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公開番号2020171176
公報種別公開特許公報(A)
公開日20201015
出願番号2019072771
出願日20190405
発明の名称モータ制御装置
出願人アイシン精機株式会社
代理人特許業務法人R&C
主分類H02P 6/182 20160101AFI20200918BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】外乱があっても、適切に三相モータを駆動できるモータ制御装置を提供する。
【解決手段】モータ制御装置1は、相電圧の電圧値と疑似中点の疑似中点電圧値とに基づいてゼロクロスを検出するゼロクロス検出部51と、最新のゼロクロスが所定の時間が経過するまでの間をマスク期間として設定するマスク期間設定部53と、マスク期間の終了後、次のゼロクロスが検出されるまでの間にコイルCを流れる電流に基づいて三相モータMが有するロータの位置を検出する検出部54と、検出されたロータの位置に基づいて、コイルCに対する通電をPWM制御で行う制御部10と、マスク期間における相電圧の電圧値と疑似中点電圧値との大小関係の切り替わりを検出する大小関係検出部61と、大小関係の切り替わりに基づいて、ロータの回転が正常であるか否かを判定する判定部62と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
三相モータが有するコイルの通電状態を切り替えて前記三相モータの駆動制御を行うモータ制御装置であって、
三相の前記コイルのうちの二相の前記コイルに通電されている状態において、前記二相とは異なる他の一相の相電圧の電圧値が前記三相モータの3つの端子の夫々と抵抗器を介して接続された疑似中点の電圧の電圧値である疑似中点電圧値を上回るタイミング及び前記相電圧の電圧値が前記疑似中点電圧値を下回るタイミングをゼロクロスとして検出するゼロクロス検出部と、
連続する2つの前記ゼロクロスの間の時間であるゼロクロス時間を算定する算定部と、
最新の前記ゼロクロスが検出されてから、当該最新のゼロクロスと当該最新のゼロクロスの直前の前記ゼロクロスとの間のゼロクロス時間に基づいて設定された時間が経過するまでの間をマスク期間として設定するマスク期間設定部と、
前記マスク期間の終了後、次の前記ゼロクロスが検出されるまでの間に、前記コイルを流れる電流に基づいて前記三相モータが有するロータの位置を検出する検出部と、
検出された前記ロータの位置に基づいて前記コイルの通電状態を切り替え、前記コイルに対する通電をPWM制御で行う制御部と、
前記マスク期間における前記相電圧の電圧値と前記疑似中点電圧値との大小関係の切り替わりを検出する大小関係検出部と、
前記大小関係の切り替わりに基づいて、前記ロータの回転が正常であるか否かを判定する判定部と、
を備えるモータ制御装置。
続きを表示(約 1,100 文字)【請求項2】
前記判定部は、前記マスク期間において、前記通電状態の切り替えと前記大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、前記大小関係の切り替わりが1回あった場合に、前記ロータの回転が正常であると判定する請求項1に記載のモータ制御装置。
【請求項3】
前記判定部は、前記マスク期間において、前記通電状態の切り替えと前記大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、前記大小関係の切り替わりがない場合、又は、前記マスク期間において、前記通電状態の切り替えと前記大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、前記大小関係の切り替わりが2回以上あった場合に前記ロータの回転が正常でないと判定する請求項1又は2に記載のモータ制御装置。
【請求項4】
前記制御部は、前記マスク期間において、前記通電状態の切り替えと前記大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、前記大小関係の切り替わりがない場合であって、同時に三相の前記コイルのうちの二相の前記コイルから当該二相のコイルとは異なる他の一相の前記コイルへ通電する通電状態、及び三相の前記コイルのうちの一相の前記コイルから同時に当該一相のコイルとは異なる他の二相の前記コイルへ通電する通電状態を有するオーバーラップ通電を行っている場合は、前記二相のコイルへの通電を同時に行っている時間を短縮する請求項1から3のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項5】
前記制御部は、前記マスク期間において、前記通電状態の切り替えと前記大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、前記大小関係の切り替わりがない場合であって、同時に三相の前記コイルのうちの二相の前記コイルから当該二相のコイルとは異なる他の一相の前記コイルへ通電する通電状態、及び三相の前記コイルのうちの一相の前記コイルから同時に当該一相のコイルとは異なる他の二相の前記コイルへ通電する通電状態を有するオーバーラップ通電を行っていない場合は、前記PWM制御のオンDUTYを短くする請求項1から4のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項6】
前記制御部は、前記マスク期間において、前記通電状態の切り替えと前記大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、前記大小関係の切り替わりが2回以上あった場合は、前記コイルに対する通電を中断して前記ロータを停止させた後、改めて前記コイルに対する通電を開始する請求項1から5のいずれか一項に記載のモータ制御装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、三相モータが有するコイルの通電状態を切り替えて当該三相モータの駆動制御を行うモータ制御装置に関する。
続きを表示(約 6,300 文字)【背景技術】
【0002】
従来、三相ブラシレスモータ(以下「三相モータ」)の駆動中に、回転センサを用いることなく、三相モータが有するロータの回転を検出し、三相モータが有するコイルに通電を行う技術が利用されてきた。ここで、三相モータのコイルのうちの通電されていない相(非通電相)のコイルの端子電圧には、通電状態から非通電状態への切り替え時に、スパイク状のノイズ(以下「スパイクノイズ」)が生じることが知られている。このスパイクノイズは、上述した回転センサを用いずにロータの回転を検出する場合に、誤検出の原因となることも知られている。このような誤検出は三相モータのロックや、脱調に至る原因となる。そこで、誤検出を防止する技術が検討されてきた(例えば特許文献1及び2)。
【0003】
特許文献1には、電動モータのロックや脱調の発生を抑える電動モータの制御装置が記載されている。この制御装置は、非通電時にロータの永久磁石及びステータの鎖交磁束によって生じる誘起電圧を検出して、ロータの位置を検出するように構成されている。また、ロータの位置検出を行わないマスク期間中にスパイクノイズが発生しているか否かを判定し、スパイクノイズが発生していると判定された場合にマスク期間を延長し、その後、ロータの位置検出を行っている。
【0004】
特許文献2には、モータ駆動装置が記載されている。このモータ駆動装置は、非通電時にスパイクノイズを検出し、モータの端子間電圧に生じる誘起電圧からロータの位置を検出している。また、スパイクノイズが検出された場合には、スパイクノイズの消失後にロータの位置検出を行うように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開2017−184389号公報
特開2015−171206号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1及び2に記載の技術によれば、電流の急激な変化に起因してスパイクノイズが増大した場合、脱調を防止し、適切に回転制御を行うことが可能である。しかしながら、外乱等によってロータの位置と制御上の位相との関係が所期の状態からずれ、スパイクノイズが増大した場合には、所期の位置検出ポイント(ゼロクロス)を検出できなくなったり、脱調状態を検出できなくなったりする。このため、適切に三相モータを駆動できなくなる可能性がある。
【0007】
そこで、外乱があった場合であっても、適切に三相モータを駆動することが可能なモータ制御装置が求められる。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明に係るモータ制御装置の特徴構成は、三相モータが有するコイルの通電状態を切り替えて前記三相モータの駆動制御を行うモータ制御装置であって、三相の前記コイルのうちの二相の前記コイルに通電されている状態において、前記二相とは異なる他の一相の相電圧の電圧値が前記三相モータの3つの端子の夫々と抵抗器を介して接続された疑似中点の電圧の電圧値である疑似中点電圧値を上回るタイミング及び前記相電圧の電圧値が前記疑似中点電圧値を下回るタイミングをゼロクロスとして検出するゼロクロス検出部と、連続する2つの前記ゼロクロスの間の時間であるゼロクロス時間を算定する算定部と、最新の前記ゼロクロスが検出されてから、当該最新のゼロクロスと当該最新のゼロクロスの直前の前記ゼロクロスとの間のゼロクロス時間に基づいて設定された時間が経過するまでの間をマスク期間として設定するマスク期間設定部と、前記マスク期間の終了後、次の前記ゼロクロスが検出されるまでの間に、前記コイルを流れる電流に基づいて前記三相モータが有するロータの位置を検出する検出部と、検出された前記ロータの位置に基づいて前記コイルの通電状態を切り替え、前記コイルに対する通電をPWM制御で行う制御部と、前記マスク期間における前記相電圧の電圧値と前記疑似中点電圧値との大小関係の切り替わりを検出する大小関係検出部と、前記大小関係の切り替わりに基づいて、前記ロータの回転が正常であるか否かを判定する判定部と、を備えている点にある。
【0009】
このような特徴構成とすれば、三相のコイルのうちの二相のコイルに通電されている状態において、当該二相とは異なる他の一相のマスク期間における相電圧の電圧値と疑似中点の電圧値との大小関係の切り替わりを用いてロータが正常に回転しているか否かを判定することができる。したがって、外乱があった場合であっても、ロータの回転を検出するセンサを用いることなく、センサレス構成で適切に三相モータを駆動することが可能となる。
【0010】
また、前記判定部は、前記マスク期間において、前記通電状態の切り替えと前記大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、前記大小関係の切り替わりが1回あった場合に、前記ロータの回転が正常であると判定すると好適である。
【0011】
このような構成とすれば、より正確にロータの回転が正常であるか否かを判定することができる。したがって、継続して三相モータを駆動することが可能となる。
【0012】
また、前記判定部は、前記マスク期間において、前記通電状態の切り替えと前記大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、前記大小関係の切り替わりがない場合、又は、前記マスク期間において、前記通電状態の切り替えと前記大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、前記大小関係の切り替わりが2回以上あった場合に前記ロータの回転が正常でないと判定すると好適である。
【0013】
このような構成とすれば、ロータの回転が正常でないか否かを正確に判定することができるので、例えば継続してコイルに通電した場合に、モータの駆動を制御できなくなるといったことを防止できる。
【0014】
また、前記制御部は、前記マスク期間において、前記通電状態の切り替えと前記大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、前記大小関係の切り替わりがない場合であって、同時に三相の前記コイルのうちの二相の前記コイルから当該二相のコイルとは異なる他の一相の前記コイルへ通電する通電状態、及び三相の前記コイルのうちの一相の前記コイルから同時に当該一相のコイルとは異なる他の二相の前記コイルへ通電する通電状態を有するオーバーラップ通電を行っている場合は、前記二相のコイルへの通電を同時に行っている時間を短縮すると好適である。
【0015】
このような構成とすれば、ロータに対してモータ制御が遅くなっている状況であることを特定できるので、そのまま三相モータの駆動を継続して脱調に至る可能性を低減できる。
【0016】
また、前記制御部は、前記マスク期間において、前記通電状態の切り替えと前記大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、前記大小関係の切り替わりがない場合であって、同時に三相の前記コイルのうちの二相の前記コイルから当該二相のコイルとは異なる他の一相の前記コイルへ通電する通電状態、及び三相の前記コイルのうちの一相の前記コイルから同時に当該一相のコイルとは異なる他の二相の前記コイルへ通電する通電状態を有するオーバーラップ通電を行っていない場合は、前記PWM制御のオンDUTYを短くすると好適である。
【0017】
このような構成であっても、ロータに対してモータ制御が適切に行われていない状況であることを特定できるので、そのまま三相モータの駆動を継続して脱調に至る可能性を低減できる。
【0018】
また、前記制御部は、前記マスク期間において、前記通電状態の切り替えと前記大小関係の切り替わりとが同じタイミングで行われ、当該マスク期間において、更に、前記大小関係の切り替わりが2回以上あった場合は、前記コイルに対する通電を中断して前記ロータを停止させた後、改めて前記コイルに対する通電を開始すると好適である。
【0019】
このような構成とすれば、脱調状態であることを特定し三相モータを再起動することで、脱調状態を解消することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
モータ制御装置の構成を示す図である。
120度通電制御の場合の各相の相電圧及び誘起電圧を示す図である。
位置検出のタイミング及び判定部による判定の一例を示す図である。
位置検出のタイミング及び判定部による判定の一例を示す図である。
位置検出のタイミング及び判定部による判定の一例を示す図である。
モータ制御装置の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0021】
本発明に係るモータ制御装置は、所謂センサレスで三相モータのロータの位置を検出しながら当該三相モータを駆動するが、このような駆動中において、外乱があった場合であっても、適切に三相モータを駆動できるように構成される。以下、本実施形態のモータ制御装置1について説明する。
【0022】
図1は、本実施形態のモータ制御装置1を模式的に示した図である。モータ制御装置1は、三相モータMが有するコイルCの通電状態を切り替えて当該三相モータMの駆動制御を行う。三相モータMが有するコイルCとは、所謂スター結線或いはデルタ結線により接続されたステータコイルである。図1の例では、三相モータMはスター結線で接続された3つのコイルCを有する。三相モータMの駆動制御とは、三相モータMのロータ(図示せず)を回転させて回転力を出力するように制御することをいう。モータ制御装置1は、このような三相モータMの駆動制御を行う。なお、本実施形態では、上述したように、三相モータMのコイルCはスター結線により構成されたものを例に挙げて説明するが、デルタ結線により構成されたものであっても良い。
【0023】
本実施形態のモータ制御装置1は、図1に示されるように、制御部10、ドライバ20、インバータ30、比較部40、位置検出機能部50、判定機能部60を備えて構成される。位置検出機能部50はゼロクロス検出部51、算定部52、マスク期間設定部53、検出部54を有し、判定機能部60は、大小関係検出部61、判定部62を有する。
【0024】
制御部10は、後述する位置検出機能部50により検出されたロータの位置に基づいてコイルCの通電状態を切り替え、コイルCに対する通電をPWM制御で行う。ここで、図2は、モータ制御装置1により120度通電制御を行った場合の各相の相電圧及び誘起電圧を示す図である。コイルCの通電状態を切り替えるとは、図2の通電形態における「U相⇒V相」で示されるようなU相のコイルCからV相のコイルCに電流が流れる状態、以下同様に「U相⇒W相」で示されるようなU相のコイルCからW相のコイルCに電流が流れる状態、「V相⇒W相」で示されるようなV相のコイルCからW相のコイルCに電流が流れる状態、「V相⇒U相」で示されるようなV相のコイルCからU相のコイルCに電流が流れる状態、「W相⇒U相」で示されるようなW相のコイルCからU相のコイルCに電流が流れる状態、「W相⇒V相」で示されるようなW相のコイルCからV相のコイルCに電流が流れる状態に、順次切り替えを行うことを言う。制御部10はPWM信号を生成し、後述するインバータ30をPWM制御する。これにより、三相モータMのコイルCに対する通電を制御することが可能となる。このようなPWM信号によるPWM制御は、公知であるので説明は省略する。
【0025】
図1に戻り、ドライバ20は、制御部10とインバータ30との間に設けられ、制御部10により生成されたPWM信号が入力される。ドライバ20は、入力されたPWM信号のドライブ能力を向上し、インバータ30に出力する。
【0026】
インバータ30は、三相モータMのコイルCに流れる電流を制御して、三相モータMを駆動する。また、インバータ30は、第1の電源ライン2と当該第1の電源ライン2の電位よりも低い電位に接続される第2の電源ライン3との間で、直列に接続されたハイサイドスイッチング素子QHとローサイドスイッチング素子QLとを有するアーム部Aを3組備えている。第1の電源ライン2とは、電源Vに接続されるケーブルである。第1の電源ライン2の電位よりも低い電位に接続される第2の電源ライン3とは、電源Vの出力電圧よりも低い電位が印加されたケーブルであり、本実施形態では接地されたケーブルが相当する。
【0027】
本実施形態では、ハイサイドスイッチング素子QHはP−MOSFETを用いて構成され、ローサイドスイッチング素子QLはN−MOSFETを用いて構成される。ハイサイドスイッチング素子QHは、ソース端子が第1の電源ライン2に接続され、ドレーン端子がローサイドスイッチング素子QLのドレーン端子に接続される。ローサイドスイッチング素子QLのソース端子は第2の電源ライン3に接続される。このように接続されたハイサイドスイッチング素子QH及びローサイドスイッチング素子QLでアーム部Aを構成し、インバータ30はこのアーム部Aを3組備える。
【0028】
ハイサイドスイッチング素子QH及びローサイドスイッチング素子QLの夫々のゲート端子はドライバ20と接続され、上述したドライブ能力が向上されたPWM信号が入力される。また、各アーム部Aのハイサイドスイッチング素子QHのドレーン端子は、三相モータMが有する3つの端子(U相端子、V相端子、W相端子)に夫々接続される。
【0029】
ゼロクロス検出部51は、三相のコイルCのうちの二相のコイルCに通電されている状態において、当該二相とは異なる他の一相の相電圧の電圧値が三相モータMの3つの端子の夫々と抵抗器R1を介して接続された疑似中点の電圧の電圧値である疑似中点電圧値を上回るタイミング及び相電圧の電圧値が疑似中点電圧値を下回るタイミングをゼロクロスとして検出する。
【0030】
三相のコイルCのうちの二相のコイルCに通電されている状態とは、上述したように制御部10がU相のコイルC、V相のコイルC、及びW相のコイルCのうちの2つのコイルCにPWM制御で通電している状態である。このため、「当該二相とは異なる他の一相」とは、制御部10がU相のコイルC、V相のコイルC、及びW相のコイルCのうち、PWM制御で通電されていないコイルCを有する相が相当し、具体的には、例えば図2の通電形態において「U相⇒V相」の場合には、W相が相当する。
(【0031】以降は省略されています)

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