特許第5998434号(P5998434)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特許5998434ブラシレスDCモータのセンサレス制御装置
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5998434
(24)【登録日】2016年9月9日
(45)【発行日】2016年9月28日
(54)【発明の名称】ブラシレスDCモータのセンサレス制御装置
(51)【国際特許分類】
   H02P 6/21 20160101AFI20160915BHJP
【FI】
   H02P6/21
【請求項の数】2
【全頁数】8
(21)【出願番号】特願2011-139501(P2011-139501)
(22)【出願日】2011年6月23日
(65)【公開番号】特開2013-9489(P2013-9489A)
(43)【公開日】2013年1月10日
【審査請求日】2014年5月19日
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】000001247
【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト
(74)【代理人】
【識別番号】100079038
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邉 彰
(74)【代理人】
【識別番号】100106091
【弁理士】
【氏名又は名称】松村 直都
(74)【代理人】
【識別番号】100060874
【弁理士】
【氏名又は名称】岸本 瑛之助
(72)【発明者】
【氏名】三浦 悠一
(72)【発明者】
【氏名】獅子原 祐樹
(72)【発明者】
【氏名】尾▲崎▼ 大輔
【審査官】 上野 力
(56)【参考文献】
【文献】 特開平09−079670(JP,A)
【文献】 特開2010−045941(JP,A)
【文献】 特開2009−195015(JP,A)
【文献】 特開2009−178019(JP,A)
【文献】 特開2007−037352(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02P 6/21
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
起動時に強制転流モードとしてブラシレスDCモータを回転させ、ロータ位置が検出可能となった場合に、センサレス制御モードに移行するブラシレスDCモータのセンサレス制御装置において、
強制転流モードは、所定回転数から始めて所定上昇幅で回転数を増加するとともに、前記所定上昇幅で増加した回転数における強制転流時間を、当該増加した回転数の1つ前の回転数における強制転流時間よりも短くて、設定回転数に達するまで強制転流を行い、回転数が設定回転数に到達するまでをロータ位置検出禁止時間とし、
回転数が設定回転数に到達後にロータ位置の検出禁止処理が解除され、その後ロータ位置が検出可能となったときにセンサレス制御モードに移行するものとされていることを特徴とするブラシレスDCモータのセンサレス制御装置。
【請求項2】
油の吸入および吐出を行うポンプを駆動するブラシレスDCモータを制御するものである請求項1のブラシレスDCモータのセンサレス制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、ブラシレスDCモータのセンサレス制御装置に関し、特に、油の吸入および吐出を行うポンプを駆動するのに適したブラシレスDCモータのセンサレス制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
自動車のトランスミッションには油圧ポンプにより油圧が供給されるが、省エネルギなどの観点から停車時にエンジンを停止するいわゆるアイドルストップ(アイドリングストップ)を行う自動車では、アイドルストップ時にもトランスミッションへの油圧供給を確保するために、電動油圧ポンプが使用されるようになっている。
【0003】
自動車に搭載されるポンプ駆動用電動モータとして、ブラシレスDCモータが用いられるようになっている。また、回転位置検出センサを用いずにモータを駆動するいわゆるセンサレス制御が行われている。
【0004】
ブラシレスDCモータをセンサレス制御するためには、ロータの回転位置を推定して回転位置検出センサからの回転位置信号に相当する回転位置推定信号を生成する必要がある。回転位置推定信号の推定は、一般に、モータの3相の誘起電圧を用いて行われるが、モータの起動時において、ロータが回転していないか低速で回転している間は、誘起電圧が0か低い値であるため、回転位置推定信号を生成することができない。このため、3相への通電パターンを一定周期で強制的に切り換えることにより、回転磁界を発生させて、ロータを強制的に連れ回りさせる強制転流が行われるようになっている(たとえば特許文献1参照)。
【0005】
特許文献1のセンサレス制御装置では、ブラシレスDCモータを所定回転数で回転させて、ロータ位置が検出可能かどうかを判定し、ロータ位置が可能となったときに強制転流モードからセンサレス制御モードに移行するものとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2005−278320号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上記の従来のブラシレスDCモータのセンサレス制御装置を自動車のトランスミッションの油圧ポンプ駆動用のブラシレスDCモータに適用した場合、油温が低い(油圧負荷が高い)ときには、強制転流モードからセンサレス制御モードへの移行がスムーズに行われないという問題があった。
【0008】
すなわち、従来のものでは、ロータ位置が検出されたことでセンサレス制御に移行した後、ロータ位置が検出できなくなることがあり、この場合には、センサレス制御ができなくなり、起動時に速やかに油圧を上昇させることが困難であった。
【0009】
そこで、油温が低くても検出ミスを起こさないようにするために、強制転流モードにおけるロータの回転数を高く設定することが考えられるが、そうすると、ロータが磁極変化に追従できず、脱調しやすいという問題があった。
【0010】
この発明の目的は、上記の問題を解決し、強制転流モードからセンサレス制御モードへの移行がスムーズに行われるブラシレスDCモータのセンサレス制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
この発明によるブラシレスDCモータのセンサレス制御装置は、起動時に強制転流モードとしてブラシレスDCモータを回転させ、ロータ位置が検出可能となった場合に、センサレス制御モードに移行するブラシレスDCモータのセンサレス制御装置において、強制転流モードは、所定回転数から始めて所定上昇幅で回転数を増加して設定回転数に達するまで強制転流を行い、回転数が設定回転数に到達しかつロータ位置が可能となったときにセンサレス制御モードに移行するものとされていることを特徴とするものである。
【0012】
強制転流モードは、所定回転数から始めて所定上昇幅で回転数を増加して設定回転数に達するまで強制転流を行い、回転数が設定回転数に到達しかつロータ位置が検出可能となったときにセンサレス制御モードに移行するものとされているから、強制転流開始時の回転数をモータの脱調が起こることがない所定回転数に設定することができ、また、回転数が設定回転数に到達する前に、ロータ位置が検出されることによってセンサレス制御に移行することはない。そのため、センサレス制御モードに移行後は、回転数が不足してロータ位置の検出ができなくなるという不具合が生じなくなり、強制転流モードからセンサレス制御モードへの移行がスムーズなものとなる。
【0013】
上記のブラシレスDCモータのセンサレス制御装置は、油の吸入および吐出を行うポンプを駆動するブラシレスDCモータを制御するものであることが好ましい。
【0014】
センサレス制御のブラシレスDCモータを油圧ポンプ駆動用に使用した場合、油温が低い(油圧負荷が高い)ときには、強制転流モードからセンサレス制御モードへの移行がスムーズに行われないことがあるが、上記のブラシレスDCモータのセンサレス制御装置によると、この問題が解消され、起動後の所要時間内に所要油圧に確実に到達させることができる。
【発明の効果】
【0015】
この発明のブラシレスDCモータのセンサレス制御装置によれば、上記のように、強制転流モードからセンサレス制御モードへの移行がスムーズに行われる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1図1は、この発明のブラシレスDCモータのセンサレス制御装置を示すブロック図である。
図2図2は、強制転流モードからセンサレス制御モードに移行する際のステップを示すフローチャートである。
図3図3は、強制転流モードにおける指令回転数の時間変化の様子を示すグラフである。
図4図4は、ブラシレスDCモータを油圧ポンプ駆動用に使用した場合において、時間とともに油圧がどのように変化するかを本発明による制御と従来の制御とで比較したものである。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。
【0018】
図1は、ブラシレスDCモータのセンサレス制御装置の構成を概略的に示している。
【0019】
このブラシレスDCモータのセンサレス制御装置は、自動車に搭載されて油の吸入および吐出を行うポンプ(11)を駆動するブラシレスDCモータ(1)を、自動車に搭載されたバッテリよりなる直流電源(2)を用いて、片側PWM方式で駆動するものであり、3相の相電圧に基づいてディジタル方式で各相の回転位置推定信号を生成する回転位置推定信号生成手段である回転位置推定信号生成装置(3)と、各相の回転位置推定信号に基づいてPWM方式で直流電源(2)から3相への通電を制御する通電制御手段である通電制御装置(4)とから構成されている。
【0020】
回転位置推定信号生成装置(3)は、モータ(1)のU相、V相、W相の3相の相電圧Vu、Vv、Vwに基づいて、各相の回転位置推定信号Hu、Hv、Hwを生成する。3相の相電圧Vu、Vv、Vwは、Vで総称する。3相の回転位置推定信号Hu、Hv、Hwは、Hで総称する。
【0021】
通電制御装置(4)は、通電信号生成手段(5)と、スイッチング回路(6)と、電流検出器(7)と、電流制御部(8)と、PWM駆動手段(9)と、ゲートドライブ回路(10)とから構成されている。
【0022】
通電信号生成手段(5)は、回転位置推定信号生成手段(3)により生成される回転位置推定信号Hに基づいて、各素子の通電をそれぞれ制御するための通電信号Cu+、Cu−、Cv+、Cv−、Cw+、Cw−を生成するものである。通電信号は、Cで総称する。通電信号生成手段(5)は、MPU(Micro Processing Unit)により構成されてもよいし、専用のディジタル回路により構成されてもよい。
【0023】
スイッチング回路(6)は、電源(2)からモータ(1)のU相へ通電を制御する上アームスイッチング素子(16u+)および下アームスイッチング素子(16u-)、V相へ通電を制御する上アームスイッチング素子(16v+)および下アームスイッチング素子(16v-)、W相への通電を制御する上アームスイッチング素子(16w+)および下アームスイッチング素子(16w-)を備えている。スイッチング素子は、符号(16)で総称する。
【0024】
電流検出器(7)は、電流測定回路をスイッチング回路(6)に接続してモータ電流を検出するものである。モータ(1)のU相、V相、W相のステータ巻線に流れる合計電流値が電流検出器(7)により検出されている。
【0025】
電流制御部(8)は、電流検出器(7)から検出されたモータ(1)の電流検出値Aと電流指令値Aaとを比較し、両者の大小関係に基づき、モータ(1)をPWM駆動するための電流制御信号Apwmを作成し、PWM駆動手段(9)へ送るものである。
【0026】
PWM駆動手段(9)は、与えられた通電信号Cおよび電流制御信号Apwmに基づいて、各スイッチング素子(16)に対するスイッチング素子制御信号Du+、Du−、Dv+、Dv−、Dw+、Dw−を作成し、ゲートドライブ回路(10)へ出力するものである。スイッチング素子制御信号はDで総称する。
【0027】
ゲートドライブ回路(10)は、与えられたスイッチング素子制御信号Dに基づいて、各スイッチング素子(16)をオン/オフ駆動し、モータ(1)のステータ巻線に回転磁界を発生させるものである。
【0028】
図1において、起動時には、強制転流モードとされ、起動指令が通電信号生成手段(5)に与えられる。通電信号生成手段(5)は、起動指令を受けた際にメモリ内に記憶した通電パターンをPWM駆動手段(9)へ与える。これは、モータ(1)のロータ位置に関係なく行われる。回転数の増加は、周波数を上げていくことで行われ、電流については、電流制御部(8)からの電流制御信号Apwmによるのではなく、直流電源(2)から、PWM駆動手段(9)のメモリ内に記憶した値に基づき、一定の電流が与えられる。この電流値は、モータの定格電流よりも大きい値とされる。PWM駆動手段(9)は、通電信号生成手段(5)からの通電信号Cに基づいて、各スイッチング素子(16)に対するスイッチング素子制御信号Dをゲートドライブ回路(10)に出力し、これにより、各スイッチング素子(16)がオン/オフ駆動され、モータ(1)のステータ巻線に強制転流のための回転磁界が発生する。
【0029】
強制転流を行うことで、モータ(1)のU相、V相、W相の3相の相電圧Vu、Vv、Vwが大きくなり、これに基づいて、回転位置推定信号生成手段(3)では、各相の回転位置推定信号H(Hu、Hv、Hw)が生成可能(すなわち、ロータ位置の検出が可能)となる。これにより、通電信号生成手段(5)は、回転位置推定信号生成手段(3)により生成される回転位置推定信号Hに基づいて、通電信号Cを生成する。PWM駆動手段(9)は、この通電信号Cおよび電流制御信号Apwmに基づいて、各スイッチング素子(16)に対するスイッチング素子制御信号Dを作成し、ゲートドライブ回路(10)に与える。こうして、強制転流モードからセンサレス制御モードに移行する。
【0030】
図2は、強制転流モードからセンサレス制御モードに移行する際のフローチャートを示している。
【0031】
同図において、起動指令(S1)に基づいて、強制転流モードが開始され、まず、指令回転数として、予め設定されている初期回転数(所定回転数)が与えられる(S2)。この回転数に対応する回転磁界がモータ(1)のステータ巻線に与えられることで、強制転流モードが実行される(S3)。次いで、指令回転数が設定回転数に到達しているかどうかが判定される(S4)。初期回転数<設定回転数であるので、当初はNOと判定され、指令回転数=初期回転数+上昇幅として、回転数を増加する(S5)。これにより、増加させられた指令回転数に対応する回転磁界がモータ(1)のステータ巻線に与えられる。指令回転数を上昇幅ずつ増加するステップ(S5)は、指令回転数が設定回転数に到達するまで続けられる。指令回転数=設定回転数による強制転流モードが行われると、この後の指令回転数が設定回転数に到達しているかどうかを判定するステップ(S4)で、YESと判定され、強制転流モードが終了する。この後、ロータ位置の検出禁止処理が解除され、ロータ位置が検出できるかどうかが判定され(S6)、YESと判定された場合には、センサレス制御モードに移行する(S7)。ロータ位置検出ステップ(S6)で、NOと判定された場合には、指令回転数=初期回転数とするステップ(S2)に戻って、再度強制転流モード(S3)が実行される。
【0032】
上記のフローチャートの回転数を増加するステップ(S5)では、指令回転数は、図3に示すように変化する。すなわち、回転数の上昇幅は一定であり、回転数の増加に伴って、その回転数での強制転流時間は短くなされる。上記フローチャートによると、指令回転数が設定回転数に到達しないうちは、ロータの位置を検出するステップが実施されないことから、図3にTで示す期間がロータ位置検出禁止時間となっている。これにより、設定回転数よりも低い指令回転数(図3にTで示すロータ位置検出禁止時間よりも短い時間)でセンサレス制御モードに移行することはない。したがって、回転数が低いためにロータ位置が誤検出されることが回避される。
【0033】
図4は、ポンプ(11)において、時間とともに油圧がどのように変化するかを求めたもので、一定回転数で強制転流し、ロータの回転位置が検出可能となったときにセンサレス制御に移行する従来の制御と比較している。
【0034】
従来の制御によると、油圧ポンプ(11)を駆動するモータ(1)では、油温が低い(25℃)場合、油圧負荷が高いため、実際のモータ回転数が十分な値に到達していない段階で、センサレス制御モードへ移行することがある。この場合、同図に破線で示すように、油圧が上昇し始めた後、低い値のまま変動するだけで、十分な大きさにすぐ到達しない。これは、回転数が低い状態だと、誘起電圧が低いため、同じ回転数でもロータ位置を検出できる時とできない時があるためと考えられる。強制転流モードにおける指令回転数を高く設定したとしても、実際のモータ回転数が十分な値に到達していない段階でセンサレス制御モードへ移行することを防止することはできない。
【0035】
これに対し、この発明のブラシレスDCモータのセンサレス制御装置では、上記のように、強制転流モードにおける起動回転数を少しずつ上げていく動作として、回転数が設定回転数でかつロータ位置が検出できた場合のみ、センサレス制御モードへ移行するようになっていることで、強制転流モードからセンサレスモードへの移行がスムーズなものとなっている。したがって、この発明のブラシレスDCモータのセンサレス制御装置によると、同図に実線で示すように、時間とともに、油圧が増加し、短い時間で所要の基準油圧に到達していることが分かる。なお、図4において、Tは、強制転流モードが行われている時間(図3のTと同じ時間すなわちロータ位置検出禁止時間)を示している。
【0036】
上記において、起動時間を短縮させるために有効な設定値として、初期回転数は、脱調が起こる可能性がある最小回転数よりも若干低い値に設定され、設定回転数は、これを初期回転数とすると、脱調が起こる可能性があるが、センサレス制御に移行する回転数としては好ましい値に設定される。上昇幅は、所望のロータ位置検出禁止時間Tに応じて適宜設定される。すなわち、ロータ位置検出禁止時間Tを短くして、強制転流モードからセンサレスモードへの移行時間を短くしたい場合には、上昇幅を脱調を起こさない程度に大きく設定するとよい。
【0037】
初期回転数、上昇幅および設定回転数の値は、モータごとに適宜設定され、これにより、モータが変わった場合でも、シーケンスを変更する必要がない。
【0038】
上記実施形態では、車載用電動油圧ポンプ(11)の駆動用として使用されるブラシレスDCモータ(1)について説明したが、この発明は、120度通電矩形波駆動を採用するすべてのブラシレスDCモータのセンサレス駆動装置にも適用することができる。
【0039】
なお、図1に示すブロック図において、電流制御部(8)に追加して、または、これに代えて、速度制御部を設けるようにしてもよい。速度制御部は、モータ(1)の回転子の回転速度検出値Sと外部から与えられた回転方向を含む回転速度設定値Saとを比較し、両者の大小関係に基づいて、モータ(1)をPWM駆動するための速度制御信号Spwmを作成し、PWM駆動手段(9)へ出力するものとされる。
【符号の説明】
【0040】
(1) :ブラシレスDCモータ、(11):ポンプ
図1
図2
図3
図4