JP7729265B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータを位置センサレス方式で制御する装置に関する。

モータを位置センサレス方式で制御する際に、モータを始動させるために行うロータの位置決めでは、インバータ等の駆動回路を介して通電する電流を、特定の方向に固定する。例えば、起動と停止とを頻繁に繰り返すモータについては、位置決めを行う頻度が高くなる。そのため、毎回同じ通電パターンで位置決めを行うと、回路素子やモータの巻線に通電によるストレスを与えてしまう。

例えば、特許文献１では、電流をインバータのハイサイドスイッチ群又はローサイドスイッチ群とモータの巻線との間で還流させるようにして、電流ストレスを分散させる技術が開示されている。

特開２００７－２２１９６９号公報

しかしながら、特許文献１の技術では通電パターンが２つしかなく、電流ストレスを十分に分散できているとは言えない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、位置センサレス方式で始動時の位置決めを行う際の電流ストレスを、より分散させることができるモータ制御装置を提供することにある。

請求項１記載のモータ制御装置によれば、制御部は、インバータ回路を介して多相モータに通電することで、位置センサレス方式でモータを制御する際に、モータのロータの位置決め処理に使用する通電パターンを３種類以上に変化させる。このように構成すれば、電流ストレスを従来よりも分散させることができる。また、特許文献１では、まれな過電流の発生時に対応して電流ストレスを分散させているが、本発明では、ロータの位置決め処理を行なう毎に電流ストレスを分散させる。つまり、モータを通常制御している期間内で電流ストレスを分散させることができる。
また、制御部は、計数部によりモータへの通電回数を計数し、その計数された値に応じて、通電パターンを変化させる順序を切り替える。このように構成すれば、電流ストレスをより多様に分散させることができる。
さらに、多相モータは車両に搭載されるもので、計数部は、イグニッションスイッチがＯＮされている期間の通電回数に、前記イグニッションスイッチがＯＦＦされている期間の通電回数を加えるか否かを、選択して計数可能である。

請求項２記載のモータ制御装置によれば、制御部は、前回の位置決め処理に使用した通電パターンを記憶部に記憶し、位置決め処理を行なう毎に通電パターンを変化させる。このように構成すれば、電流ストレスをより確実に分散させることができる。

第１実施形態であり、モータ制御システムの構成を示す機能ブロック図 ＩＣの内部構成を示す機能ブロック図 モータのステータ及びロータの構成を模式的に示す図 通電パターンＡ～Ｃに対応した電流ベクトルを示す図 ＩＣによる処理内容を示すフローチャート 第２実施形態であり、ＩＣによる処理内容を示すフローチャート 図６に示す処理に対応したタイミングチャート 第３実施形態であり、ＩＣによる処理内容を示すフローチャート 第４実施形態であり、ＩＣによる処理内容を示すフローチャート 第５実施形態であり、ＩＣの内部構成を示す機能ブロック図 ＩＣによる処理内容を示すフローチャート

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態のモータ制御システム１は、例えば、車両に搭載されるラジエータを空冷するためのファンを駆動するモータ２を制御対象としている。駆動回路３は、インバータ４及びＩＣ５を備え、駆動回路３には、車両のバッテリ電源である電源＋Ｂ、及びイグニッションスイッチを介して電源ＩＧＳが供給されている。以下、イグニッションスイッチについても「ＩＧＳ」と称することがある。ＩＣ５は制御部に相当し、インバータ４を介してモータ２を位置センサレス制御する。インバータ回路であるインバータ４は、図示しないが、６つの例えばＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子を３相ブリッジ接続して構成されている。

ＩＣ５は、図２に示すように、ＩＧＳがＯＦＦしている期間にモータ２への通電回数をカウントするカウンタ６、ＩＧＳがＯＮしている期間に同通電回数をカウントするカウンタ７を備える。これらのカウンタ６，７のカウント値は、加算器８及び通電回数記憶実行部９を介してメモリ１０に記憶される。メモリ１０は記憶部に相当する。モータ２は、例えば３相構成のブラシレスＤＣモータである。ＩＣ５は、停止しているモータ２を起動させる際には、ロータの位置決め処理を行ってから起動させる。通電パターンＮｏ演算部１２は、位置決め処理を行う際にインバータ４に通電を行う３相の通電パターンを演算して決定する。

前回パターン読み出し部１１は、通電パターンＮｏ演算部１２が決定した通電パターンをメモリ１０に記憶させると共に、メモリ１０に記憶されている通電回数及び前回の位置決め処理に使用した通電パターンを読み出して、通電パターンＮｏ演算部１２に入力する。通電パターンＮｏ演算部１２は、入力された情報に基づいて今回の位置決め処理に使用した通電パターンを決定すると、通電指示部１３を介してインバータ４を構成する６つのスイッチング素子に、それぞれ駆動信号を出力する。尚、上記の通電回数については、本実施形態では使用せず、第２実施形態以降で使用する。

本実施形態では、図３及び図４に示すように、位置決め処理に３つの通電パターンＡ，Ｂ，Ｃを使用する。図３は、モータ２のステータ及びロータの構成を模式的に示している。そして、図４では、各通電パターンを電流ベクトルで示している。図中の「ａ」は、ベクトルの単位長さである。各通電パターンの電流ベクトルは、以下のようになっている。
Ｕ相 Ｖ相 Ｗ相
・通電パターンＡ ａ －４ａ ３ａ
・通電パターンＢ ４ａ －ａ －３ａ
・通電パターンＣ －３ａ ４ａ ａ
すなわち、通電パターンＡ、Ｂ、Ｃの合成電流ベクトルは、１２０度間隔で回転するように遷移する関係にある。

次に、本実施形態の作用について説明する。図５に示すように、ＩＣ５は、メモリ１０より前回の位置決め処理で使用した通電パターンを読み出すと（Ｓ０）、続くステップＳ１～Ｓ５で今回の位置決め処理で使用する通電パターンを決定する。通電パターンを使用する順番は予め固定されており、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ａ→Ｂ…のように循環的に変化させる。すなわち、前回の通電パターンがＡであれば（Ｓ１；Ｙｅｓ）今回の通電パターンをＢにし（Ｓ２）、前回の通電パターンがＢであれば（Ｓ３；Ｙｅｓ）今回の通電パターンをＣにし（Ｓ４）、前回の通電パターンがＣであれば（Ｓ３；Ｎｏ）今回の通電パターンをＡにする（Ｓ５）。

以上のようにして今回の通電パターンを決定すると、その通電パターンをメモリ１０に記憶させる（Ｓ６）。それから、決定した通電パターンに応じて対象となるスイッチング素子、例えばＦＥＴをＯＮにして位置決め処理を行う（Ｓ７）。その後、モータ２の回転が停止するような異常が発生すると（Ｓ８）、モータ２の再起動を実施してから（Ｓ９；Ｙｅｓ）通常のモータ２の制御に移行する（Ｓ１０）。再起動を実施できなければ（Ｓ９；Ｎｏ）再起動不可の判定となる（Ｓ１１）。

以上のように本実施形態によれば、モータ制御システム１において、ＩＣ５は、インバータ４を介してモータ２に通電することで、位置センサレス方式でモータを制御する際に、モータ２のロータの位置決め処理に使用する通電パターンを、３種類に変化させる。このように構成すれば、インバータ４等を構成するスイッチング素子やモータ２の巻線等に加わる電流ストレスを、従来よりも分散させることができる。また、本実施形態では、ロータの位置決め処理を行なう毎に電流ストレスを分散させる。つまり、特許文献１のように、まれな過電流発生時に対してではなく、モータ２を通常制御している期間内において電流ストレスを分散させることができる。

そして、ＩＣ５は、前回の位置決め処理に使用した通電パターンをメモリ１０に記憶し、位置決め処理を行なう毎に通電パターンを変化させる。このように構成すれば、電流ストレスをより確実に分散させることができる。

（第２実施形態）
以下、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図６に示すように、第２実施形態では、モータ２への通電回数をカウントし、その通電回数に応じて通電パターンＡ，Ｂ，Ｃを切り替える順番を変化させる。図７に示すように、カウンタ６は、ＩＧＳがＯＦＦしている期間においてモータ２への通電回数をカウントし、カウンタ７は、ＩＧＳがＯＮしている期間に同通電回数をカウントする。ラジエータを空冷するためのファンを駆動するモータ２は、ＩＧＳがＯＦＦしている期間でも、走行停止直後のように高温となっているエンジンを冷却する必要があれば、＋Ｂ電源より通電が行われることがある。

計数部であるカウンタ６，７のカウント値をどの様に用いるかによって、通電回数は変化する。第２実施形態では、ＩＧＳのＯＦＦ期間及びＯＮ期間の通電回数を合計し、且つ今回ＩＧＳをＯＮするより前の通電回数は記憶しないものとする。この場合、図７に示す例では、前回起動時の一連の通電回数は「４」、今回起動時の通電回数は「２」となる。

図７において、ステップＳ０に続くステップＳ２１～Ｓ２６では、通電回数の合計を、それぞれの閾値（１）～（３）～…（６）と比較する。尚、図示の都合上、一部を省略している。各閾値（１）～（６）は、例えば値が次第に大きくなるように設定する。通電回数の合計が閾値（１）未満であれば（Ｓ２１；Ｎｏ）、第１実施形態と同様にステップＳ１～Ｓ５を実行する。これらを「組み合わせ１」としている。通電回数の合計が閾値（２）未満であれば（Ｓ２２；Ｎｏ）、ステップＳ２７～Ｓ３１を実行する。これらは、上記の「組み合わせ１」のステップＳ４，Ｓ５を入れ替えたパターンであり、「組み合わせ２」としている。

通電回数の合計が閾値（３）未満であれば（Ｓ２３；Ｎｏ）、「組み合わせ３」（Ｓ３２）を実行する。同様に、通電回数の合計が閾値（４）～（６）未満であれば（Ｓ２４～Ｓ２６；Ｎｏ）、「組み合わせ４～６」を実行する（Ｓ３３～Ｓ３５）。すなわち、「組み合わせ」は３Ｐ２の順列で、全部で６通りとなる。以降は第１実施形態と同様に、ステップＳ６～Ｓ１１を実行する。尚、閾値（１）～（６）の差分は「２」以上でも良い。また、今回ＩＧＳをＯＮするより前の通電回数を記憶して、その回数に今回起動した以降の通電回数を加算しても良い。

以上のように第２実施形態によれば、ＩＣ５は、カウンタ６及び７によりモータ２への通電回数を計数し、その計数された値に応じて通電パターンを変化させる順序を切り替える。このように構成すれば、電流ストレスをより多様に分散させることができる。

（第３実施形態）
図８に示すように、第３実施形態では、今回使用する通電パターンＮｏを、ＩＧＳのＯＮ期間中におけるモータ２の通電回数の累積値のみを「通電回数」として、その「通電回数」を通電パターン数「３」で除した際の剰余とする（Ｓ４１）。つまり、通電パターンＮｏは「０，１，２」の何れかになるので、ステップでは、それらに通電パターンＡ，Ｂ，Ｃを対応させて選択する。

以上のように第３実施形態によれば、ＩＧＳのＯＮ期間中におけるモータ２の通電回数の累積値のみを「通電回数」として今回使用する通電パターンＮｏを決定するので、通電回数を記憶させるメモリ１０の容量を、第２実施形態よりも削減できる。

（第４実施形態）
図９に示すように、第４実施形態では、ステップＳ０を実行すると、ＩＧＳのＯＮ期間中の通電回数を１０進法で表した際に各桁の値の和を求め、その和をモータ２の相数である「３」で除した際の剰余が「０」か否かを判断する（Ｓ５０）。剰余が「０」であれば（Ｙｅｓ）、第１実施形態と同様にステップＳ１～Ｓ１１を実行する。一方、剰余が「０」でなければ（Ｎｏ）、ステップＳ５１～Ｓ５５を実行した後、ステップＳ６に移行する。

ステップＳ５２～Ｓ５５にそれぞれ示す通電パターンの－Ｂ，－Ｃ，－Ａは、図４に示す通電パターンＢ，Ｃ，Ａの各相電流ベクトルの極性を反転させたものである。尚、通電パターンＡ～Ｃは非反転パターン群に相当し、通電パターン－Ａ～－Ｃは反転パターン群に相当する。前回の通電パターンがＡ又は－Ａであれば（Ｓ５１；Ｙｅｓ）今回の通電パターンを－Ｂとし（Ｓ５２）、前回の通電パターンがＢ又は－Ｂであれば（Ｓ５３；Ｙｅｓ）今回の通電パターンを－Ｃとする（Ｓ５４）。前回の通電パターンがＣ又は－Ｃであれば（Ｓ５３；Ｎｏ）今回の通電パターンを－Ａとする（Ｓ５５）。

以上のように第４実施形態によれば、ＩＣ５は、カウンタ７により計数されたモータ２への通電回数を、モータ２の相数で除した剰余がゼロか否かに応じて、非反転パターン群と、反転パターン群との何れを使用するかを選択する。このように構成すれば、より多くの通電パターンのバリエーションを簡単に増やすことができ、電流ストレスをより分散させることができる。

（第５実施形態）
第５実施形態ではＩＣ５に替えて、図１０に示すＩＣ２１を使用する。ＩＣ２１は、電源＋Ｂが通電された時点で、バイナリの数値データ「００」、「０１」、「１０」をそれぞれ生成する回路２２（０）～２２（２）を備えている（図１１；Ｓ６０）。これらの回路２０は、例えばＡＮＤやＯＲ等の論理回路を組み合わせて構成する。

また、ソフトウェアによりランダム関数を実現し、上記の数値データ「００」、「０１」、「１０」をランダム関数に取り込んで（Ｓ６２）、ランダム関数によって何れか１つの数値データを選択する。選択された数値データを通電パターンＮｏとして、今回使用する通電パターンとする（Ｓ６３）。

尚、ステップＳ６１では、回路２２（０）～２２（２）が生成した数値データを記憶させるが、ここではメモリ１０に記憶させても良いし、図１０に示す「出力：００」～「出力：１０」の各ブロックをメモリやレジスタとして、それらのブロックに記憶させても良い。
以上のように第５実施形態によれば、今回使用する通電パターンを、ランダム関数を用いてランダムに選択できる。尚、ＩＣ５に対して、ＩＣ２１と同様の機能を持たせても良い。

（その他の実施形態）
モータの相数は「３」に限らない。
通電パターンも、Ａ，Ｂ，Ｃの３種類に限らず、４種類以上用いても良い。
モータが駆動する負荷は、ラジエータ空冷用のファンに限らない。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、１はモータ制御システム、２はモータ、４はインバータ、５はＩＣ、６，７はカウンタ、１０はメモリを示す。

Claims (4)

1. インバータ回路（４）を介して多相モータ（２）に通電することで、位置センサレス方式により前記モータを制御し、
   前記モータのロータの位置決め処理に使用する通電パターンを、３種類以上に変化させる制御部（５，２１）を備え、
   前記制御部（５）は、前記モータへの通電回数を計数する計数部（６，７）を備え、
   前記計数部により計数された値に応じて、前記通電パターンを変化させる順序を切り替え、
   前記多相モータは、車両に搭載されるもので、
   前記計数部は、イグニッションスイッチがＯＮされている期間の通電回数に、前記イグニッションスイッチがＯＦＦされている期間の通電回数を加えるか否かを、選択して計数可能であるモータ制御装置。
2. 前記制御部は、前回の位置決め処理に使用した通電パターンを記憶する記憶部（１０）を備え、
   前記位置決め処理を行なう毎に、前記通電パターンを変化させる請求項１記載のモータ制御装置。
3. 前記３種類以上の通電パターンには、各相への通電態様が決定された非反転パターン群と、
   これらの非反転パターン群における各相への通電極性を反転させた反転パターン群とを含む請求項１又は２記載のモータ制御装置。
4. 前記制御部は、前記モータへの通電回数を計数する計数部を備え、
   前記計数部により計数された値を、前記モータの相数で除した剰余がゼロか否かに応じて、前記非反転パターン群と、前記反転パターン群との何れを使用するかを選択する請求項３記載のモータ制御装置。