PWM, and the switching element SE_L_W is driven by PWM, so that the state of power supply to the W phase is turned on.
  • these states may be collectively referred to as "second on state”.
  • FIG. 2 shows an example of the timing at which the power supply state for each phase is on.
  • the rotation position sensor 23 includes a magnetic sensor MS corresponding to each phase. That is, the rotation position sensor 23 includes a magnetic sensor MS_U corresponding to the U phase, a magnetic sensor MS_V corresponding to the V phase, and a magnetic sensor MS_W corresponding to the W phase. Each magnetic sensor MS uses a Hall IC (Integrated Circuit).
  • each magnetic sensor MS is arranged to face the rotor 5.
  • the rotor 5 is provided with the sensor magnet 10, and the sensor magnet 10 is arranged to face the substrate 16.
  • the number of magnetic poles in the sensor magnet 10 is set to the same value as the number of fields in the brushless DC motor 100.
  • the pulse signal PS is output by each magnetic sensor MS while the rotor 5 is rotating. More specifically, the pulse signal PS_U is output by the magnetic sensor MS_U. Further, the pulse signal PS_V is output by the magnetic sensor MS_V. Further, the pulse signal PS_W is output by the magnetic sensor MS_W.
  • FIG. 2 shows an example of a pulse signal PS output by each magnetic sensor MS.
  • the temperature sensor 24 uses, for example, a thermistor.
  • the temperature sensor 24 detects the temperature T in the brushless DC motor 100.
  • the main part of the brushless DC motor 100 is configured.
  • the parts of the brushless DC motor 100 excluding the motor control device 200 may be collectively referred to as a “motor body portion”. That is, the brushless DC motor 100 includes a motor control device 200 and a motor main body 400.
  • the motor control device 200 will be described with reference to FIG.
  • the parts of the motor main body 400 other than the power supply circuit 21, the drive circuit 22, the rotation position sensor 23, and the temperature sensor 24 are not shown.
  • the motor control device 200 includes a target rotation position acquisition unit 31, a rotation position calculation unit 32, a rotation number calculation unit 33, a first duty ratio calculation unit 34, a second duty ratio calculation unit 35, and a control signal output. It includes a part 36. Further, an external control device 500 is provided outside the brushless DC motor 100. The external control device 500 is configured by, for example, a higher-level ECU (Electronic Control Unit) with respect to the motor control device 200.
  • ECU Electronic Control Unit
  • the external control device 500 outputs an instruction signal to the motor control device 200.
  • the output instruction signal includes the target rotation position TRP of the rotor 5 at each time t n .
  • the target rotation position acquisition unit 31 acquires the output instruction signal. As a result, the target rotation position acquisition unit 31 acquires the target rotation position TRP of the rotor 5 at each time tn .
  • the rotation position calculation unit 32 acquires the pulse signal PS output by each magnetic sensor MS.
  • the rotation position calculation unit 32 calculates the rotation position RP of the rotor 5 at each time t n using the acquired pulse signal PS.
  • the rotation speed calculation unit 33 acquires the rotation position RP calculated by the rotation position calculation unit 32.
  • the rotation speed calculation unit 33 calculates the rotation speed (hereinafter referred to as “rotation speed”) N of the rotor 5 by using the acquired rotation position RP.
  • the rotation speed calculation unit 33 calculates the difference value ⁇ RP with respect to the rotation position RP at the previous timing (t n-1 ) for the rotation position RP at each timing (t n ).
  • the rotation speed calculation unit 33 calculates the rotation speed N at the corresponding timing (t n ) based on the calculated difference value ⁇ RP.
  • the first duty ratio calculation unit 34 has a target rotation position TRP acquired by the target rotation position acquisition unit 31, a rotation position RP calculated by the rotation position calculation unit 32, and a rotation number N calculated by the rotation number calculation unit 33. Is to get.
  • the first duty ratio calculation unit 34 uses the acquired target rotation position TRP, the acquired rotation position RP, and the acquired rotation number N to control the duty ratio of each switching element SE ( Hereinafter referred to as "first duty ratio") DR1 is calculated.
  • the first duty ratio calculation unit 34 calculates the deviation ⁇ P1 for the rotation position RP at each timing (t n ) with respect to the target rotation position TRP at the corresponding timing (t n ). Further, the first duty ratio calculation unit 34 calculates the deviation ⁇ P2 for the target rotation position TRP at each timing (t n ) with respect to the target rotation position TRP at the previous timing (t n-1 ). The first duty ratio calculation unit 34 calculates the first duty ratio DR1 by a predetermined calculation formula using the calculated deviation ⁇ P1, the calculated deviation ⁇ P2, and the acquired rotation number N.
  • the arithmetic expression is, for example, a combination of I-PD control and feedforward control (FF control).
  • the first duty ratio calculation unit 34 uses the calculated deviation ⁇ P1 as a coefficient in the integration term (I term). Further, the first duty ratio calculation unit 34 uses the acquired rotation speed N as a coefficient in the proportional term (P term). Further, the first duty ratio calculation unit 34 uses the calculated deviation ⁇ P2 as a coefficient in the feed forward term (FF term).
  • the first duty ratio DR1 is calculated. That is, the first duty ratio DR1 is calculated by the feedback of the rotation position RP.
  • the first duty ratio DR1 is set to a positive value.
  • the first duty ratio DR1 is set to a negative value.
  • the second duty ratio calculation unit 35 acquires information indicating the positive / negative of the first duty ratio DR1 calculated by the first duty ratio calculation unit 34 (hereinafter referred to as “positive / negative information”). Further, the second duty ratio calculation unit 35 acquires the rotation speed N detected by the rotation speed calculation unit 33. The second duty ratio calculation unit 35 uses the acquired positive / negative information and the acquired rotation speed N to obtain a duty ratio corresponding to the upper limit of the absolute value of the first duty ratio DR1 (hereinafter, “second duty ratio”). ".) DR2 is calculated.
  • the second duty ratio calculation unit 35 uses the linear function shown in the following equation (1) to generate the second duty ratio DR2. Is calculated.
  • the second duty ratio calculation unit 35 calculates the second duty ratio DR2 using the linear function shown in the following equation (2).
  • the linear function used for the calculation of the second duty ratio DR2 includes the variable corresponding to the rotation speed N. Further, the linear function used for the calculation of the second duty ratio DR2 includes the slope value a and the intercept value b. The positive / negative of the intercept value b is set according to the positive / negative of the first duty ratio DR1.
  • FIG. 4 shows a graph of the second duty ratio DR2 corresponding to the linear function shown in the equation (1). That is, FIG. 4 shows a graph of the second duty ratio DR2 corresponding to a linear function having a positive intercept (+ b).
  • FIG. 5 shows a graph of the second duty ratio DR2 corresponding to the linear function shown in the equation (2). That is, FIG. 5 shows a graph of the second duty ratio DR2 corresponding to a linear function having a negative intercept ( ⁇ b).
  • FIG. 6 shows a graph of the second duty ratio DR2 calculated by the second duty ratio calculation unit 35.
  • the second duty ratio calculation unit 35 sets the inclination value a as follows. Further, the second duty ratio calculation unit 35 sets the intercept value b as follows.
  • the second duty ratio calculation unit 35 acquires the temperature T in the brushless DC motor 100 from the temperature sensor 24.
  • the second duty ratio calculation unit 35 calculates the difference value ⁇ T of the acquired temperature T with respect to the predetermined reference temperature T_ref. Further, the second duty ratio calculation unit 35 acquires the power supply voltage V in the brushless DC motor 100 from the power supply circuit 21.
  • the second duty ratio calculation unit 35 calculates K by the following formula (3), and calculates the slope value a by the following formula (4).
  • ke indicates a phase-induced voltage constant.
  • indicates the temperature coefficient of magnetic force.
  • indicates a predetermined constant.
  • the second duty ratio calculation unit 35 calculates R by the following formula (5), and calculates the intercept value b by the following formula (6).
  • r indicates the phase resistance.
  • indicates the temperature coefficient of resistance.
  • i_lim indicates the phase current limit value.
  • indicates a predetermined constant.
  • the phase current limit value i_lim corresponds to the maximum allowable value for the current value i in each phase.
  • the slope value a is set to a different value according to the difference value ⁇ T, and is set to a different value according to the power supply voltage V. Further, the slope value a is set to a value corresponding to the phase-induced voltage constant ke. Further, the intercept value b is set to a different value according to the difference value ⁇ T, and is set to a different value according to the power supply voltage V. Further, the intercept value b is set to a value corresponding to the phase resistance r. Further, the intercept value b is set to a value corresponding to the phase current limit value i_lim.
  • the control signal output unit 36 acquires the first duty ratio DR1 calculated by the first duty ratio calculation unit 34 and the second duty ratio DR2 calculated by the second duty ratio calculation unit 35. ..
  • the control signal output unit 36 compares the absolute value of the acquired first duty ratio DR1 with the absolute value of the acquired second duty ratio DR2.
  • the control signal output unit 36 outputs a control signal according to the result of the comparison.
  • the output control signal is input to the corresponding switching element SE.
  • the control of the drive circuit 22 by the motor control device 200 is realized.
  • power supply to each phase is realized (see FIG. 2), and the rotor 5 is driven.
  • the control signal output unit 36 when the absolute value of the first duty ratio DR1 is smaller than the absolute value of the second duty ratio DR2, the control signal output unit 36 outputs the control signal corresponding to the first duty ratio DR1.
  • the control signal output unit 36 when the absolute value of the second duty ratio DR2 is smaller than the absolute value of the first duty ratio DR1, the control signal output unit 36 outputs the control signal corresponding to the second duty ratio DR2.
  • the second duty ratio DR2 corresponds to the upper limit of the absolute value of the first duty ratio DR1.
  • the duty ratio (hereinafter referred to as “control duty ratio”) DR corresponding to the control signal output by the control signal output unit 36 is controlled to a value less than the upper limit value.
  • the control duty ratio DR becomes a value in the region A1 shown in FIG.
  • the control duty ratio DR becomes a value in the region A2 shown in FIG.
  • the control duty ratio DR becomes a value in the region A3 shown in FIG.
  • the control duty ratio DR becomes a value in the region A4 shown in FIG.
  • the processes executed by the target rotation position acquisition unit 31 may be collectively referred to as “target rotation position acquisition process”.
  • the processes executed by the rotation position calculation unit 32 may be collectively referred to as “rotation position calculation processing”.
  • the processes executed by the rotation speed calculation unit 33 may be collectively referred to as “rotation speed calculation processing”.
  • the processes executed by the first duty ratio calculation unit 34 may be collectively referred to as “first duty ratio calculation process”.
  • the processes executed by the second duty ratio calculation unit 35 may be collectively referred to as “second duty ratio calculation process”.
  • the processes executed by the control signal output unit 36 may be collectively referred to as "control signal output process”.
  • the functions of the target rotation position acquisition unit 31 may be collectively referred to as “target rotation position acquisition function”.
  • the functions of the rotation position calculation unit 32 may be collectively referred to as “rotation position calculation function”.
  • the functions of the rotation speed calculation unit 33 may be collectively referred to as a “rotation speed calculation function”.
  • the functions of the first duty ratio calculation unit 34 may be collectively referred to as the "first duty ratio calculation function”.
  • the functions of the second duty ratio calculation unit 35 may be collectively referred to as “second duty ratio calculation function”.
  • the functions of the control signal output unit 36 may be collectively referred to as "control signal output function”.
  • the code of "F1" may be used for the target rotation position acquisition function.
  • the reference numeral of “F2” may be used for the rotation position calculation function.
  • the reference numeral of “F3” may be used for the rotation speed calculation function.
  • the reference numeral of "F4" may be used for the first duty ratio calculation function.
  • the reference numeral of "F5" may be used for the second duty ratio calculation function.
  • the code of "F6" may be used for the control signal output function.
  • the motor control device 200 has a processor 41 and a memory 42.
  • the memory 42 includes a plurality of functions (including a target rotation position acquisition function, a rotation position calculation function, a rotation number calculation function, a first duty ratio calculation function, a second duty ratio calculation function, and a control signal output function) F1 to.
  • the program corresponding to F6 is stored.
  • the processor 41 reads and executes the program stored in the memory 42. As a result, a plurality of functions F1 to F6 are realized.
  • the motor control device 200 has a processing circuit 43.
  • the processing circuit 43 executes processing corresponding to a plurality of functions F1 to F6. As a result, a plurality of functions F1 to F6 are realized.
  • the motor control device 200 includes a processor 41, a memory 42, and a processing circuit 43.
  • a program corresponding to a part of the plurality of functions F1 to F6 is stored in the memory 42.
  • the processor 41 reads and executes the program stored in the memory 42. As a result, some of these functions are realized.
  • the processing circuit 43 executes processing corresponding to the remaining functions of the plurality of functions F1 to F6. As a result, such residual functions are realized.
  • the processor 41 is composed of one or more processors.
  • a CPU Central Processing Unit
  • a GPU Graphics Processing Unit
  • a microprocessor a microprocessor
  • a microprocessor a microprocessor
  • a DSP Digital Signal Processor
  • the memory 42 is composed of one or more non-volatile memories.
  • the memory 42 is composed of one or more non-volatile memories and one or more volatile memories. That is, the memory 42 is composed of one or more memories.
  • the individual memory uses, for example, a semiconductor memory or a magnetic disk. More specifically, each volatile memory uses, for example, a RAM (Random Access Memory).
  • the individual non-volatile memory is, for example, a ROM (Read Only Memory), a flash memory, an EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), an EEPROM (Electrically Erasable Programle) drive, a solid state drive O Is.
  • the processing circuit 43 is composed of one or more digital circuits.
  • the processing circuit 43 is composed of one or more digital circuits and one or more analog circuits. That is, the processing circuit 43 is composed of one or more processing circuits.
  • the individual processing circuits are, for example, ASIC (Application Specific Integrated Circuit), PLD (Programmable Logic Device), FPGA (Field Programmable Gate Array), System LSI (Sy), and System (Sy). Is.
  • the processor 41 when the processor 41 is composed of a plurality of processors, the correspondence between the plurality of functions F1 to F6 and the plurality of processors is arbitrary. That is, each of the plurality of processors may read and execute a program corresponding to one or more corresponding functions among the plurality of functions F1 to F6. Alternatively, the processor 41 may include a dedicated processor corresponding to each of the plurality of functions F1 to F6.
  • each of the plurality of memories may store a program corresponding to one or more corresponding functions among the plurality of functions F1 to F6.
  • the memory 42 may include a dedicated memory corresponding to each of the plurality of functions F1 to F6.
  • the processing circuit 43 when the processing circuit 43 is composed of a plurality of processing circuits, the correspondence between the plurality of functions F1 to F6 and the plurality of processing circuits is arbitrary. That is, each of the plurality of processing circuits may execute processing corresponding to one or more corresponding functions among the plurality of functions F1 to F6. Alternatively, the processing circuit 43 may include a dedicated processing circuit corresponding to each of the plurality of functions F1 to F6.
  • the process shown in FIG. 10 is repeatedly executed when a predetermined condition is satisfied (for example, when the state of power supply to the brushless DC motor 100 by the external power source 300 is on).
  • the target rotation position acquisition unit 31 executes the target rotation position acquisition process (step ST1).
  • the rotation position calculation unit 32 executes the rotation position calculation process (step ST2).
  • the rotation speed calculation unit 33 executes the rotation speed calculation process (step ST3).
  • the first duty ratio calculation unit 34 executes the first duty ratio calculation process (step ST4).
  • the second duty ratio calculation unit 35 executes the second duty ratio calculation process (step ST5).
  • the control signal output unit 36 executes the control signal output process (step ST6).
  • the second duty ratio calculation unit 35 acquires the temperature T and the power supply voltage V (step ST11).
  • the temperature T is acquired from the temperature sensor 24.
  • the power supply voltage V is acquired from the power supply circuit 21.
  • the second duty ratio calculation unit 35 sets the inclination value a and the intercept value b using the temperature T and the power supply voltage V acquired in step ST11 (step ST12).
  • the inclination value a is set to a value based on the equation (3) and the equation (4).
  • the intercept value b is set to a value based on the equations (5) and (6).
  • the second duty ratio calculation unit 35 determines the positive / negative of the first duty ratio DR1 calculated in step ST4 using the positive / negative information output in step ST4 (step ST13).
  • the first duty ratio DR1 is a positive value (step ST13 “YES”)
  • the second duty ratio calculation unit 35 calculates the second duty ratio DR2 based on the equation (1) (step ST14).
  • the first duty ratio DR1 is a negative value (step ST13 “NO”)
  • the second duty ratio calculation unit 35 calculates the second duty ratio DR2 based on the equation (2) (step ST15).
  • the control signal output unit 36 compares the absolute value of the first duty ratio DR1 calculated in step ST4 with the absolute value of the second duty ratio DR2 calculated in step ST14 or step ST15 (step ST16). .. When the absolute value of the first duty ratio DR1 is smaller than the absolute value of the second duty ratio DR2 (step ST16 “YES”), the control signal output unit 36 outputs a control signal corresponding to the first duty ratio DR1 (step ST16 “YES”). Step ST17). On the other hand, when the absolute value of the second duty ratio DR2 is smaller than the absolute value of the first duty ratio DR1 (step ST16 “NO”), the control signal output unit 36 outputs a control signal corresponding to the second duty ratio DR2. (Step ST18). The control signal output in step ST17 or step ST18 is input to the corresponding switching element SE.
  • control duty ratio DR can be set to a value less than a predetermined value (more specifically, an upper limit value corresponding to the second duty ratio DR2).
  • the current value I (more specifically, the current value i in each phase) in the brushless DC motor 100 can be controlled to a value less than a predetermined value.
  • the current value I can be controlled to the maximum value by the calculation formula in the first duty ratio calculation unit 34.
  • the first duty ratio calculation unit 34 calculates the first duty ratio DR1 by the feedback of the rotation position RP. More specifically, the first duty ratio calculation unit 34 calculates the first duty ratio DR1 using the target rotation position TRP, the rotation position RP, and the rotation number N. Further, the second duty ratio calculation unit 35 calculates the second duty ratio DR2 based on a linear function including a variable corresponding to the rotation speed N. That is, in controlling the current value I to a value less than a predetermined value, it is possible to eliminate the need for feedback of the current value I. As a result, the circuit configuration in the brushless DC motor 100 can be simplified as compared with the case where the feedback of the current value I is used.
  • FIG. 12 is a characteristic diagram showing an example of the torque TR (that is, the current value I) with respect to the rotation speed N.
  • the motor control device 200 is provided on the board 16.
  • the motor control device 200 is integrally configured with the motor main body 400. This makes it unnecessary to provide the motor control device 200 outside the motor main body 400. As a result, the brushless DC motor 100 can be made compact.
  • the main magnet 6 is provided in the rotor 5, and the sensor magnet 10 is provided in the rotor 5.
  • the main magnet 6 and the sensor magnet 10 are integrally configured with the rotor 5.
  • each of the slope value a and the intercept value b is set to a different value according to the difference value ⁇ T of the temperature T with respect to the reference temperature T_ref. Further, each of the slope value a and the intercept value b is set to a different value according to the power supply voltage V. More specifically, the slope value a is set to a value based on the equation (3) and the equation (4). Further, the intercept value b is set to a value based on the equations (5) and (6). Thereby, each of the inclination value a and the intercept value b can be set to appropriate values for the fluctuation of the magnetic force and the fluctuation of the resistance caused by the fluctuation of the temperature T and the fluctuation of the power supply voltage V. In other words, the individual regions A1, A2, A3, and A4 can be set in an appropriate range for these fluctuations.
  • the brushless DC motor 100 can be driven in the forward rotation direction as well as the brushless DC motor 100 in the reverse rotation direction according to the positive / negative of the first duty ratio DR1.
  • the brushless DC motor 100 can be used for various purposes. In other words, the applications of the brushless DC motor 100 can be increased.
  • the first duty ratio calculation unit 34 may output positive / negative information to the control signal output unit 36 instead of outputting positive / negative information to the second duty ratio calculation unit 35.
  • the second duty ratio calculation unit 35 calculates the second duty ratio DR2 based on the equation (1) and also calculates the second duty ratio DR2 based on the equation (2). That is, the second duty ratio calculation unit 35 calculates two second duty ratios DR2 corresponding to each timing (t n ). The second duty ratio calculation unit 35 outputs the two calculated second duty ratio DR2s to the control signal output unit 36. The control signal output unit 36 uses the positive / negative information to select one second duty ratio DR2 corresponding to the positive / negative of the first duty ratio DR1 of the two calculated second duty ratio DR2s.
  • the control signal output unit 36 compares the absolute value of the selected second duty ratio DR2 with the absolute value of the first duty ratio DR1. When the absolute value of the selected second duty ratio DR2 is smaller than the absolute value of the first duty ratio DR1, the control signal output unit 36 outputs the control signal corresponding to the selected second duty ratio DR2. ..
  • the rotation position calculation unit 32 calculates the moving average values of the M rotation positions RP_1 to RP_M for the M rotation positions RP_1 to RP_M corresponding to the consecutive M timings (t 1 to t M ). It may be a thing.
  • the moving average value may be used for the calculation of the rotation speed N. Further, the moving average value may be used for the calculation of the first duty ratio DR1.
  • M is an integer of 2 or more.
  • the rotation speed calculation unit 33 calculates a moving average value of M rotation speeds N_1 to N_M for M rotation speeds N_1 to N_M corresponding to M consecutive timings (t 1 to t M ). It may be a thing.
  • the moving average value may be used for the calculation of the first duty ratio DR1. Further, the moving average value may be used for the calculation of the second duty ratio DR2.
  • the first duty ratio calculation unit 34 is based on M first duty ratios DR1_1 to DR1_M for M first duty ratios DR1_1 to DR1_M corresponding to M consecutive timings (t 1 to t M ). It may be the one that calculates the moving average value. In this case, the first duty ratio calculation unit 34 outputs the moving average value to the control signal output unit 36 instead of outputting the first duty ratio DR1 corresponding to each timing (t n ) to the control signal output unit 36. It may be output to.
  • the second duty ratio calculation unit 35 calculates a moving average value of M temperatures T_1 to T_M corresponding to M consecutive timings (t 1 to t M ). It may be a thing. In this case, the moving average value may be used to set the slope value a. Further, the moving average value may be used for setting the intercept value b.
  • the second duty ratio calculation unit 35 calculates the moving average value of the M power supply voltages V_1 to V_M corresponding to the continuous M timings (t 1 to t M ) by the M power supply voltages V_1 to V_M. It may be calculated. In this case, the moving average value may be used to set the slope value a. Further, the moving average value may be used for setting the intercept value b.
  • the second duty ratio calculation unit 35 uses M second duty ratios DR2_1 to DR2_M for M second duty ratios DR2_1 to DR2_M corresponding to M consecutive timings (t 1 to t M ). It may be the one that calculates the moving average value. In this case, the second duty ratio calculation unit 35 outputs the moving average value to the control signal output unit 36 instead of outputting the second duty ratio DR2 corresponding to each timing (t n ) to the control signal output unit 36. It may be output to.
  • control signal output unit 36 calculates the moving average value of the M control duty ratios DR_1 to DR_M corresponding to the consecutive M timings (t 1 to t M ) by the M control duty ratios DR_1 to DR_M. It may be calculated.
  • the control signal output unit 36 may output a control signal corresponding to the moving average value.
  • the following effects can be obtained. That is, with respect to the detection values by the individual sensors (including the rotation position sensor 23 and the temperature sensor 24), at least one of the M detection values corresponding to the consecutive M timings (t 1 to t M ). An error may occur in the detected value of. At this time, the influence of such an error can be reduced. As a result, the manipulated variable ⁇ corresponding to the control signal output by the control signal output unit 36 can be stabilized.
  • the amount of calculation in the motor control device 200 can be reduced.
  • the number of parts for calculating the moving average value in the motor control device 200 the amount of calculation in the motor control device 200 can be reduced.
  • the number of magnetic poles in the sensor magnet 10 may be set to the same value as the number of fields in the brushless DC motor 100.
  • the number of magnetic poles in the sensor magnet 10 may be set to a value that is an integral multiple of the number of fields in the brushless DC motor 100.
  • the number of magnetic poles in the sensor magnet 10 may be set to a value twice the number of fields in the brushless DC motor 100.
  • FIG. 13 shows an example of the timing in which the power supply state for each phase in this case is the on state. Further, FIG. 13 shows an example of the pulse signal PS output by each magnetic sensor MS in this case.
  • the period of the pulse signal PS output by each magnetic sensor MS can be halved as compared with the example shown in FIG.
  • the control resolution of the drive circuit 22 controlled by the motor control device 200 can be doubled.
  • the brushless DC motor 100 may be used for the actuator 600.
  • the actuator 600 includes a brushless DC motor 100 and an actuator output unit 700.
  • the actuator output unit 700 includes, for example, an output shaft mechanically connected to the shaft 9 of the rotor 5.
  • the actuator 600 is used, for example, for controlling the opening degree of the EGR valve, controlling the opening degree of the wastegate valve, or controlling the opening degree of the throttle valve.
  • the output shaft of the actuator output unit 700 is mechanically connected to the valve body of the valve.
  • the opening degree of the valve changes.
  • the opening degree of the valve is maintained.
  • the actuator output unit 700 may include a member (for example, a spring) that generates a so-called "return torque".
  • the opening degree of the valve may be controlled by the balance between the return torque generated by the member and the torque TR generated by the brushless DC motor 100.
  • the opening degree of the valve may be controlled by the balance between the torque TR in the opening direction of the valve body and the return torque in the closing direction of the valve body.
  • the actuator 600 may be the one used for the EGR valve device 800.
  • the EGR valve device 800 includes an actuator 600 and an EGR valve 900.
  • the output shaft of the actuator output unit 700 is mechanically connected to the valve body of the EGR valve 900.
  • the opening degree of the EGR valve 900 changes.
  • the opening degree of the EGR valve 900 is maintained. That is, the opening degree of the EGR valve 900 is controlled by the actuator 600.
  • the motor control device 200 uses the target rotation position acquisition unit 31 for acquiring the target rotation position TRP of the rotor 5 in the motor body 400 and the rotation position sensor 23 in the motor body 400.
  • the rotation position calculation unit 32 that calculates the rotation position RP of the rotor 5 using the output pulse signal PS, the rotation number calculation unit 33 that calculates the rotation number N of the rotor 5 based on the rotation position RP, and the target rotation.
  • the first duty ratio calculation unit 34 that calculates the first duty ratio DR1 used to control the motor body 400 based on the position TRP and rotation position RP, and a linear function that includes variables corresponding to the rotation speed N
  • the first The second duty ratio calculation unit 35 that calculates the second duty ratio DR2 corresponding to the upper limit of the absolute value of the 1 duty ratio DR1 and the absolute value of the first duty ratio DR1 are smaller than the absolute value of the second duty ratio DR2.
  • the control signal corresponding to the first duty ratio DR1 is output, and when the absolute value of the second duty ratio DR2 is smaller than the absolute value of the first duty ratio DR1, the control signal corresponding to the second duty ratio DR2 is output.
  • a control signal output unit 36 for output is provided.
  • the slope value a in the linear function is set to a different value according to the difference value ⁇ T of the temperature T in the motor main body 400 with respect to the reference temperature T_ref
  • the intercept value b in the linear function is set to the difference value ⁇ T. It is set to a different value depending on the situation. Thereby, each of the inclination value a and the intercept value b can be set to appropriate values for the fluctuation of the temperature T.
  • the slope value a in the linear function is set to a different value according to the power supply voltage V in the motor main body 400
  • the intercept value b in the linear function is set to a different value according to the power supply voltage V. It is a thing. Thereby, each of the inclination value a and the intercept value b can be set to appropriate values for the fluctuation of the power supply voltage V.
  • the slope value a in the linear function is set to a value corresponding to the phase-induced voltage constant ke in the motor main body 400. Thereby, the slope value a can be set to an appropriate value according to the phase-induced voltage constant ke.
  • the intercept value b in the linear function is set to a value corresponding to the phase current limit value i_lim in the motor main body 400.
  • the intercept value b can be set to an appropriate value according to the phase current limit value i_lim. As a result, it is possible to avoid the occurrence of overcurrent.
  • the moving average is used for the calculation of the first duty ratio DR1.
  • the manipulated variable ⁇ can be stabilized.
  • the moving average is used for the calculation of the second duty ratio DR2.
  • the manipulated variable ⁇ can be stabilized.
  • the motor control device 200 is integrally configured with the motor main body 400.
  • the motor for example, the brushless DC motor 100
  • the motor can be made compact.
  • the positive / negative of the first duty ratio DR1 is set according to the driving direction of the rotor 5, and the positive / negative of the intercept value b in the linear function is set according to the positive / negative of the first duty ratio DR1. ..
  • the applications of the motor for example, the brushless DC motor 100
  • the motor for example, the brushless DC motor 100
  • the brushless DC motor 100 includes a motor control device 200 and a motor main body 400. Thereby, the brushless DC motor 100 using the motor control device 200 can be realized.
  • the rotation position sensor 23 uses a magnetic sensor MS, a magnet (sensor magnet 10) is used to generate a pulse signal PS in the motor main body 400, and a magnetic pole in the magnet (sensor magnet 10).
  • the number is set to the same value as the field number in the motor main body 400. As a result, the pulse signal PS corresponding to each phase can be generated.
  • the rotation position sensor 23 uses a magnetic sensor MS, a magnet (sensor magnet 10) is used to generate a pulse signal PS in the motor main body 400, and a magnetic pole in the magnet (sensor magnet 10).
  • the number is set to a value that is an integral multiple of the field number in the motor main body 400.
  • the pulse signal PS corresponding to each phase can be generated.
  • the control resolution can be improved.
  • the actuator 600 includes a brushless DC motor 100. Thereby, the actuator 600 using the brushless DC motor 100 can be realized.
  • the actuator 600 is used for opening degree control of the EGR valve 900, opening degree control of the wastegate valve, or opening degree control of the throttle valve. As described above, the actuator 600 can be used for controlling the opening degree of the in-vehicle valve.
  • the EGR valve device 800 includes an actuator 600 and an EGR valve 900, and the opening degree of the EGR valve 900 is controlled by the actuator 600. Thereby, the EGR valve device 800 using the actuator 600 can be realized.
  • the motor control device can be used for, for example, a brushless DC motor.
  • the brushless DC motor according to the present disclosure can be used, for example, as an actuator.
  • the actuator according to the present disclosure can be used, for example, in an EGR valve device.
  • the EGR valve device according to the present disclosure can be used, for example, in an automobile.

Landscapes

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Abstract

モータ制御装置(200)は、モータ本体部(400)におけるロータ(5)の目標回転位置(TRP)を取得する目標回転位置取得部(31)と、モータ本体部(400)における回転位置センサ(23)により出力されたパルス信号(PS)を用いて、ロータ(5)の回転位置(RP)を演算する回転位置演算部(32)と、回転位置(RP)に基づき、ロータ(5)の回転数(N)を演算する回転数演算部(33)と、目標回転位置(TRP)及び回転位置(RP)に基づき、モータ本体部(400)の制御に用いられる第1デューティ比(DR1)を演算する第1デューティ比演算部(34)と、回転数(N)に対応する変数を含む一次関数に基づき、第1デューティ比(DR1)の絶対値の上限値に対応する第2デューティ比(DR2)を演算する第2デューティ比演算部(35)と、第1デューティ比(DR1)の絶対値が第2デューティ比(DR2)の絶対値よりも小さい場合、第1デューティ比(DR1)に対応する制御信号を出力して、第2デューティ比(DR2)の絶対値が第1デューティ比(DR1)の絶対値よりも小さい場合、第2デューティ比(DR2)に対応する制御信号を出力する制御信号出力部(36)と、を備える。

Description

モータ制御装置、ブラシレスDCモータ、アクチュエータ及びEGRバルブ装置
 本開示は、モータ制御装置、ブラシレスDCモータ、アクチュエータ及びEGRバルブ装置に関する。
 従来、自動車におけるバルブの開度制御にアクチュエータが用いられている。具体的には、例えば、EGR(Exhaust Gas Recirculation)バルブの開度制御、ウェイストゲートバルブの開度制御、又はスロットルバルブの開度制御にアクチュエータが用いられている。また、かかるアクチュエータにモータが用いられている。具体的には、例えば、ブラシレスDC(Direct Current)モータが用いられている。
特開2005-124359号公報
 モータにおける電子部品を保護する観点、及びモータにおける温度の上昇を抑制する観点から、モータにおける電流値を所定値未満の値に制御することが要求される。他方、モータにおけるトルクを大きくする観点から、モータにおける電流値を大きくすることが要求されることがある。この場合、モータにおける電流値は、所定値未満の値のうちの所定値に対する近傍の値(以下「最大限の値」という。)に制御されるのが好適である。
 かかる制御を実現するために、電流値のフィードバックを用いることが考えられる(例えば、特許文献1参照。)。しかしながら、この場合、電流値のフィードバックを実現する観点、及び当該フィードバックされた電流値に基づく演算を実行する観点から、モータにおける回路構成が複雑になる問題があった。
 本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、簡単な回路構成により電流値を所定値未満の値に制御することを目的とする。
 本開示に係るモータ制御装置は、モータ本体部におけるロータの目標回転位置を取得する目標回転位置取得部と、モータ本体部における回転位置センサにより出力されたパルス信号を用いて、ロータの回転位置を演算する回転位置演算部と、回転位置に基づき、ロータの回転数を演算する回転数演算部と、目標回転位置及び回転位置に基づき、モータ本体部の制御に用いられる第1デューティ比を演算する第1デューティ比演算部と、回転数に対応する変数を含む一次関数に基づき、第1デューティ比の絶対値の上限値に対応する第2デューティ比を演算する第2デューティ比演算部と、第1デューティ比の絶対値が第2デューティ比の絶対値よりも小さい場合、第1デューティ比に対応する制御信号を出力して、第2デューティ比の絶対値が第1デューティ比の絶対値よりも小さい場合、第2デューティ比に対応する制御信号を出力する制御信号出力部と、を備えるものである。
 本開示によれば、上記のように構成したので、簡単な回路構成により電流値を所定値未満の値に制御することができる。
実施の形態1に係るモータ制御装置を含むブラシレスDCモータの要部を示す断面図である。 個々の磁気センサにより出力されるパルス信号の例、及び各相に対する給電の状態がオン状態であるタイミングの例を示す説明図である。 実施の形態1に係るモータ制御装置を含むブラシレスDCモータの要部を示すブロック図である。 正の切片を有する一次関数に対応する第2デューティ比のグラフを示す説明図である。 負の切片を有する一次関数に対応する第2デューティ比のグラフを示す説明図である。 第2デューティ比演算部により演算される第2デューティ比のグラフを示す説明図である。 実施の形態1に係るモータ制御装置の要部のハードウェア構成を示すブロック図である。 実施の形態1に係るモータ制御装置の要部の他のハードウェア構成を示すブロック図である。 実施の形態1に係るモータ制御装置の要部の他のハードウェア構成を示すブロック図である。 実施の形態1に係るモータ制御装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態1に係るモータ制御装置における第2デューティ比演算部及び制御信号出力部の動作を示すフローチャートである。 回転数に対するトルクの例を示す特性図である。 個々の磁気センサにより出力されるパルス信号の他の例、及び各相に対する給電の状態がオン状態であるタイミングの他の例を示す説明図である。 実施の形態1に係るモータ制御装置を含むブラシレスDCモータを含むアクチュエータの要部を示すブロック図である。 実施の形態1に係るモータ制御装置を含むブラシレスDCモータを含むアクチュエータを含むEGRバルブ装置の要部を示すブロック図である。
 以下、この開示をより詳細に説明するために、この開示を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態1.
 図1は、実施の形態1に係るモータ制御装置を含むブラシレスDCモータの要部を示す断面図である。図2は、個々の磁気センサにより出力されるパルス信号の例、及び各相に対する給電の状態がオン状態であるタイミングの例を示す説明図である。図3は、実施の形態1に係るモータ制御装置を含むブラシレスDCモータの要部を示すブロック図である。図1~図3を参照して、実施の形態1に係るモータ制御装置を含むブラシレスDCモータについて説明する。
 図1に示す如く、ブラシレスDCモータ100は、略円筒状のステータ1を有するものである。ステータ1は、ステータコア2、インシュレータ3及びコイル4を含むものである。また、ステータ1にロータ5が通されている。換言すれば、ロータ5に対する外周部にステータ1が配置されている。ロータ5は、メインマグネット6、ロータコア7、樹脂成形部8及びシャフト9を含むものである。メインマグネット6は、ステータ1と対向配置されている。これに加えて、ロータ5は、センサマグネット10を含むものである。センサマグネット10は、後述する基板16と対向配置されている。ロータ5は、軸受11,12により、ステータ1に対して回動自在に支持されている。
 図中、RAは、ロータ5の回動軸を示している。また、RD1は、ロータ5の回転方向を示している。また、RD2は、ロータ5の他の回転方向を示している。以下、回転方向RD1,RD2のうちのいずれか一方に対応する方向を「正転方向」ということがある。また、回転方向RD1,RD2のうちのいずれか他方に対応する方向を「逆転方向」ということがある。すなわち、正転方向は、ロータ5の正転に対応する方向である。他方、逆転方向は、ロータ5の逆転に対応する方向である。
 ハウジング13及びカバー14により、ブラシレスDCモータ100の筐体部15が構成されている。ステータ1、ロータ5及び軸受11,12は、筐体部15に収容されている。ただし、シャフト9の先端部は、筐体部15の外部に突出している。また、筐体部15に基板16が収容されている。
 基板16に複数個の回路が設けられている。当該複数個の回路は、制御回路(すなわちモータ制御装置200)、電源回路21及び駆動回路22を含むものである。また、基板16に複数個のセンサが設けられている。当該複数個のセンサは、回転位置センサ23及び温度センサ24を含むものである。
 電源回路21は、外部電源300により供給された電力を用いて、モータ制御装置200に動作用の電力を供給するものである。また、電源回路21は、外部電源300により供給された電力を用いて、回転位置センサ23に動作用の電力を供給するものである。外部電源300は、ブラシレスDCモータ100の外部に設けられている。外部電源300は、例えば、車載用バッテリにより構成されている。図1において、外部電源300は図示を省略している。
 駆動回路22は、外部電源300により供給された電力を用いて、モータ制御装置200による制御の下、コイル4に電流を供給することによりロータ5を駆動するものである。ここで、ブラシレスDCモータ100は、三相型である。駆動回路22は、各相に対応する2個のスイッチング素子SE_H,SE_Lを含むものである。より具体的には、駆動回路22は、U相のハイサイドに対応するスイッチング素子SE_H_U、U相のローサイドに対応するスイッチング素子SE_L_U、V相のハイサイドに対応するスイッチング素子SE_H_V、V相のローサイドに対応するスイッチング素子SE_L_V、W相のハイサイドに対応するスイッチング素子SE_H_W、及びW相のローサイドに対応するスイッチング素子SE_L_Wを含むものである。個々のスイッチング素子SEは、FET(Field Effect Transistor)を用いたものである。
 第一に、スイッチング素子SE_H_Uの状態が連続的にオフ状態に制御されるとともに、スイッチング素子SE_L_Uの状態が連続的にオン状態に制御されることにより、U相に対する給電の状態がオン状態となるものである。また、スイッチング素子SE_H_Vの状態が連続的にオフ状態に制御されるとともに、スイッチング素子SE_L_Vの状態が連続的にオン状態に制御されることにより、V相に対する給電の状態がオン状態となるものである。また、スイッチング素子SE_H_Wの状態が連続的にオフ状態に制御されるとともに、スイッチング素子SE_L_Wの状態が連続的にオン状態に制御されることにより、W相に対する給電の状態がオン状態となるものである。以下、これらの状態を総称して「第1オン状態」ということがある。
 第二に、スイッチング素子SE_H_UがPWM(Pulse Width Modulation)にて駆動するとともに、スイッチング素子SE_L_UがPWMにて駆動することにより、U相に対する給電の状態がオン状態となるものである。また、スイッチング素子SE_H_VがPWMにて駆動するとともに、スイッチング素子SE_L_VがPWMにて駆動することにより、V相に対する給電の状態がオン状態となるものである。また、スイッチング素子SE_H_WがPWMにて駆動するとともに、スイッチング素子SE_L_WがPWMにて駆動することにより、W相に対する給電の状態がオン状態となるものである。以下、これらの状態を総称して「第2オン状態」ということがある。
 ロータ5の回転中、U相に対する給電の状態、V相に対する給電の状態、及びW層に対する給電の状態が順次オン状態となる。換言すれば、U相に対する給電の状態、V相に対する給電の状態、及びW層に対する給電の状態が順次オン状態となることにより、ロータ5が回転する。図2は、各相に対する給電の状態がオン状態であるタイミングの例を示している。
 回転位置センサ23は、各相に対応する磁気センサMSを含むものである。すなわち、回転位置センサ23は、U相に対応する磁気センサMS_U、V相に対応する磁気センサMS_V、及びW相に対応する磁気センサMS_Wを含むものである。個々の磁気センサMSは、ホールIC(Integrated Circuit)を用いたものである。
 ここで、個々の磁気センサMSは、ロータ5と対向配置されている。上記のとおり、ロータ5にセンサマグネット10が設けられており、センサマグネット10が基板16と対向配置されている。センサマグネット10における磁極数は、ブラシレスDCモータ100における界磁数と同一の値に設定されている。
 これにより、ロータ5の回転中、個々の磁気センサMSによりパルス信号PSが出力される。より具体的には、磁気センサMS_Uによりパルス信号PS_Uが出力される。また、磁気センサMS_Vによりパルス信号PS_Vが出力される。また、磁気センサMS_Wによりパルス信号PS_Wが出力される。図2は、個々の磁気センサMSにより出力されるパルス信号PSの例を示している。
 温度センサ24は、例えば、サーミスタを用いたものである。温度センサ24は、ブラシレスDCモータ100における温度Tを検出するものである。
 このようにして、ブラシレスDCモータ100の要部が構成されている。以下、ブラシレスDCモータ100のうちのモータ制御装置200を除く部位を総称して「モータ本体部」ということがある。すなわち、ブラシレスDCモータ100は、モータ制御装置200及びモータ本体部400を含むものである。
 以下、図3を参照して、モータ制御装置200について説明する。なお、図3において、モータ本体部400のうちの電源回路21、駆動回路22、回転位置センサ23及び温度センサ24を除く部位は図示を省略している。
 図3に示す如く、モータ制御装置200は、目標回転位置取得部31、回転位置演算部32、回転数演算部33、第1デューティ比演算部34、第2デューティ比演算部35及び制御信号出力部36を含むものである。また、ブラシレスDCモータ100の外部に外部制御装置500が設けられている。外部制御装置500は、例えば、モータ制御装置200に対する上位のECU(Electronic Control Unit)により構成されている。
 外部制御装置500は、モータ制御装置200に対する指示信号を出力するものである。当該出力された指示信号は、個々の時刻tにおけるロータ5の目標回転位置TRPを含むものである。目標回転位置取得部31は、当該出力された指示信号を取得するものである。これにより、目標回転位置取得部31は、個々の時刻tにおけるロータ5の目標回転位置TRPを取得するものである。
 回転位置演算部32は、個々の磁気センサMSにより出力されたパルス信号PSを取得するものである。回転位置演算部32は、当該取得されたパルス信号PSを用いて、個々の時刻tにおけるロータ5の回転位置RPを演算するものである。
 回転数演算部33は、回転位置演算部32により演算された回転位置RPを取得するものである。回転数演算部33は、当該取得された回転位置RPを用いて、ロータ5の回転速度(以下「回転数」という。)Nを演算するものである。
 より具体的には、回転数演算部33は、各タイミング(t)における回転位置RPについて、前タイミング(tn-1)における回転位置RPに対する差分値ΔRPを演算する。回転数演算部33は、当該演算された差分値ΔRPに基づき、対応するタイミング(t)における回転数Nを演算する。
 第1デューティ比演算部34は、目標回転位置取得部31により取得された目標回転位置TRP、回転位置演算部32により演算された回転位置RP、及び回転数演算部33により演算された回転数Nを取得するものである。第1デューティ比演算部34は、当該取得された目標回転位置TRP、当該取得された回転位置RP及び当該取得された回転数Nを用いて、個々のスイッチング素子SEの制御に用いられるデューティ比(以下「第1デューティ比」という。)DR1を演算するものである。
 すなわち、第1デューティ比演算部34は、各タイミング(t)における回転位置RPについて、対応するタイミング(t)における目標回転位置TRPに対する偏差ΔP1を演算する。また、第1デューティ比演算部34は、各タイミング(t)における目標回転位置TRPについて、前タイミング(tn-1)における目標回転位置TRPに対する偏差ΔP2を演算する。第1デューティ比演算部34は、当該演算された偏差ΔP1、当該演算された偏差ΔP2及び上記取得された回転数Nを用いて、所定の演算式により第1デューティ比DR1を演算する。
 かかる演算式は、例えば、I-PD制御及びフィードフォワード制御(FF制御)を組み合わせてなるものである。このとき、第1デューティ比演算部34は、上記演算された偏差ΔP1を積分項(I項)における係数に用いる。また、第1デューティ比演算部34は、上記取得された回転数Nを比例項(P項)における係数に用いる。また、第1デューティ比演算部34は、上記演算された偏差ΔP2をフィードフォワード項(FF項)における係数に用いる。
 このようにして、第1デューティ比DR1が演算される。すなわち、回転位置RPのフィードバックによる第1デューティ比DR1が演算される。なお、ロータ5を正転方向に駆動するとき、第1デューティ比DR1は、正の値に設定される。他方、ロータ5を逆転方向に駆動するとき、第1デューティ比DR1は、負の値に設定される。
 第2デューティ比演算部35は、第1デューティ比演算部34により演算された第1デューティ比DR1の正負を示す情報(以下「正負情報」という。)を取得するものである。また、第2デューティ比演算部35は、回転数演算部33により検出された回転数Nを取得するものである。第2デューティ比演算部35は、当該取得された正負情報及び当該取得された回転数Nを用いて、第1デューティ比DR1の絶対値の上限値に対応するデューティ比(以下「第2デューティ比」という。)DR2を演算するものである。
 より具体的には、上記演算された第1デューティ比DR1が正の値である場合、第2デューティ比演算部35は、以下の式(1)に示す一次関数を用いて第2デューティ比DR2を演算する。他方、上記演算された第1デューティ比DR1が負の値である場合、第2デューティ比演算部35は、以下の式(2)に示す一次関数を用いて第2デューティ比DR2を演算する。
 DR2=aN+b  (1)
 DR2=aN-b  (2)
 すなわち、第2デューティ比DR2の演算に用いられる一次関数は、回転数Nに対応する変数を含むものである。また、第2デューティ比DR2の演算に用いられる一次関数は、傾き値a及び切片値bを含むものである。切片値bの正負は、第1デューティ比DR1の正負に応じて設定されるものである。
 図4は、式(1)に示す一次関数に対応する第2デューティ比DR2のグラフを示している。すなわち、図4は、正の切片(+b)を有する一次関数に対応する第2デューティ比DR2のグラフを示している。他方、図5は、式(2)に示す一次関数に対応する第2デューティ比DR2のグラフを示している。すなわち、図5は、負の切片(-b)を有する一次関数に対応する第2デューティ比DR2のグラフを示している。これに対して、図6は、第2デューティ比演算部35により演算される第2デューティ比DR2のグラフを示している。
 ここで、第2デューティ比演算部35は、以下のようにして傾き値aを設定する。また、第2デューティ比演算部35は、以下のようにして切片値bを設定する。
 すなわち、第2デューティ比演算部35は、ブラシレスDCモータ100における温度Tを温度センサ24から取得する。第2デューティ比演算部35は、所定の基準温度T_refに対する当該取得された温度Tの差分値ΔTを演算する。また、第2デューティ比演算部35は、ブラシレスDCモータ100における電源電圧Vを電源回路21から取得する。
 第2デューティ比演算部35は、以下の式(3)によりKを演算して、以下の式(4)により傾き値aを演算する。ここで、keは、相誘起電圧定数を示している。αは、磁力の温度係数を示している。βは、所定の定数を示している。
 K=ke×(1+α×ΔT)  (3)
 a=K/(V×β)      (4)
 第2デューティ比演算部35は、以下の式(5)によりRを演算して、以下の式(6)により切片値bを演算する。ここで、rは、相抵抗を示している。γは、抵抗の温度係数を示している。i_limは、相電流制限値を示している。δは、所定の定数を示している。相電流制限値i_limは、各相における電流値iについて、許容される最大値に対応するものである。
 R=r×(1+γ×ΔT)     (5)
 b=R×i_lim/(V×δ)  (6)
 このように、傾き値aは、差分値ΔTに応じて異なる値に設定されるものであり、かつ、電源電圧Vに応じて異なる値に設定されるものである。また、傾き値aは、相誘起電圧定数keに応じた値に設定されるものである。また、切片値bは、差分値ΔTに応じて異なる値に設定されるものであり、かつ、電源電圧Vに応じて異なる値に設定されるものである。また、切片値bは、相抵抗rに応じた値に設定されるものである。また、切片値bは、相電流制限値i_limに応じた値に設定されるものである。
 制御信号出力部36は、第1デューティ比演算部34により演算された第1デューティ比DR1を取得するとともに、第2デューティ比演算部35により演算された第2デューティ比DR2を取得するものである。制御信号出力部36は、当該取得された第1デューティ比DR1の絶対値を当該取得された第2デューティ比DR2の絶対値と比較するものである。制御信号出力部36は、かかる比較の結果に応じた制御信号を出力するものである。当該出力された制御信号は、対応するスイッチング素子SEに入力される。これにより、モータ制御装置200による駆動回路22の制御が実現される。この結果、各相に対する給電が実現されて(図2参照)、ロータ5が駆動する。
 ここで、第1デューティ比DR1の絶対値が第2デューティ比DR2の絶対値よりも小さい場合、制御信号出力部36は、第1デューティ比DR1に対応する制御信号を出力する。他方、第2デューティ比DR2の絶対値が第1デューティ比DR1の絶対値よりも小さい場合、制御信号出力部36は、第2デューティ比DR2に対応する制御信号を出力する。これにより、上記のとおり、第2デューティ比DR2が第1デューティ比DR1の絶対値の上限値に対応するものとなる。換言すれば、制御信号出力部36により出力される制御信号に対応するデューティ比(以下「制御デューティ比」という。)DRは、かかる上限値未満の値に制御される。
 より具体的には、正転中のロータ5を正転方向に駆動するとき、制御デューティ比DRは、図6に示す領域A1内の値となる。また、逆転中のロータ5を逆転方向に駆動するとき、制御デューティ比DRは、図6に示す領域A2内の値となる。また、逆転中のロータ5を正転方向に駆動するとき、制御デューティ比DRは、図6に示す領域A3内の値となる。また、正転中のロータ5を逆転方向に駆動するとき、制御デューティ比DRは、図6に示す領域A4内の値となる。
 このようにして、モータ制御装置200の要部が構成されている。
 以下、目標回転位置取得部31により実行される処理を総称して「目標回転位置取得処理」ということがある。また、回転位置演算部32により実行される処理を総称して「回転位置演算処理」ということがある。また、回転数演算部33により実行される処理を総称して「回転数演算処理」ということがある。また、第1デューティ比演算部34により実行される処理を総称して「第1デューティ比演算処理」ということがある。また、第2デューティ比演算部35により実行される処理を総称して「第2デューティ比演算処理」ということがある。また、制御信号出力部36により実行される処理を総称して「制御信号出力処理」ということがある。
 以下、目標回転位置取得部31が有する機能を総称して「目標回転位置取得機能」ということがある。また、回転位置演算部32が有する機能を総称して「回転位置演算機能」ということがある。また、回転数演算部33が有する機能を総称して「回転数演算機能」ということがある。また、第1デューティ比演算部34が有する機能を総称して「第1デューティ比演算機能」ということがある。また、第2デューティ比演算部35が有する機能を総称して「第2デューティ比演算機能」ということがある。また、制御信号出力部36が有する機能を総称して「制御信号出力機能」ということがある。
 以下、目標回転位置取得機能に「F1」の符号を用いることがある。また、回転位置演算機能に「F2」の符号を用いることがある。また、回転数演算機能に「F3」の符号を用いることがある。また、第1デューティ比演算機能に「F4」の符号を用いることがある。また、第2デューティ比演算機能に「F5」の符号を用いることがある。また、制御信号出力機能に「F6」の符号を用いることがある。
 次に、図7~図9を参照して、モータ制御装置200の要部のハードウェア構成について説明する。
 図7に示す如く、モータ制御装置200は、プロセッサ41及びメモリ42を有するものである。メモリ42には、複数個の機能(目標回転位置取得機能、回転位置演算機能、回転数演算機能、第1デューティ比演算機能、第2デューティ比演算機能及び制御信号出力機能を含む。)F1~F6に対応するプログラムが記憶されている。プロセッサ41は、メモリ42に記憶されているプログラムを読み出して実行する。これにより、複数個の機能F1~F6が実現される。
 または、図8に示す如く、モータ制御装置200は、処理回路43を有するものである。処理回路43は、複数個の機能F1~F6に対応する処理を実行する。これにより、複数個の機能F1~F6が実現される。
 または、図9に示す如く、モータ制御装置200は、プロセッサ41、メモリ42及び処理回路43を有するものである。メモリ42には、複数個の機能F1~F6のうちの一部の機能に対応するプログラムが記憶されている。プロセッサ41は、メモリ42に記憶されているプログラムを読み出して実行する。これにより、かかる一部の機能が実現される。また、処理回路43は、複数個の機能F1~F6のうちの残余の機能に対応する処理を実行する。これにより、かかる残余の機能が実現される。
 プロセッサ41は、1個以上のプロセッサにより構成されている。個々のプロセッサは、例えば、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ又はDSP(Digital Signal Processor)を用いたものである。
 メモリ42は、1個以上の不揮発性メモリにより構成されている。または、メモリ42は、1個以上の不揮発性メモリ及び1個以上の揮発性メモリにより構成されている。すなわち、メモリ42は、1個以上のメモリにより構成されている。個々のメモリは、例えば、半導体メモリ又は磁気ディスクを用いたものである。より具体的には、個々の揮発性メモリは、例えば、RAM(Random Access Memory)を用いたものである。また、個々の不揮発性メモリは、例えば、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)、ソリッドステートドライブ又はハードディスクドライブを用いたものである。
 処理回路43は、1個以上のデジタル回路により構成されている。または、処理回路43は、1個以上のデジタル回路及び1個以上のアナログ回路により構成されている。すなわち、処理回路43は、1個以上の処理回路により構成されている。個々の処理回路は、例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、PLD(Programmable Logic Device)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、SoC(System on a Chip)又はシステムLSI(Large Scale Integration)を用いたものである。
 ここで、プロセッサ41が複数個のプロセッサにより構成されているとき、複数個の機能F1~F6と複数個のプロセッサとの対応関係は任意である。すなわち、複数個のプロセッサの各々は、複数個の機能F1~F6のうちの対応する1個以上の機能に対応するプログラムを読み出して実行するものであっても良い。または、プロセッサ41は、複数個の機能F1~F6の各々に対応する専用のプロセッサを含むものであっても良い。
 また、メモリ42が複数個のメモリにより構成されているとき、複数個の機能F1~F6と複数個のメモリとの対応関係は任意である。すなわち、複数個のメモリの各々は、複数個の機能F1~F6のうちの対応する1個以上の機能に対応するプログラムを記憶するものであっても良い。または、メモリ42は、複数個の機能F1~F6の各々に対応する専用のメモリを含むものであっても良い。
 また、処理回路43が複数個の処理回路により構成されているとき、複数個の機能F1~F6と複数個の処理回路との対応関係は任意である。すなわち、複数個の処理回路の各々は、複数個の機能F1~F6のうちの対応する1個以上の機能に対応する処理を実行するものであっても良い。または、処理回路43は、複数個の機能F1~F6の各々に対応する専用の処理回路を含むものであっても良い。
 次に、図10に示すフローチャートを参照して、モータ制御装置200の動作について説明する。図10に示す処理は、所定の条件が満たされているとき(例えば外部電源300によるブラシレスDCモータ100に対する給電の状態がオン状態であるとき)、繰り返し実行される。
 まず、目標回転位置取得部31が目標回転位置取得処理を実行する(ステップST1)。次いで、回転位置演算部32が回転位置演算処理を実行する(ステップST2)。次いで、回転数演算部33が回転数演算処理を実行する(ステップST3)。次いで、第1デューティ比演算部34が第1デューティ比演算処理を実行する(ステップST4)。次いで、第2デューティ比演算部35が第2デューティ比演算処理を実行する(ステップST5)。次いで、制御信号出力部36が制御信号出力処理を実行する(ステップST6)。
 次に、図11に示すフローチャートを参照して、第2デューティ比演算部35及び制御信号出力部36の動作について説明する。すなわち、ステップST5,ST6にて実行される処理について説明する。
 まず、第2デューティ比演算部35は、温度T及び電源電圧Vを取得する(ステップST11)。温度Tは、温度センサ24から取得される。電源電圧Vは、電源回路21から取得される。
 次いで、第2デューティ比演算部35は、ステップST11にて取得された温度T及び電源電圧Vを用いて、傾き値a及び切片値bを設定する(ステップST12)。このとき、傾き値aは、式(3)及び式(4)に基づく値に設定される。また、切片値bは、式(5)及び式(6)に基づく値に設定される。
 次いで、第2デューティ比演算部35は、ステップST4にて出力された正負情報を用いて、ステップST4にて演算された第1デューティ比DR1の正負を判定する(ステップST13)。第1デューティ比DR1が正の値である場合(ステップST13“YES”)、第2デューティ比演算部35は、式(1)に基づき第2デューティ比DR2を演算する(ステップST14)。他方、第1デューティ比DR1が負の値である場合(ステップST13“NO”)、第2デューティ比演算部35は、式(2)に基づき第2デューティ比DR2を演算する(ステップST15)。
 次いで、制御信号出力部36は、ステップST4にて演算された第1デューティ比DR1の絶対値をステップST14又はステップST15にて演算された第2デューティ比DR2の絶対値と比較する(ステップST16)。第1デューティ比DR1の絶対値が第2デューティ比DR2の絶対値よりも小さい場合(ステップST16“YES”)、制御信号出力部36は、第1デューティ比DR1に対応する制御信号を出力する(ステップST17)。他方、第2デューティ比DR2の絶対値が第1デューティ比DR1の絶対値よりも小さい場合(ステップST16“NO”)、制御信号出力部36は、第2デューティ比DR2に対応する制御信号を出力する(ステップST18)。ステップST17又はステップST18にて出力された制御信号は、対応するスイッチング素子SEに入力される。
 次に、ブラシレスDCモータ100の効果について説明する。
 第一に、制御デューティ比DRを所定値(より具体的には第2デューティ比DR2に対応する上限値)未満の値にすることができる。これにより、ブラシレスDCモータ100における電流値I(より具体的には各相における電流値i)を所定値未満の値に制御することができる。また、第1デューティ比演算部34における演算式により、電流値Iを最大限の値に制御することもできる。
 このとき、第1デューティ比演算部34は、回転位置RPのフィードバックにより第1デューティ比DR1を演算する。より具体的には、第1デューティ比演算部34は、目標回転位置TRP、回転位置RP及び回転数Nを用いて第1デューティ比DR1を演算する。また、第2デューティ比演算部35は、回転数Nに対応する変数を含む一次関数に基づき第2デューティ比DR2を演算する。すなわち、電流値Iを所定値未満の値に制御するにあたり、電流値Iのフィードバックを不要とすることができる。これにより、電流値Iのフィードバックを用いる場合に比して、ブラシレスDCモータ100における回路構成を簡単にすることができる。
 換言すれば、電流値Iのフィードバックを用いることなく、電流値Iのフィードバックを用いた制御と同様の制御を実現することができる。具体的には、例えば、ブラシレスDCモータ100におけるトルクTR及び電流値Iを一定にしつつ、ブラシレスDCモータ100における印加電圧を変化させる制御を実現することができる。すなわち、通常、回転数Nが大きくなるにつれて、トルクTRの発生を阻害する逆起電圧が次第に大きくなるものである。これに対して、制御デューティ比DRを連続的に変化させることができるため、かかる制御を実現することができる。図12は、回転数Nに対するトルクTR(すなわち電流値I)の例を示す特性図である。
 第二に、モータ制御装置200が基板16に設けられている。換言すれば、モータ制御装置200がモータ本体部400と一体に構成されている。これにより、モータ本体部400の外部にモータ制御装置200を設けることを不要とすることができる。この結果、ブラシレスDCモータ100をコンパクトにすることができる。
 第三に、メインマグネット6がロータ5に設けられており、かつ、センサマグネット10がロータ5に設けられている。換言すれば、メインマグネット6及びセンサマグネット10がロータ5と一体に構成されている。これにより、メインマグネット6の着磁位置に対して、センサマグネット10の着磁位置のずれが発生するのを抑制することができる。この結果、実際の回転位置RPに対して、回転位置演算部32により演算される回転位置RPのずれが発生するのを抑制することができる。
 第四に、傾き値a及び切片値bの各々は、基準温度T_refに対する温度Tの差分値ΔTに応じて異なる値に設定される。また、傾き値a及び切片値bの各々は、電源電圧Vに応じて異なる値に設定される。より具体的には、傾き値aは、式(3)及び式(4)に基づく値に設定される。また、切片値bは、式(5)及び式(6)に基づく値に設定される。これにより、温度Tの変動及び電源電圧Vの変動に起因する磁力の変動及び抵抗の変動に対して、傾き値a及び切片値bの各々を適切な値に設定することができる。換言すれば、これらの変動に対して、個々の領域A1,A2,A3,A4を適切な範囲に設定することができる。
 第五に、第1デューティ比DR1の正負に応じて、ブラシレスDCモータ100を正転方向に駆動することができるのはもちろんのこと、ブラシレスDCモータ100を逆転方向に駆動することもできる。これにより、ブラシレスDCモータ100を種々の用途に用いることができる。換言すれば、ブラシレスDCモータ100の用途を増やすことができる。
 次に、ブラシレスDCモータ100の変形例について説明する。
 第1デューティ比演算部34は、正負情報を第2デューティ比演算部35に出力するのに代えて、正負情報を制御信号出力部36に出力するものであっても良い。
 この場合、第2デューティ比演算部35は、式(1)に基づく第2デューティ比DR2を演算するとともに、式(2)に基づく第2デューティ比DR2を演算する。すなわち、第2デューティ比演算部35は、各タイミング(t)に対応する2個の第2デューティ比DR2を演算する。第2デューティ比演算部35は、当該演算された2個の第2デューティ比DR2を制御信号出力部36に出力する。制御信号出力部36は、正負情報を用いて、当該演算された2個の第2デューティ比DR2のうちの第1デューティ比DR1の正負に対応する1個の第2デューティ比DR2を選択する。
 制御信号出力部36は、上記選択された第2デューティ比DR2の絶対値を第1デューティ比DR1の絶対値と比較する。上記選択された第2デューティ比DR2の絶対値が第1デューティ比DR1の絶対値よりも小さい場合、制御信号出力部36は、上記選択された第2デューティ比DR2に対応する制御信号を出力する。
 次に、ブラシレスDCモータ100の他の変形例について説明する。
 回転位置演算部32における回転位置RPの演算、回転数演算部33における回転数Nの演算、第1デューティ比演算部34における第1デューティ比DR1の演算、第2デューティ比演算部35における温度Tの取得、第2デューティ比演算部35における電源電圧Vの取得、及び第2デューティ比演算部35における第2デューティ比DR2の演算のうちの少なくとも一つにおいて、移動平均が用いられるものであっても良い。
 すなわち、回転位置演算部32は、連続するM個のタイミング(t~t)に対応するM個の回転位置RP_1~RP_Mについて、M個の回転位置RP_1~RP_Mによる移動平均値を演算するものであっても良い。この場合、かかる移動平均値が回転数Nの演算に用いられるものであっても良い。また、かかる移動平均値が第1デューティ比DR1の演算に用いられるものであっても良い。ここで、Mは、2以上の整数である。
 また、回転数演算部33は、連続するM個のタイミング(t~t)に対応するM個の回転数N_1~N_Mについて、M個の回転数N_1~N_Mによる移動平均値を演算するものであっても良い。この場合、かかる移動平均値が第1デューティ比DR1の演算に用いられるものであっても良い。また、かかる移動平均値が第2デューティ比DR2の演算に用いられるものであっても良い。
 また、第1デューティ比演算部34は、連続するM個のタイミング(t~t)に対応するM個の第1デューティ比DR1_1~DR1_Mについて、M個の第1デューティ比DR1_1~DR1_Mによる移動平均値を演算するものであっても良い。この場合、第1デューティ比演算部34は、各タイミング(t)に対応する第1デューティ比DR1を制御信号出力部36に出力するのに代えて、かかる移動平均値を制御信号出力部36に出力するものであっても良い。
 また、第2デューティ比演算部35は、連続するM個のタイミング(t~t)に対応するM個の温度T_1~T_Mについて、M個の温度T_1~T_Mによる移動平均値を演算するものであっても良い。この場合、かかる移動平均値が傾き値aの設定に用いられるものであっても良い。また、かかる移動平均値が切片値bの設定に用いられるものであっても良い。
 また、第2デューティ比演算部35は、連続するM個のタイミング(t~t)に対応するM個の電源電圧V_1~V_Mについて、M個の電源電圧V_1~V_Mによる移動平均値を演算するものであっても良い。この場合、かかる移動平均値が傾き値aの設定に用いられるものであっても良い。また、かかる移動平均値が切片値bの設定に用いられるものであっても良い。
 また、第2デューティ比演算部35は、連続するM個のタイミング(t~t)に対応するM個の第2デューティ比DR2_1~DR2_Mについて、M個の第2デューティ比DR2_1~DR2_Mによる移動平均値を演算するものであっても良い。この場合、第2デューティ比演算部35は、各タイミング(t)に対応する第2デューティ比DR2を制御信号出力部36に出力するのに代えて、かかる移動平均値を制御信号出力部36に出力するものであっても良い。
 または、制御信号出力部36は、連続するM個のタイミング(t~t)に対応するM個の制御デューティ比DR_1~DR_Mについて、M個の制御デューティ比DR_1~DR_Mによる移動平均値を演算するものであっても良い。制御信号出力部36は、かかる移動平均値に対応する制御信号を出力するものであっても良い。
 これらの移動平均値を用いることにより、以下のような効果を得ることができる。すなわち、個々のセンサ(回転位置センサ23及び温度センサ24を含む。)による検出値について、連続するM個のタイミング(t~t)に対応するM個の検出値のうちの少なくとも1個の検出値に誤差が発生することがある。このとき、かかる誤差の影響を低減することができる。この結果、制御信号出力部36により出力される制御信号に対応する操作量θを安定させることができる。
 他方、これらの移動平均値を用いないことにより、モータ制御装置200における演算量を低減することができる。換言すれば、モータ制御装置200における移動平均値を演算する部位の個数を低減することにより、モータ制御装置200における演算量を低減することができる。特に、上記のような誤差の発生確率が低いパラメータについては、移動平均値を用いないのが好適である。
 次に、ブラシレスDCモータ100の他の変形例について説明する。
 上記のとおり、センサマグネット10における磁極数は、ブラシレスDCモータ100における界磁数と同一の値に設定されているものであっても良い。これに対して、センサマグネット10における磁極数は、ブラシレスDCモータ100における界磁数に対する整数倍の値に設定されているものであっても良い。
 具体的には、例えば、センサマグネット10における磁極数は、ブラシレスDCモータ100における界磁数に対する2倍の値に設定されているものであっても良い。図13は、この場合における各相に対する給電の状態がオン状態であるタイミングの例を示している。また、図13は、この場合における個々の磁気センサMSにより出力されるパルス信号PSの例を示している。
 これにより、図2に示す例に比して、個々の磁気センサMSにより出力されるパルス信号PSの周期を1/2にすることができる。この結果、モータ制御装置200による駆動回路22の制御について、制御分解能を2倍に向上することができる。
 次に、ブラシレスDCモータ100の用途の具体例について説明する。
 図14に示す如く、ブラシレスDCモータ100は、アクチュエータ600に用いられるものであっても良い。アクチュエータ600は、ブラシレスDCモータ100及びアクチュエータ出力部700を含むものである。アクチュエータ出力部700は、例えば、ロータ5のシャフト9と機械的に接続された出力軸を含むものである。
 アクチュエータ600は、例えば、EGRバルブの開度制御、ウェイストゲートバルブの開度制御、又はスロットルバルブの開度制御に用いられるものである。この場合、アクチュエータ出力部700の出力軸は、かかるバルブの弁体と機械的に接続される。ロータ5が回転することにより、かかるバルブの開度が変化する。他方、ロータ5の回転位置RPが維持されることにより、かかるバルブの開度が維持される。
 ここで、アクチュエータ出力部700は、いわゆる「リターントルク」を発生させる部材(例えばスプリング)を含むものであっても良い。この場合、かかる部材により発生するリターントルクとブラシレスDCモータ100により発生するトルクTRとのバランスにより、かかるバルブの開度が制御されるものであっても良い。具体的には、例えば、弁体の開方向に対するトルクTRと弁体の閉方向に対するリターントルクとのバランスにより、かかるバルブの開度が制御されるものであっても良い。
 次に、アクチュエータ600の用途の具体例について説明する。
 図15に示す如く、アクチュエータ600は、EGRバルブ装置800に用いられるものであっても良い。EGRバルブ装置800は、アクチュエータ600及びEGRバルブ900を含むものである。アクチュエータ出力部700の出力軸は、EGRバルブ900の弁体と機械的に接続されている。ロータ5が回転することにより、EGRバルブ900の開度が変化する。他方、ロータ5の回転位置RPが維持されることにより、EGRバルブ900の開度が維持される。すなわち、アクチュエータ600によりEGRバルブ900の開度が制御される。
 以上のように、実施の形態1に係るモータ制御装置200は、モータ本体部400におけるロータ5の目標回転位置TRPを取得する目標回転位置取得部31と、モータ本体部400における回転位置センサ23により出力されたパルス信号PSを用いて、ロータ5の回転位置RPを演算する回転位置演算部32と、回転位置RPに基づき、ロータ5の回転数Nを演算する回転数演算部33と、目標回転位置TRP及び回転位置RPに基づき、モータ本体部400の制御に用いられる第1デューティ比DR1を演算する第1デューティ比演算部34と、回転数Nに対応する変数を含む一次関数に基づき、第1デューティ比DR1の絶対値の上限値に対応する第2デューティ比DR2を演算する第2デューティ比演算部35と、第1デューティ比DR1の絶対値が第2デューティ比DR2の絶対値よりも小さい場合、第1デューティ比DR1に対応する制御信号を出力して、第2デューティ比DR2の絶対値が第1デューティ比DR1の絶対値よりも小さい場合、第2デューティ比DR2に対応する制御信号を出力する制御信号出力部36と、を備える。これにより、モータ(例えばブラシレスDCモータ100)における電流値Iを所定値未満の値に制御するにあたり、電流値Iのフィードバックを不要とすることができる。この結果、かかるモータにおける回路構成を簡単にすることができる。また、制御デューティ比DRを連続的に変化させることができる。
 また、一次関数における傾き値aは、基準温度T_refに対するモータ本体部400における温度Tの差分値ΔTに応じて異なる値に設定されるものであり、一次関数における切片値bは、差分値ΔTに応じて異なる値に設定されるものである。これにより、温度Tの変動に対して、傾き値a及び切片値bの各々を適切な値に設定することができる。
 また、一次関数における傾き値aは、モータ本体部400における電源電圧Vに応じて異なる値に設定されるものであり、一次関数における切片値bは、電源電圧Vに応じて異なる値に設定されるものである。これにより、電源電圧Vの変動に対して、傾き値a及び切片値bの各々を適切な値に設定することができる。
 また、一次関数における傾き値aは、モータ本体部400における相誘起電圧定数keに応じた値に設定されるものである。これにより、相誘起電圧定数keに応じて、傾き値aを適切な値に設定することができる。
 また、一次関数における切片値bは、モータ本体部400における相電流制限値i_limに応じた値に設定されるものである。これにより、相電流制限値i_limに応じて、切片値bを適切な値に設定することができる。この結果、過電流の発生を回避することができる。
 また、第1デューティ比DR1の演算に移動平均が用いられるものである。これにより、操作量θを安定させることができる。
 また、第2デューティ比DR2の演算に移動平均が用いられるものである。これにより、操作量θを安定させることができる。
 また、モータ制御装置200は、モータ本体部400と一体に構成されている。これにより、モータ(例えばブラシレスDCモータ100)をコンパクトにすることができる。
 また、ロータ5の駆動方向に応じて第1デューティ比DR1の正負が設定されるものであり、第1デューティ比DR1の正負に応じて一次関数における切片値bの正負が設定されるものである。これにより、ロータ5を正転方向に駆動することができるのはもちろんのこと、ロータ5を逆転方向に駆動することもできる。この結果、モータ(例えばブラシレスDCモータ100)の用途を増やすことができる。
 また、実施の形態1に係るブラシレスDCモータ100は、モータ制御装置200と、モータ本体部400と、を備える。これにより、モータ制御装置200を用いたブラシレスDCモータ100を実現することができる。
 また、回転位置センサ23は、磁気センサMSを用いたものであり、モータ本体部400におけるパルス信号PSの生成に磁石(センサマグネット10)が用いられるものであり、磁石(センサマグネット10)における磁極数は、モータ本体部400における界磁数と同一の値に設定されている。これにより、各相に対応するパルス信号PSを生成することができる。
 また、回転位置センサ23は、磁気センサMSを用いたものであり、モータ本体部400におけるパルス信号PSの生成に磁石(センサマグネット10)が用いられるものであり、磁石(センサマグネット10)における磁極数は、モータ本体部400における界磁数に対する整数倍の値に設定されている。これにより、各相に対応するパルス信号PSを生成することができる。また、制御分解能を向上することができる。
 また、実施の形態1に係るアクチュエータ600は、ブラシレスDCモータ100を備える。これにより、ブラシレスDCモータ100を用いたアクチュエータ600を実現することができる。
 また、アクチュエータ600は、EGRバルブ900の開度制御、ウェイストゲートバルブの開度制御、又はスロットルバルブの開度制御に用いられるものである。このように、アクチュエータ600は、車載用バルブの開度制御に用いることができる。
 また、実施の形態1に係るEGRバルブ装置800は、アクチュエータ600と、EGRバルブ900と、を備え、EGRバルブ900の開度がアクチュエータ600により制御されるものである。これにより、アクチュエータ600を用いたEGRバルブ装置800を実現することができる。
 なお、本願開示はその開示の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
 本開示に係るモータ制御装置は、例えば、ブラシレスDCモータに用いることができる。本開示に係るブラシレスDCモータは、例えば、アクチュエータに用いることができる。本開示に係るアクチュエータは、例えば、EGRバルブ装置に用いることができる。本開示に係るEGRバルブ装置は、例えば、自動車に用いることができる。
 1 ステータ、2 ステータコア、3 インシュレータ、4 コイル、5 ロータ、6 メインマグネット、7 ロータコア、8 樹脂成形部、9 シャフト、10 センサマグネット、11 軸受、12 軸受、13 ハウジング、14 カバー、15 筐体部、16 基板、21 電源回路、22 駆動回路、23 回転位置センサ、24 温度センサ、31 目標回転位置取得部、32 回転位置演算部、33 回転数演算部、34 第1デューティ比演算部、35 第2デューティ比演算部、36 制御信号出力部、41 プロセッサ、42 メモリ、43 処理回路、100 ブラシレスDCモータ、200 モータ制御装置、300 外部電源、400 モータ本体部、500 外部制御装置、600 アクチュエータ、700 アクチュエータ出力部、800 EGRバルブ装置、900 EGRバルブ。

Claims (15)

  1.  モータ本体部におけるロータの目標回転位置を取得する目標回転位置取得部と、
     前記モータ本体部における回転位置センサにより出力されたパルス信号を用いて、前記ロータの回転位置を演算する回転位置演算部と、
     前記回転位置に基づき、前記ロータの回転数を演算する回転数演算部と、
     前記目標回転位置及び前記回転位置に基づき、前記モータ本体部の制御に用いられる第1デューティ比を演算する第1デューティ比演算部と、
     前記回転数に対応する変数を含む一次関数に基づき、前記第1デューティ比の絶対値の上限値に対応する第2デューティ比を演算する第2デューティ比演算部と、
     前記第1デューティ比の絶対値が前記第2デューティ比の絶対値よりも小さい場合、前記第1デューティ比に対応する制御信号を出力して、前記第2デューティ比の絶対値が前記第1デューティ比の絶対値よりも小さい場合、前記第2デューティ比に対応する前記制御信号を出力する制御信号出力部と、
     を備えるモータ制御装置。
  2.  前記一次関数における傾き値は、基準温度に対する前記モータ本体部における温度の差分値に応じて異なる値に設定されるものであり、
     前記一次関数における切片値は、前記差分値に応じて異なる値に設定されるものである
     ことを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
  3.  前記一次関数における傾き値は、前記モータ本体部における電源電圧に応じて異なる値に設定されるものであり、
     前記一次関数における切片値は、前記電源電圧に応じて異なる値に設定されるものである
     ことを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
  4.  前記一次関数における傾き値は、前記モータ本体部における相誘起電圧定数に応じた値に設定されるものであることを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
  5.  前記一次関数における切片値は、前記モータ本体部における相電流制限値に応じた値に設定されるものであることを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
  6.  前記第1デューティ比の演算に移動平均が用いられるものであることを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
  7.  前記第2デューティ比の演算に移動平均が用いられるものであることを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
  8.  前記モータ本体部と一体に構成されていることを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
  9.  前記ロータの駆動方向に応じて前記第1デューティ比の正負が設定されるものであり、
     前記第1デューティ比の正負に応じて前記一次関数における切片値の正負が設定されるものである
     ことを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
  10.  請求項1記載のモータ制御装置と、
     前記モータ本体部と、
     を備えるブラシレスDCモータ。
  11.  前記回転位置センサは、磁気センサを用いたものであり、
     前記モータ本体部における前記パルス信号の生成に磁石が用いられるものであり、
     前記磁石における磁極数は、前記モータ本体部における界磁数と同一の値に設定されている
     ことを特徴とする請求項10記載のブラシレスDCモータ。
  12.  前記回転位置センサは、磁気センサを用いたものであり、
     前記モータ本体部における前記パルス信号の生成に磁石が用いられるものであり、
     前記磁石における磁極数は、前記モータ本体部における界磁数に対する整数倍の値に設定されている
     ことを特徴とする請求項10記載のブラシレスDCモータ。
  13.  請求項10記載のブラシレスDCモータを備えるアクチュエータ。
  14.  EGRバルブの開度制御、ウェイストゲートバルブの開度制御、又はスロットルバルブの開度制御に用いられるものであることを特徴とする請求項13記載のアクチュエータ。
  15.  請求項13記載のアクチュエータと、
     EGRバルブと、を備え、
     前記EGRバルブの開度が前記アクチュエータにより制御されるものである
     ことを特徴とするEGRバルブ装置。
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