特許 6962375 モータの制御装置及び記憶媒体

(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】6962375

(24)【登録日】2021年10月18日

(45)【発行日】2021年11月5日

(54)【発明の名称】モータの制御装置及び記憶媒体

(51)【国際特許分類】

   H02P 6/10 20060101AFI20211025BHJP

【ＦＩ】

   H02P6/10

【請求項の数】12

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2019-539443(P2019-539443)

(86)(22)【出願日】2018年8月24日

(86)【国際出願番号】JP2018031305

(87)【国際公開番号】WO2019044684

(87)【国際公開日】20190307

【審査請求日】2020年2月19日

(31)【優先権主張番号】特願2017-166913(P2017-166913)

(32)【優先日】2017年8月31日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000220505

【氏名又は名称】日本電産トーソク株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002723

【氏名又は名称】高法特許業務法人

(74)【代理人】

【識別番号】100137545

【弁理士】

【氏名又は名称】荒川 聡志

(74)【代理人】

【識別番号】100138689

【弁理士】

【氏名又は名称】梶原 慶

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 圭

【審査官】 島倉 理

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１５７１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０８７１６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ６／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数相のモータの駆動を制御する制御装置であって、
インバータにより、電源からの駆動電流を前記モータの各相へ供給させる制御信号を生成する信号生成部を備え、
前記インバータは、前記モータの各相に対応する複数のアームがブリッジ接続されてなり、前記各アームは直列接続された上側及び下側のスイッチング素子を備え、前記制御信号にしたがって、前記各アームの上側及び下側のスイッチング素子のオンとオフを切り替えて、前記モータの各相に交流電圧波形状の駆動電流を供給し、
前記信号生成部は、前記交流電圧波形において、前記アームの上側のスイッチング素子のみをオンの状態とする第１通電周期と、前記アームの下側のスイッチング素子のみをオンの状態とする第２通電周期とを、前記第１通電周期と前記第２通電周期の間に第３通電周期を挟んで交互に繰り返し、前記第３通電周期では、前記アームの上側及び下側のスイッチング素子のオンとオフを順に切り替え、さらにオンに切り替えたスイッチング素子の出力電圧を連続的に変化させて、前記第３通電周期において前後の第１通電周期及び第２通電周期の波形を連続させる制御信号を、前記モータの各相で前記第１〜第３通電周期の位相を異ならせて生成し、電気角の回転位置において、回転位置が一定値シフトするごとにデューティ比を一定値ずつ低下させる、
モータの制御装置。

【請求項2】

前記信号生成部は、出力電圧が０の基準点において、前記アームの上側及び下側の各スイッチング素子のうち、オンの状態にあった方をオフに切り替え、オフの状態にあった方をオンに切り替える、
請求項１に記載のモータの制御装置。

【請求項3】

前記信号生成部は、前記第３通電周期の前が前記第２通電周期である場合、前記第２通電周期においてオンの状態にあった前記アームの下側のスイッチング素子の出力電圧を、前記第３通電周期において連続的に低下させて、前記基準点に至るとオフに切り替え、さらに前記第２通電周期においてオフの状態にあった前記アームの上側のスイッチング素子をオンに切り替えて、当該スイッチング素子の出力電圧を前記基準点から連続的に上昇させる、
請求項２に記載のモータの制御装置。

【請求項4】

前記制御信号は、ＰＷＭ方式のパルス信号であり、
前記信号生成部は、前記第３通電周期において、前記アームの下側のスイッチング素子へ出力するパルス信号のデューティ比を連続的に低下させ、前記アームの上側のスイッチング素子へ出力するパルス信号のデューティ比を連続的に上昇させる、
請求項３に記載のモータの制御装置。

【請求項5】

前記信号生成部は、前記第３通電周期の前が前記第１通電周期である場合、前記第１通電周期においてオンの状態にあった前記アームの上側のスイッチング素子の出力電圧を、前記第３通電周期において連続的に低下させて前記基準点に至るとオフに切り替え、さらに前記第１通電周期においてオフの状態にあった前記アームの下側のスイッチング素子をオンに切り替えて、当該スイッチング素子の出力電圧を前記基準点から連続的に上昇させる、
請求項２〜４のいずれか一項に記載のモータの制御装置。

【請求項6】

前記制御信号は、ＰＷＭ方式のパルス信号であり、
前記信号生成部は、前記第３通電周期において、前記アームの上側のスイッチング素子へ出力するパルス信号のデューティ比を連続的に低下させ、前記アームの下側のスイッチング素子へ出力するパルス信号のデューティ比を連続的に上昇させる、
請求項５に記載のモータの制御装置。

【請求項7】

前記信号生成部は、前記モータの回転位置に応じて、前記デューティ比を決定する請求項４又は６に記載のモータの制御装置。

【請求項8】

前記第１通電周期及び前記第２通電周期は、それぞれ電気角が１２０°の周期であり、
前記第３通電周期は、電気角が６０°の周期である、
請求項１〜７のいずれか一項に記載のモータの制御装置。

【請求項9】

前記複数相は、３相である、
請求項１〜８のいずれか一項に記載のモータの制御装置。

【請求項10】

前記モータは、各相のコイルがデルタ結線されたモータである、
請求項１〜９のいずれか一項に記載のモータの制御装置。

【請求項11】

前記モータは、電動オイルポンプのモータ部である、
請求項１〜１０のいずれか一項に記載のモータの制御装置。

【請求項12】

複数相のモータの駆動を制御するコンピュータに、下記工程を実施させるプログラムが記憶されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、
インバータにより、電源からの駆動電流を前記モータの各相へ供給させる制御信号を生成する工程を含み、
前記インバータは、前記モータの各相に対応する複数のアームがブリッジ接続されてなり、前記各アームは直列接続された上側及び下側のスイッチング素子を備え、前記制御信号にしたがって、前記モータの各相に対応する前記各アームの上側及び下側のスイッチング素子のオンとオフを切り替えて、前記モータの各相に交流電圧波形状の駆動電流を供給し、
前記制御信号を生成する工程では、前記交流電圧波形において、前記アームの上側のスイッチング素子のみをオンの状態とする第１通電周期と、前記アームの下側のスイッチング素子のみをオンの状態とする第２通電周期とを、前記第１通電周期と前記第２通電周期の間に第３通電周期を挟んで交互に繰り返し、前記第３通電周期では、前記アームの上側及び下側のスイッチング素子のオンとオフを順に切り替え、さらにオンに切り替えたスイッチング素子の出力電圧を連続的に変化させて、前記第３通電周期において前後の第１通電周期及び第２通電周期の波形を連続させる制御信号を、前記モータの各相で前記第１〜第３通電周期の位相を異ならせて生成し、電気角の回転位置において、回転位置が一定値シフトするごとにデューティ比を一定値ずつ低下させる、
記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータの制御装置及び記憶媒体に関する。

【背景技術】

【0002】

３相のブラシレスモータ等を駆動するインバータは、モータの各相に対応するアームの上側及び下側の各スイッチング素子のオンとオフを切り替えて、モータの各相に交流電圧波形の駆動電流を供給する。例えば、スイッチングパルスにしたがってアーム・ブリッジ構成の複数のトランジスタのオンとオフを切り替え、モータの各相を所定の循環順序で通電する通電回路が開示される（例えば、特許文献１参照。）。

【0003】

一般的な交流電圧波形としては、方形波と正弦波が知られる。
方形波の交流電圧波形は、上側のスイッチング素子のみオンの状態とする通電周期と下側のスイッチング素子のみオンの状態とする通電周期を、いずれのスイッチング素子もオフの状態とする非通電周期を挟んで交互に繰り返す。各通電周期におけるスイッチング素子の出力電圧は一定であるため、出力電圧の計算量が少なくて済むが、通電パターンが切り替わるときの電流方向の変化が大きいため、トルクの脈動が生じやすい。

【0004】

一方、正弦波の交流電圧波形の場合、上側のスイッチング素子と下側のスイッチング素子を交互にオンに切り替え、オンに切り替えた方の出力電圧が連続的に変化する。正弦波の交流電圧波形によれば、通電パターンが切り替わるときの電流方向の変化が緩やかであり、脈動を減らすことができるが、全位相で出力電圧の計算が必要である。また、すべての相の出力電圧を並行して計算しなければならず、方形波と比べて計算量が非常に多くなる。計算に必要なコンピュータやメモリ等のハードウェアの高性能化が必要となるため、コストの増加を招く。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平５−２１９７８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、簡易な構成でモータの滑らかな回転制御を行うことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本願の例示的な第１発明は、複数相のモータの駆動を制御する制御装置であって、インバータにより、電源からの駆動電流を前記モータの各相へ供給させる制御信号を生成する信号生成部を備え、前記インバータは、前記モータの各相に対応する複数のアームがブリッジ接続されてなり、前記各アームは直列接続された上側及び下側のスイッチング素子を備え、前記制御信号にしたがって、前記各アームの上側及び下側のスイッチング素子のオンとオフを切り替えて、前記モータの各相に交流電圧波形状の駆動電流を供給し、前記信号生成部は、前記交流電圧波形において、前記アームの上側のスイッチング素子のみをオンの状態とする第１通電周期と、前記アームの下側のスイッチング素子のみをオンの状態とする第２通電周期とを、前記第１通電周期と前記第２通電周期の間に第３通電周期を挟んで交互に繰り返し、前記第３通電周期では、前記アームの上側及び下側のスイッチング素子のオンとオフを順に切り替え、さらにオンに切り替えたスイッチング素子の出力電圧を連続的に変化させて、前記第３通電周期において前後の第１通電周期及び第２通電周期の波形を連続させる制御信号を、前記モータの各相で前記第１〜第３通電周期の位相を異ならせて生成し、電気角の回転位置において、回転位置が一定値シフトするごとにデューティ比を一定値ずつ低下させる、モータの制御装置である。

【発明の効果】

【0008】

本願の例示的な第１発明によれば、簡易な構成でモータの滑らかな回転制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施の形態のモータの制御装置を備えた、電動オイルポンプの構成を示す断面図である。

【図2】図１中の駆動装置の構成を示すブロック図である。

【図3】図２中の制御装置により生成した制御信号にしたがって、インバータから供給される駆動電流の交流電圧波形を示す図である。

【図4】０〜６０°の電気角の位相におけるパルス信号を示す図である。

【図5】方形波の交流電圧波形の一例を示す図である。

【図6A】図３に示す交流電圧波形の交流電圧波形の駆動電流を供給したときの電源電圧、電源電流及びＵ相の電流の測定値を示すグラフである。

【図6B】図５に示す方形波の駆動電流を供給したときの電源電圧、電源電流及びＵ相の電流の測定値を示すグラフである。

【図7】正弦波の交流電圧波形の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るモータの制御装置及び記憶媒体について、説明する。
なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。

【0011】

また、図面においては、適宜３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。ＸＹＺ座標系において、Ｚ軸方向は、図１に示す中心軸Ｊの軸方向一方向と平行な方向とする。Ｘ軸方向は、図１に示すバスバーアッシー６０の長さ方向と平行な方向、すなわち、図１の左右方向とする。Ｙ軸方向は、バスバーアッシー６０の幅方向と平行な方向、すなわち、Ｘ軸方向とＺ軸方向との両方と直交する方向とする。

【0012】

また、以下の説明においては、Ｚ軸方向の正の側（＋Ｚ側）を「フロント側」と呼び、Ｚ軸方向の負の側（−Ｚ側）を「リア側」と呼ぶ。なお、リア側及びフロント側とは、単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係や方向を限定しない。また、特に断りのない限り、中心軸Ｊに平行な方向（Ｚ軸方向）を単に「軸方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする周方向、すなわち、中心軸Ｊの軸周り（θ方向）を単に「周方向」と呼ぶ。

【0013】

なお、本明細書において、軸方向に延びる、とは、厳密に軸方向（Ｚ軸方向）に延びる場合に加えて、軸方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。また、本明細書において、径方向に延びる、とは、厳密に径方向、すなわち、軸方向（Ｚ軸方向）に対して垂直な方向に延びる場合に加えて、径方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。

【0014】

＜電動オイルポンプ＞
図１は、本実施形態のモータの制御装置を備えた、電動オイルポンプ１０の構成を示す。
図１に示すように、電動オイルポンプ１０は、シャフト４１と、モータ部２０と、ポンプ部３０と、ハウジング１２と、モータ部２０の駆動装置１００と、を備える。シャフト４１は、軸方向に延びる中心軸Ｊを中心として回転する。モータ部２０とポンプ部３０とは、軸方向に沿って並んで設けられる。

【0015】

＜モータ＞
モータ部２０は、カバー１３と、ロータ４０と、ステータ５０と、ベアリング４２と、バスバーアッシー６０と、フロント側Ｏリング８１と、リア側Ｏリング８２と、を備える。

【0016】

ロータ４０は、シャフト４１の外周面に固定される。ステータ５０は、ロータ４０の径方向外側に位置する。すなわち、モータ部２０は、インナーロータ型のモータである。ベアリング４２は、シャフト４１を回転可能に支持する。ベアリング４２は、バスバーアッシー６０に保持される。バスバーアッシー６０は、外部電源に接続され、駆動装置１００を介してステータ５０に電源を供給する。

【0017】

＜カバー＞
カバー１３の材質は、例えば、金属である。カバー１３は、ハウジング１２のリア側（−Ｚ側）に固定され、バスバーアッシー６０のリア側（−Ｚ側）の少なくとも一部を覆う。カバー１３は、筒状部２２ａと、蓋部２２ｂと、フランジ部２４と、を備える。筒状部２２ａは、フロント側（＋Ｚ側）に開口する。蓋部２２ｂは、筒状部２２ａのリア側の端部に接続される。本実施形態において蓋部２２ｂは、平板状の形状をしている。フランジ部２４は、筒状部２２ａのフロント側の端部から径方向外側に拡がる。ハウジング１２とカバー１３とは、ハウジング１２のフランジ部１５とカバー１３のフランジ部２４とが重ね合わされて接合される。

【0018】

＜ロータ＞
ロータ４０は、ロータコア４３と、ロータマグネット４４と、を備える。ロータコア４３は、シャフト４１を軸周り（θ方向）に囲んで、シャフト４１に固定される。ロータマグネット４４は、ロータコア４３の軸周りに沿った外側面に固定される。ロータコア４３及びロータマグネット４４は、シャフト４１と一体となって回転する。ロータマグネット４４としては、永久磁石を用いる。本実施形態では、特に、吸引力と反発力が強いレアアースマグネット、例えばネオジムマグネット等を用いる。

【0019】

＜ステータ＞
ステータ５０は、ロータ４０を軸周り（θ方向）に囲み、ロータ４０を中心軸Ｊ周りに回転させる。ステータ５０は、コアバック部５１と、ティース部５２と、コイル５３と、ボビン（インシュレータ）５４と、を備える。

【0020】

コアバック部５１の形状は、シャフト４１と同心の円筒状である。ティース部５２は、コアバック部５１の内側面からシャフト４１に向かって延びている。ティース部５２は、複数設けられ、コアバック部５１の内側面の周方向に均等な間隔で配置される。コイル５３は、導電線５３ａが巻き回されて構成される。コイル５３は、ボビン５４に設けられている。ボビン５４は、各ティース部５２に装着される。

【0021】

本実施の形態においては、モータ部２０は３相ブラシレスモータである。また、ステータ５０において、３つのコイル５３がデルタ結線される。

【0022】

＜ベアリング＞
ベアリング４２は、ステータ５０のリア側（−Ｚ側）に配置される。ベアリング４２は、後述するバスバーホルダ６１が備えるベアリング保持部６５に保持される。ベアリング４２は、シャフト４１を支持する。ベアリング４２の構成は、特に限定されず、いかなる公知のベアリングを用いてよい。

【0023】

＜バスバーアッシー＞
バスバーアッシー６０は、ステータ５０と電気的に接続されるバスバー９１と、バスバーを保持するバスバーホルダ６１と、を備える。バスバーホルダ６１はリア側に開口部を備える。カバー１３の蓋部２２ｂは、バスバーホルダ６１のリア側の開口部を塞ぐ。また、カバー１３の蓋部２２ｂのフロント側の面は、リア側Ｏリング８２の全周と接触している。これにより、カバー１３は、バスバーホルダ６１の開口部の周囲の一周に亘って、バスバーホルダ６１のリア側の本体部リア面と、リア側Ｏリング８２を介して接触する。

【0024】

バスバーホルダ６１は、コネクタ部６３を備える。コネクタ部６３を介して、モータ部２０と外部電源とが接続される。接続された外部電源は、コネクタ部６３が備える電源用開口部６３ａの底面から突出するバスバー９１及び配線部材９２と電気的に接続される。これにより、バスバー９１及び配線部材９２から、駆動装置１００を介してステータ５０のコイル５３に駆動電流が供給される。

【0025】

＜ポンプ部＞
本実施形態のポンプ部３０は、歯車の回転運動により内部の容積を変化させることでオイルの吸入と吐出を行う歯車ポンプである。歯車ポンプは容積型ポンプのひとつであり、その他、ダイヤフラムの往復運動により内部の容積を変化させるダイヤフラムポンプを用いることもできる。容積型ポンプを用いることでモータを低速回転させている時でもオイルの吸入と吐出を行うことができ、電動オイルポンプの高応答性を達成できる。

【0026】

ポンプ部３０は、モータ部２０の軸方向一方側、詳細にはフロント側（＋Ｚ軸側）に位置する。ポンプ部３０は、モータ部２０によってシャフト４１を介して駆動される。ポンプ部３０は、ポンプボディ３１と、ポンプカバー３２と、ポンプロータ３５と、Ｏリング８３と、を備える。

【0027】

ポンプボディ３１は、モータ部２０のフロント側においてハウジング１２内に固定される。ポンプボディ３１の外周面は、Ｏリング８３を介してハウジング１２の内周面と径方向において接触する。ポンプボディ３１は、ポンプロータ３５を収容する、フロント側（＋Ｚ側）の面からリア側（−Ｚ側）に窪んだポンプ室３３を備える。ポンプ室３３の軸方向に視た形状は、円形状である。

【0028】

ポンプボディ３１は、軸方向両端に開口しシャフト４１が通され、フロント側の開口がポンプ室３３に開口する貫通孔３１ａを備える。貫通孔３１ａのリア側の開口は、モータ部２０側に開口する。貫通孔３１ａは、シャフト４１を回転可能に支持する軸受部材として機能する。

【0029】

ポンプボディ３１は、ハウジング１２よりもフロント側に位置しハウジング１２の外部に露出する露出部３６を備える。露出部３６は、ポンプボディ３１のフロント側の端部の部分である。露出部３６は、軸方向に延びる円柱状である。露出部３６は、ポンプ室３３と径方向に重なる。

【0030】

ポンプカバー３２は、ポンプボディ３１のフロント側に取り付けられる。ポンプカバー３２は、ポンプカバー本体３２ａと、吐出口３２ｄを含むポンプコネクタ部３２ｂと、吸入口３２ｃと、を備える。ポンプカバー本体３２ａは、径方向に拡がる円板状である。ポンプカバー本体３２ａは、ポンプ室３３のフロント側の開口を閉塞する。ポンプコネクタ部３２ｂは、軸方向に延びる円筒状である。ポンプコネクタ部３２ｂは、軸方向両端に開口する吐出口３２ｄを備える。ポンプコネクタ部３２ｂは、ポンプカバー本体３２ａからフロント側に延びる。吸入口３２ｃは、ポンプカバー３２のフロント側の面に開口する。吐出口３２ｄ及び吸入口３２ｃは、ポンプ室３３と繋がり、ポンプ室３３へのオイルの吸入およびポンプ室３３からのオイルの吐出が可能である。シャフト４１が周方向一方向き（−θ向き）に回転する場合、吸入口３２ｃからオイルがポンプ室３３に吸入される。ポンプ室３３に吸入されたオイルは、ポンプロータ３５によって送られ、吐出口３２ｄへ吐出される。

【0031】

ポンプロータ３５は、インナーロータ３７と、アウターロータ３８と、を備える。インナーロータ３７は、シャフト４１のフロント側の端部に取り付けられる。アウターロータ３８は、インナーロータ３７の径方向外側を囲む。インナーロータ３７は、円環状であり、径方向外側面に歯を備える歯車である。

【0032】

インナーロータ３７とアウターロータ３８とは互いに噛み合い、インナーロータ３７が回転することでアウターロータ３８が回転する。インナーロータ３７とアウターロータ３８とが回転することで、吸入口３２ｃからポンプ室３３内に吸入されるオイルを、吐出口３２ｄに送ることができる。すなわち、シャフト４１の回転によりポンプロータ３５は回転する。言い換えると、モータ部２０とポンプ部３０とは同一の回転軸を備える。

【0033】

＜ハウジング＞
ハウジング１２は、中心軸Ｊに対し両端が開口した多段の円筒形状をしている。ハウジング１２の材質は、例えば、金属である。ハウジング１２は、モータ部２０とポンプ部３０とを保持する。ハウジング１２は、筒部１４と、フランジ部１５と、を備える。筒部１４は、中心軸Ｊを中心とする円筒状をしている。筒部１４は、軸方向（Ｚ軸方向）に沿って、バスバーアッシー挿入部２１ａと、ステータ保持部２１ｂと、ポンプボディ保持部２１ｃと、をリア側（−Ｚ側）からフロント側（＋Ｚ側）へ向かって順に備える。フランジ部１５は、筒部１４のリア側の端部から径方向外側に延びる。

【0034】

バスバーアッシー挿入部２１ａのリア側の端部は、カバー１３のフランジ部２４およびハウジング１２のフランジ部１５を介して、カバー１３の筒状部２２ａと連結する。バスバーアッシー挿入部２１ａは、バスバーアッシー６０のフロント側（＋Ｚ側）の端部を中心軸Ｊの径方向外側から囲む。バスバーアッシー挿入部２１ａと、ステータ保持部２１ｂと、ポンプボディ保持部２１ｃとは、それぞれ同心の円筒形状であり、直径はこの順に小さくなる。

【0035】

バスバーアッシー６０のフロント側の端部は、ハウジング１２の内側に位置する。ステータ保持部２１ｂの内側面には、ステータ５０の外側面、すなわち、コアバック部５１の外側面が接触している。これにより、ハウジング１２には、ステータ５０が保持される。ポンプボディ保持部２１ｃの内周面には、ポンプボディ３１の外周面が固定される。

【0036】

＜駆動装置＞
駆動装置１００は、ベアリング４２とカバー１３との間に配置され、モータ部２０を駆動する。
図２は、駆動装置１００の構成を示すブロック図である。図２において、モータ部２０の３相をそれぞれＵ相、Ｖ相及びＷ相と表す。
図２に示すように、駆動装置１００は、回転位置検出部１０１、インバータ１０２、インバータ駆動部１０３及び制御装置１１０を備える。

【0037】

回転位置検出部１０１は、モータ部２０の回転位置、具体的にはロータ４０の回転位置を検出する。回転位置検出部１０１としては、例えばホール素子、磁気抵抗素子等の磁気式センサ、光学式エンコーダ、レゾルバ等を使用することができる。また、回転位置検出部１０１は、図１に示すセンサマグネット７１１及びセンサマグネット保持部７１２を備える。

【0038】

センサマグネット７１１は、円環状であり周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される。センサマグネット保持部７１２は、中央の孔がシャフト４１のリア側（＋Ｚ側）の端部の小径部分に嵌まることで位置決めされる。センサマグネット保持部７１２は、シャフト４１とともに回転可能である。センサマグネット７１１は、センサマグネット保持部７１２の外周面に配置される。

【0039】

本実施形態では、回転位置検出部１０１として、３つのコイル５３間に配置された３つのホール素子を用いる。回転位置検出部１０１は、各ホール素子により、センサマグネット７１１の磁界を検出し、検出した磁界の大きさに比例する３つで１組の検出信号を出力する。１組の検出信号から、例えば６０°の電気角ごとに回転位置を検出できる。なお、３つのホール素子の検出信号を１組とする例を説明したが、１組とするホール素子の数はこれに限定されず、モータ部２０の構成に応じた数とすることができる。

【0040】

＜インバータ＞
インバータ１０２は、図２に示すように、モータ部２０のＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相にそれぞれ対応する３組のアームＱを備える。各アームＱは、ブリッジ接続される。各アームＱは、直列接続された上側のスイッチング素子Ｑ１と下側のスイッチング素子Ｑ２を備える。スイッチング素子Ｑ１及びＱ２としては、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor FET）等の半導体素子を用いることでき、本実施の形態ではＭＯＳＦＥＴを用いる。

【0041】

各アームＱの上側のスイッチング素子Ｑ１及び下側のスイッチング素子Ｑ２は、電源２００と接続される。電源２００は、上述したコネクタ部６３を介して接続される外部電源である。インバータ１０２は、制御装置１１０により生成され、インバータ駆動部１０３から出力された制御信号を入力する。インバータ１０２は、入力した制御信号にしたがって、各相のアームＱの上側及び下側の各スイッチング素子Ｑ１及びＱ２のオンとオフを切り替え、例えばデューティ比のようにオンとオフの時間によってモータ部２０の各相に交流電圧波形の駆動電流を供給する。

【0042】

＜インバータ駆動部＞
インバータ駆動部１０３は、制御装置１１０において生成した制御信号から、インバータ１０２の各アームＱの上側のスイッチング素子Ｑ１及び下側のスイッチング素子Ｑ２に対する制御信号をそれぞれ生成して、出力する。

【0043】

＜モータの制御装置＞
制御装置１１０は、図２に示すように、通電パターン決定部１１１、現在位置推定部１１１ａ、回転数算出部１１２、差算出部１１３、出力電圧決定部１１４及び信号生成部１１５を備える。制御装置１１０の各構成部の処理内容は、各部の処理手順を記述したプログラムを、当該プログラムを記憶する記憶媒体からコンピュータが読み取って実行するソフトウェア処理により、実現することができる。コンピュータとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサー、マイクロコンピュータ等を使用することができる。記憶媒体としては、ハードディスク、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を使用することができる。なお、各構成部の処理内容を、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等のハードウェアにより実現してもよい。

【0044】

通電パターン決定部１１１は、回転位置検出部１０１から出力された１組の検出信号が示す回転位置に基づき、モータ部２０の各相の通電パターンを決定する。

【0045】

現在位置推定部１１１ａは、回転位置検出部１０１から出力された１組の検出信号と当該検出信号の入力タイミングから、モータ部２０、具体的にはロータ４０の現在の回転位置を推定する。

【0046】

回転数算出部１１２は、回転位置検出部１０１から出力された１組の検出信号から、回転位置の単位時間あたりの変化量を求め、当該変化量からモータ部２０の現在の回転数を算出する。

【0047】

差算出部１１３は、目標回転数と、回転数算出部１１２において算出した現在の回転数との差を算出する。差算出部１１３は、電動オイルポンプ１０が搭載された車両等の外部の制御装置からその都度指示された目標回転数を入力することもできるし、記憶媒体に保存された一定の目標回転数を記憶媒体から読み取って入力することもできる。

【0048】

出力電圧決定部１１４は、差算出部１１３において算出した回転数の差により、電源２００からインバータ１０２を介してモータ部２０へ供給する駆動電流の出力電圧の制御値を決定する。本実施の形態では、インバータ１０２をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式で制御し、出力電圧決定部１１４は、信号生成部１１５において制御信号として生成するパルス信号のデューティ比を出力電圧の制御値として決定する。

【0049】

出力電圧の制御値は、ＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential Controller）制御によって決定することができる。具体的には、出力電圧決定部１１４は、比例（Ｐ）係数、積分（Ｉ）係数及び微分（Ｄ）係数を用いて、回転数の差から、それぞれ比例項、積分項及び微分項の少なくとも１項を算出する。出力電圧決定部１１４は、比例項、積分項及び微分項のいずれか１項を、又は２項以上の和を、信号生成部１１５において生成するＰＷＭ方式のパルス信号のデューティ比として決定することができる。例えば、出力電圧決定部１１４は、ＰＩＤ制御を行う場合は比例項、積分項及び微分項の３項の和を、ＰＩ制御を行う場合は比例項と積分項の和を、デューティ比として決定することができる。

【0050】

信号生成部１１５は、インバータ１０２により、電源２００からの駆動電流をモータ部２０の各相へ供給させる制御信号を生成する。上述のように、本実施の形態において、信号生成部１１５は、制御信号としてＰＷＭ方式のパルス信号を生成する。

【0051】

信号生成部１１５は、通電パターン決定部１１１において決定した通電パターンと、現在位置推定部１１１ａにより推定した現在の回転位置と、に基づいて、モータ部２０のＵ相、Ｖ相及びＷ相の各相に供給する駆動電流の交流電圧波形の位相を決定する。また、信号生成部１１５は、出力電圧決定部１１４において決定した出力電圧の制御値に基づいて、パルス信号のデューティ比を決定する。信号生成部１１５は、決定した位相において決定したデューティ比のパルス信号を生成し、出力する。

【0052】

＜制御信号の生成手順＞
以下、信号生成部１１５における具体的な制御信号の生成手順を説明する。
信号生成部１１５は、インバータ１０２により、第１通電周期と第２通電周期を、第１通電周期と第２通電周期の間に第３通電周期を挟んで交互に繰り返す交流電圧波形の駆動電流を供給させるパルス信号を生成する。第１通電周期は、各アームＱの上側のスイッチング素子Ｑ１のみをオンの状態とする通電周期である。第２通電周期は、各アームＱの下側のスイッチング素子Ｑ１のみをオンの状態とする通電周期である。

【0053】

また、信号生成部１１５は、上記パルス信号として、第３通電周期において、各アームＱの上側及び下側の各スイッチング素子Ｑ１及びＱ２のオンとオフを順に切り替え、さらにオンに切り替えたスイッチング素子Ｑ１又はＱ２の出力電圧を連続的に変化させて、前後の第１通電周期と第２通電周期の波形を連続させるパルス信号を、モータ部２０の各相で第１〜第３通電周期の位相を異ならせて生成する。

【0054】

図３は、信号生成部１１５が生成するパルス信号によって、インバータ１０２から供給される駆動電流の交流電圧波形の一例を示す。
図３に示すように、Ｕ相の交流電圧波形は、電気角が０〜３６０°の位相において、第３通電周期Ｔ３、第１通電周期Ｔ１、第３通電周期Ｔ３、第２通電周期Ｔ２の順に、各通電周期を繰り返す。第１通電周期Ｔ１及び第２通電周期Ｔ２は、それぞれ電気角が１２０°の周期であり、第３通電周期Ｔ３は電気角が６０°の周期である。

【0055】

第１通電周期Ｔ１では、アームＱの上側のスイッチング素子Ｑ１のみがオンの状態にあり、スイッチング素子Ｑ１の出力電圧、すなわちスイッチング素子Ｑ１から出力される駆動電流の出力電圧は一定である。第２通電周期Ｔ２では、アームＱの下側のスイッチング素子Ｑ２のみがオンの状態にあり、スイッチング素子Ｑ２の出力電圧は一定である。第３通電周期Ｔ３では、各スイッチング素子Ｑ１及びＱ２のオンとオフが切り替わり、オンに切り替わった方の出力電圧が連続的に変化して、前後の第１通電周期Ｔ１と第２通電周期Ｔ２の波形が連続する。

【0056】

Ｖ相及びＷ相の交流電圧波形は、Ｕ相の交流電圧波形と同じ波形であるが、各相の交流電圧波形は、図３に示すように位相がそれぞれ１２０°の電気角だけずれる。これにより、各相で第１〜第３通電周期の位相が異なる。

【0057】

各相の交流電圧波形には６つの通電パターン１〜６がある。各通電パターン１〜６は、電気角が６０°の位相ごとに切り替わる。各通電パターン１〜６において、第３通電周期Ｔ３にある相は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のいずれか１相である。

【0058】

信号生成部１１５は、第３通電周期Ｔ３では、出力電圧が０の基準点において、アームＱの上側のスイッチング素子Ｑ１と下側のスイッチング素子Ｑ２のうち、オンの状態にあった方をオフに切り替え、オフの状態にあった方をオンに切り替えさせるパルス信号を生成する。これにより、第３通電周期Ｔ３において各スイッチング素子Ｑ１及びＱ２の通電を切り替えて、その前後の第１通電周期Ｔ１と第２通電周期Ｔと波形を連続させることができる。

【0059】

例えば、図３に示すように、Ｕ相の通電パターンが通電パターン６、１及び２の順に切り替わるとき、交流電圧波形は第２通電周期Ｔ２、第３通電周期Ｔ３及び第１通電周期Ｔ１の順に切り替わる。信号生成部１１５は、第２通電周期Ｔ２においてオンの状態にあった下側のスイッチング素子Ｑ２の出力電圧を、次の第３通電周期Ｔ３において連続的に低下させて、基準点に至るとオフに切り替えさせるパルス信号を生成する。さらに、信号生成部１１５は、第２通電周期Ｔ２においてオフの状態にあったＵ相のアームＱの上側のスイッチング素子Ｑ１をオンに切り替えて、当該スイッチング素子Ｑ１の出力電圧を基準点から連続的に上昇させるパルス信号を生成する。これにより、下側のスイッチング素子Ｑ２から上側のスイッチング素子Ｑ１へ通電が切り替わる場合には、右肩上がりの波形に制御することができる

【0060】

また、図３に示すように、Ｕ相の通電パターンが通電パターン３、４及び５の順に切り替わるとき、交流電圧波形は第１通電周期Ｔ１、第３通電周期Ｔ３及び第２通電周期Ｔ２の順に切り替わる。信号生成部１１５は、第１通電周期Ｔ１においてオンの状態にあったＵ相のアームＱの上側のスイッチング素子Ｑ１の出力電圧を、次の第３通電周期Ｔ３において連続的に低下させて、基準点に至るとオフに切り替えさせるパルス信号を生成する。さらに、信号生成部１１５は、第１通電周期Ｔ１においてオフの状態にあったＵ相のアームＱの下側のスイッチング素子Ｑ２をオンに切り替えて、当該スイッチング素子Ｑ２の出力電圧を基準点から連続的に上昇させるパルス信号を生成する。これにより、上側のスイッチング素子Ｑ１から下側のスイッチング素子Ｑ２へ通電が切り替わる場合には、右肩下がりの波形に制御することができる。

【0061】

信号生成部１１５は、第３通電周期Ｔ３では、パルス信号のデューティ比を制御することにより、各スイッチング素子Ｑ１及びＱ２の出力電圧を連続的に変化させる。これにより、出力電圧の変化を緩やかにすることができる。

【0062】

図４は、図３に示す交流電圧波形の通電パターン１におけるパルス信号を示す。
図４に示すように、電気角が０〜６０°の周期にある通電パターン１では、３相のうち、Ｕ相が第３通電周期Ｔ３にある。信号生成部１１５は、前の第２通電周期Ｔ２においてオンの状態にあったＵ相のアームＱの下側のスイッチング素子Ｑ２へ出力するパルス信号のデューティ比を、第３通電周期Ｔ３において連続的に低下させる。スイッチング素子Ｑ２のデューティ比が０、すなわち出力電圧が０の基準点に到達すると、信号生成部１１５は、Ｕ相のアームＱの下側のスイッチング素子Ｑ２をオフ、上側のスイッチング素子Ｑ１をオンに切り替える。そして、信号生成部１１５は上側のスイッチング素子Ｑ１へ出力するパルス信号のデューティ比を、次の第１通電周期Ｔ１のデューティ比まで連続的に上昇させる。これにより、第３通電周期Ｔ３における電流方向の変化を緩やかにすることができる。

【0063】

通電パターン１では、Ｖ相は上側のスイッチング素子Ｑ１のみオン状態の第１通電周期Ｔ１にある。Ｗ相は、下側のスイッチング素子Ｑ２のみオン状態の第２通電周期Ｔ２にある。図４に示す例では、信号生成部１１５は、第１通電周期Ｔ１、すなわち上側のスイッチング素子Ｑ１側の通電周期では、オン時のデューティ比を、出力電圧決定部１１４により決定した一定の出力電圧のデューティ比とする。また、信号生成部１１５は、第２通電周期Ｔ２、すなわち下側のスイッチング素子Ｑ２側の通電周期では、オンに固定し、デューティ比を１００％で運用する。

【0064】

第３通電周期Ｔ３の前が第１通電周期の場合は、信号生成部１１５は、第３通電周期Ｔ３において、アームＱの上側のスイッチング素子Ｑ１へ出力するパルス信号のデューティ比を連続的に低下させる。また、信号生成部１１５は、アームＱの下側のスイッチング素子Ｑ２へ出力するパルス信号のデューティ比を、次の第２通電周期Ｔ２のデューティ比まで連続的に上昇させる。第３通電周期Ｔ３における電流方向の変化を緩やかにすることができる。

【0065】

信号生成部１１５は、モータ部２０の回転位置に応じて、上昇又は低下させるデューティ比を決定することができる。これにより、第３通電周期Ｔ３の波形を任意の波形にすることができる。例えば、電気角で０〜３０°の回転位置においてデューティ比を９０％から０％に低下させる場合、回転位置が５°シフトするごとにデューティ比を１５％の一定値ずつ低下させることにより、図３に示すように、第３通電周期Ｔ３の波形を直線状の波形にすることができる。また、現在の回転位置を電気角θで表すと、各回転位置のデューティ比をｓｉｎθ×９０％に決定することにより、第３通電周期Ｔ３の波形を正弦波のような曲線状の波形にすることができる。

【0066】

モータを駆動する一般的な交流電圧波形としては、方形波及び正弦波が挙げられるが、図３に示す本実施の形態の交流電圧波形は、方形波及び正弦波と比べて、少ない計算量で円滑な回転制御が可能である。

【0067】

図５は、方形波の交流電圧波形の一例を示す。
図５に示すように、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各相の方形波の交流電圧波形は、各相のアームＱの上側のスイッチング素子Ｑ１のみがオンの通電周期と、下側のスイッチング素子Ｑ２のみがオンの通電周期を、各スイッチング素子Ｑ１及びＱ２がいずれもオフの非通電周期を挟んで繰り返す。各相の交流電圧波形は、位相が１２０°ずれ、６０°ごとの通電パターン１〜６がある。各通電周期は電気角が１２０°の周期であり、非通電周期は電気角が６０°の周期である。

【0068】

上記のような方形波の場合、各通電パターン１〜６の切り替わり時における電流方向の変化が大きいため、トルクの脈動が生じやすい。これに対し、図３に示す本実施の形態の交流電圧波形では、各通電パターン１〜６の切り替わり時にも電流方向の変化が緩やかであるため、モータ部２０の滑らかな回転制御が可能になる。

【0069】

図６Ａは、図３に示す本実施の形態の交流電圧波形の駆動電流を供給したときの電源電圧、電源電流及びＵ相の電流の測定値を示す。また、図６Ｂは、図５に示す方形波の交流電圧波形の駆動電流を供給したときの電源電圧、電源電流及びＵ相の電流の測定値を示す。
図６Ａ及び図６Ｂを比較すると、図５に示す方形波の交流電圧波形の場合は電流方向が変化するごとに電源電圧及び電源電流が大きく変動しているが、図３に示す本実施の形態の交流電圧波形の場合は変動が少ない。また、Ｕ相の電流波形も、図５に示す方形波に比べて図３に示す交流電圧波形の方が、変化が緩やかである。

【0070】

図７は、正弦波の交流電圧波形の一例を示す。
図７に示すように、正弦波の交流電圧波形では非通電周期がない。各相のアームＱにおいて上側のスイッチング素子Ｑ１及び下側のスイッチング素子Ｑ２のオンとオフが交互に切り替わり、オン時の出力電圧が連続的に変化するため、滑らかな回転制御が可能である。図３に示す本実施の形態の交流電圧波形によれば、この正弦波に近い回転制御が可能であり、電流方向の変化による脈動を減らすことができる。

【0071】

一方で、正弦波の交流電圧波形の場合、パルス信号のデューティ比を常に計算する必要がある。また、全位相において３相すべてのデューティ比を並行して計算しなければならず、高性能のコンピュータが必要である。これに対し、図３に示す本実施の形態の交流電圧波形によれば、出力電圧の計算が必要なのは第３通電周期Ｔ３のみである。各通電パターン１〜６で第３通電周期Ｔ３にある相は３相のうちの１相のみであり、計算量が少ない。高性能のコンピュータでなくても十分計算が可能であるため、計算に必要な演算資源の構成を簡易化できる。

【0072】

以上のように、本実施の形態のモータ部２０の制御装置１１０によれば、第３通電周期Ｔ３において、前後の第１通電周期Ｔ１と第２通電周期Ｔ２の波形を連続させることができる。したがって、第３通電周期Ｔ３における電流の方向の変化が緩やかとなり、方形波の交流電圧波形と比べてモータ部２０の滑らかな回転制御が可能になる。また、連続的に変化させる出力電圧の計算が必要なのは各通電パターン１〜６において１相のみであるので、全位相において３相すべての計算が必要な正弦波の交流電圧波形と比べて計算量を大幅に減らすことができる。したがって、簡易な構成で、滑らかな回転制御を実現できる。

【0073】

電動オイルポンプ１０においては、モータ部２０の制御装置１１０によって、モータ部２０の脈動を減らすことにより、輸送するオイルの脈動を抑えることができ、特に効果的である。また、制御装置１１０は簡易な構成でよいため、電動オイルポンプ１０のコストを下げることもできる。

【0074】

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されない。
例えば、モータ部２０として、３相のモータの例を説明したが、３相以外の複数相のモータにも、本発明を適用することができる。
また、各相のコイル５３がデルタ結線されたモータ部２０の例を説明したが、各相のコイル５３がスター結線されたモータにも、本発明を適用することができる。

【0075】

本出願は、２０１７年８月３１日に出願された日本特許出願である特願２０１７−１６６９１３号に基づく優先権を主張し、当該日本特許出願のすべての記載内容を援用する。

【符号の説明】

【0076】

１０ 電動オイルポンプ
２０ モータ部
３０ ポンプ部
４０ ロータ
５０ ステータ
５３ コイル
１００ 駆動装置
１１０ 制御装置
１１１ 通電パターン決定部
１１１ａ 現在位置推定部
１１３ 差算出部
１１４ 出力電圧決定部
１１５ 信号生成部
１０２ インバータ
２００ 電源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】