(57)【要約】【課題】回転速度処理信号の処理系統が二重化され、故障検知が可能となった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、モータ３の回転を検知し、パルス電圧波形を出力する回転センサ４０と、パルス電圧波形の周波数を電圧に変換するＦＶコンバータ５０と、ＦＶコンバータ５０が出力する電圧をデジタル信号に変換するＡＤコンバータ１２と、モータ３の回転速度を算出する処理部１０とを備える。処理部１０は、デジタル信号の示す電圧値から回転速度ＦＡを算出するとともに、タイマ１３の計時機能によってパルス電圧波形のパルスの周期を計時し、周期から回転速度ＦＢを算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転を検知し、パルス電圧波形を出力する回転センサと、
前記パルス電圧波形の周波数を電圧に変換するＦＶコンバータと、
前記ＦＶコンバータが出力する電圧をデジタル信号に変換するＡＤコンバータと、
前記モータの回転速度を算出する処理部とを備え、
前記処理部は、前記デジタル信号の示す電圧値から第１の回転速度を算出するとともに、タイマ機能によって前記パルス電圧波形のパルスの周期を計時し、前記周期から第２の回転速度を算出する、モータ制御装置。
【請求項２】
前記処理部は、前記第１の回転速度および前記第２の回転速度の一方が予め定められた正常範囲に入っており、かつ前記第１の回転速度および前記第２の回転速度の他方が前記正常範囲に入っていない場合には、前記一方の回転速度を使用して前記モータの制御を行なう、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記処理部は、前記第１の回転速度と前記第２の回転速度との差の大きさが判定値より小さい場合には、前記第１の回転速度を使用して前記モータの制御を行なう、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記処理部は、前記第１の回転速度および前記第２の回転速度の両方が予め定められた正常範囲に入っており、かつ前記第１の回転速度と前記第２の回転速度との差の大きさが判定値より大きい場合には、前記モータを停止させる、請求項１に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車、二輪車、船舶等においては、電動モータが使用される。特許文献１（特開２０１８−１９５１３号公報）には、モータ制御装置において、ＤＣブラシレスモータの回転速度の検出に、ＤＣブラシレスモータの回転速度に相関する周波数のパルス信号を生成するパルス信号生成装置と、上記パルス信号の周波数に相関するアナログ電圧値を出力するＦＶ変換装置とが利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−１９５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術では、パルス信号生成装置の処理系統が１つであるため、この処理系統が故障した際に制御を継続できないという問題がある。一方、ＦＶ変換装置をもう１系統設けて冗長構成とする場合には、コストが問題となる。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するためのものであって、その目的は、回転速度処理信号の処理系統が二重化され、故障検知が可能となったモータ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、モータ制御装置に関する。モータ制御装置は、モータの回転を検知し、パルス電圧波形を出力する回転センサと、パルス電圧波形の周波数を電圧に変換するＦＶコンバータと、ＦＶコンバータが出力する電圧をデジタル信号に変換するＡＤコンバータと、モータの回転速度を算出する処理部とを備える。処理部は、デジタル信号の示す電圧値から第１の回転速度を算出するとともに、タイマ機能によってパルス電圧波形のパルスの周期を計時し、周期から第２の回転速度を算出する。
【０００７】
好ましくは、処理部は、第１の回転速度および第２の回転速度の一方が予め定められた正常範囲に入っており、かつ第１の回転速度および第２の回転速度の他方が正常範囲に入っていない場合には、一方の回転速度を使用してモータの制御を行なう。
【０００８】
好ましくは、処理部は、第１の回転速度と第２の回転速度との差の大きさが判定値より小さい場合には、第１の回転速度を使用してモータの制御を行なう。
【０００９】
好ましくは、処理部は、第１の回転速度および第２の回転速度の両方が予め定められた正常範囲に入っており、かつ第１の回転速度と第２の回転速度との差の大きさが判定値より大きい場合には、モータを停止させる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ＦＶコンバータを使用した回転数演算の冗長化をタイマ機能を使用して行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施の形態のモータ制御装置の構成を示す回路図である。
【図２】回転センサの一例であるホールセンサについて説明するための図である。
【図３】ホールセンサの出力波形を示した図である。
【図４】ＡＤコンバータを使用する際の信号経路を抽出したブロック図である。
【図５】ＦＶコンバータの入力と出力の波形を示した波形図である。
【図６】ＦＶコンバータ出力と回転速度との関係を示すマップである。
【図７】タイマ機能による回転速度の検出の説明をするための波形図である。
【図８】処理部が実行する回転速度検出処理を説明するためのフローチャートである。
【図９】図８のステップＳ２の処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図１０】図８のステップＳ３の処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００１３】
図１は、本実施の形態のモータ制御装置の構成を示す回路図である。図１を参照して、モータシステム１は、モータ３と、モータ３を制御するモータ制御装置２とを備える。
【００１４】
モータ制御装置２は、モータ３の回転速度を回転センサ４０で検出し、モータ３の作動を監視する。モータ制御装置２は、モータ３の回転を検知し、パルス電圧波形を出力する回転センサ４０と、パルス電圧波形の周波数を電圧に変換するＦＶコンバータ５０と、ＦＶコンバータ５０が出力する電圧をデジタル信号に変換するＡＤコンバータ１２と、回転センサ４０の出力に基づいてモータ３の回転速度を算出する処理部１０とを備える。処理部１０は、ＡＤ変換によって得られたデジタル信号の示す電圧値から第１の回転速度ＦＡを算出するとともに、タイマ１３の計時機能によってパルス電圧波形のパルスの周期を計時し、周期から第２の回転速度ＦＢを算出する。回転速度ＦＡ，ＦＢの算出方法については後に説明する。
【００１５】
処理部１０として、例えばマイクロコンピュータを使用することができる。処理部１０は、マイクロプロセッサ、ＡＤコンバータ１２、タイマ１３、メモリ１５等を含んで構成される。
【００１６】
図２は、回転センサの一例であるホールセンサについて説明するための図である。図３は、ホールセンサの出力波形を示した図である。図２には、２極ロータ３相ステータのモータにホールセンサを使用した例が示される。ロータ６１には永久磁石が配置される。ステータは、Ｕ相コイル６０Ｕ、Ｖ相コイル６０Ｖ、Ｗ相コイル６０Ｗを含む。Ｕ相コイル６０Ｕは、θ＝０の位置に配置され、Ｖ相コイル６０Ｖは、θ＝１２０°の位置に配置され、Ｗ相コイル６０Ｗは、θ＝２４０°の位置に配置される。ロータ６１に対し任意の位置に回転センサ４０としてホールセンサを取り付ける。ロータ６１が回転し回転センサ４０が磁極位置を検知することで図３に示すように出力波形が切り替わる。この場合、ロータ６１の１回転あたり２回の立ち上がりパルスが得られる。このため、図１のＦＶコンバータ５０およびＡＤコンバータ１２の系と、タイマ１３のカウンタによる系とにおいて、回転速度の検出が可能である。
【００１７】
再び図１を参照して、回転センサ４０からのセンサ信号は、ＦＶコンバータ５０によってアナログ電圧に変換される。ＡＤコンバータ１２は、変換されたアナログ電圧をＦＶコンバータから受け、これをデジタル信号に変換する。一方、タイマ１３は、回転センサ４０からのセンサ信号を直接受ける。なお、ＡＤコンバータ１２は、処理部１０（マイクロコンピュータ）に内蔵されていても、内蔵されていない別回路であっても良い。
【００１８】
処理部１０は、ＡＤコンバータ１２を使用して、後述の回転速度ＦＡを検出し、タイマ１３を使用して後述の回転速度ＦＢを検出する。処理部１０は、回転速度ＦＡと、回転速度ＦＢとを比較し、モータ制御装置２の故障を検知し、正常に作動している演算結果を判断し利用して制御を続行する。
【００１９】
処理部１０は、回転速度ＦＡおよび回転速度ＦＢがとりうる予め定められた範囲を、回転速度検出結果が逸脱するか否かによって、モータ制御装置の異常判定を行なう。処理部１０は、回転速度ＦＡ、回転速度ＦＢの内、正常範囲外の出力が得られた方に対応する系を故障とする。回転速度ＦＡおよび回転速度ＦＢが共に正常範囲内であり、かつ、測定値が異なる場合は回転検出異常として制御を停止させる。また、回転速度ＦＡおよび回転速度ＦＢが共に正常範囲外である場合は回転検出異常として制御を停止させる。回転速度ＦＡおよび回転速度ＦＢがともに正常範囲内であり、かつ、同一とみなされる場合には、ＦＶコンバータ５０による回転速度ＦＡを主系として利用する。回転速度の急変に対してＦＶコンバータ５０の方がタイマ１３よりも対応力が高いためである。なお、上述の回転速度ＦＡおよび回転速度ＦＢが同一とみなせる範囲は、ＦＶコンバータ５０の分解能に従って決定される。
【００２０】
以下、ＦＶコンバータ５０およびＡＤコンバータ１２を使用した回転速度ＦＡの検出方法と、タイマ１３を使用した回転速度ＦＢの検出方法について順に説明する。
【００２１】
（ＦＶコンバータおよびＡＤコンバータを使用した回転速度ＦＡの検出方法）
図４は、ＡＤコンバータを使用する際の信号経路を抽出したブロック図である。回転センサ４０からのパルス信号ＰＲをＦＶコンバータ５０が受ける。図５は、ＦＶコンバータの入力と出力の波形を示した波形図である。ＦＶコンバータ５０は、回転センサ４０からのパルス出力を周波数に応じた大きさの電圧ＶＲに変換する。
【００２２】
続いて、ＡＤコンバータ１２は、ＦＶコンバータ５０から出力される電圧ＶＲを受ける。処理部１０は、ＡＤコンバータ１２によりデジタル化した信号値を取得する。
【００２３】
図６は、ＦＶコンバータ出力と回転速度との関係を示すマップである。図６に示すマップは、予め処理部１０のメモリ１５に記憶されている。処理部１０は、このマップを参照して回転速度ＦＡを算出する。この時の回転速度の算出はマップ以外でも良く、たとえば近似式あるいは他の手法でもよい。
【００２４】
（タイマカウンタを利用した回転速度ＦＢの検出方法）
図７は、タイマ機能による回転速度の検出の説明をするための波形図である。回転速度ＦＢは、タイマ１３のインプットキャプチャ機能を使用して算出する。図７では、回転センサがモータのロータ１回転あたり２パルスを出力する場合を例示する。
【００２５】
タイマ１３は、回転センサ４０からのパルス信号ＰＲに対し、時刻ｔ１において、パルス波形の立ち上がりエッジを検出しタイマによる時間計測を開始する。このときタイマ１３はカウンタ値“３”をレジスタに記憶する。なお、検出するのはパルス波形の立ち下がりエッジでもよく、その場合以降の立ち上がり、立ち下がりの表記は逆となる。
【００２６】
続いて、時刻ｔ２において、回転センサ４０からの信号の立ち下がりエッジが到来した時には、タイマ１３はカウンタ値を記憶しない。
【００２７】
さらに時刻ｔ３において、タイマ１３は、回転センサ４０からの信号の立ち上がりエッジを検出し、再びカウンタ値“１１”を記憶し、タイマ計測を止める。
【００２８】
その後、処理部１０は、タイマ終了時のカウンタ値“１１”からタイマ開始時のカウンタ値“３”を引き算して差分を算出する。図７の場合、１１−３＝８となる。
【００２９】
カウンタ値の差分から、クロック何周期分の時間が経過したかがわかる。図７の場合、カウンタは２分周のプリスケーラ出力で一回カウントアップしているので、クロック周期が２００［μｓｅｃ］と仮定すると、タイマ計測時間Ｔ＝８×２００［μｓｅｃ］×２＝３.２×１０−３［ｓｅｃ］となる。
【００３０】
続いて、タイマ計測時間Ｔ［ｓｅｃ］からモータ回転速度を計測する。モータ回転速度Ｎ［ｒｐｍ］はＮ＝６０÷Ｔで算出できる。
【００３１】
図８は、処理部が実行する回転速度検出処理を説明するためのフローチャートである。図８を参照して、処理部１０は、ステップＳ１において回転センサ４０からパルス信号を受け付ける。続いて処理部１０は、ステップＳ２において回転速度算出処理Ａを実行し、結果として回転速度ＦＡを得る。さらに処理部１０は、ステップＳ３において回転速度算出処理Ｂを実行し、結果として回転速度ＦＢを得る。なお、ステップＳ２とステップＳ３は実行する順序を入れ替えても構わない。
【００３２】
図９は、図８のステップＳ２の処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図４および図９を参照して、ステップＳ２１において、ＦＶコンバータ５０が、回転センサ４０の信号を受け付けて、ステップＳ２２においてパルス信号ＰＲの周波数を電圧ＶＲに変換する。そしてステップＳ２３においてＡＤコンバータ１２が電圧ＶＲをデジタル信号ＤＲに変換する。そして処理部１０がデジタル信号ＤＲから図６のマップを参照してモータ３の回転速度ＦＡを算出する。回転速度ＦＡが算出されると、ステップＳ２５において処理は図８のフローチャートに戻される。
【００３３】
図１０は、図８のステップＳ３の処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図７および図１０を参照して、ステップＳ２１において、タイマ１３が、回転センサ４０の信号を受け付けて、ステップＳ３２においてパルス信号ＰＲの立ち上がりエッジをとらえてタイマによる計時を開始する。そしてステップＳ３３においてパルス信号ＰＲの次の立ち上がりエッジをとらえて、タイマ１３が計時を停止する。
【００３４】
処理部１０は、ステップＳ３５においてレジスタに格納された２つのカウント値の差からモータ３のロータの１回転にかかった時間を算出し、算出した時間をステップＳ３６において変換して回転速度ＦＢを算出する。回転速度ＦＢが算出されると、ステップＳ３７において処理は図８のフローチャートに戻される。
【００３５】
再び図８に戻って、回転速度ＦＡおよびＦＢが得られた後に、ステップＳ４において処理部１０は、回転速度ＦＡと回転速度ＦＢとを比較する。ステップＳ５では、処理部１０は、比較結果が同じであるか否かを判断する。具体的には、処理部１０は、回転速度ＦＡとＦＢの差が予め定めたしきい値以内であれば回転速度ＦＡとＦＢが同じであると判断する。
【００３６】
比較結果が同じである場合には（Ｓ５でＹＥＳ）、ステップＳ６において回転速度ＦＡが正常範囲内であるかを判断する。一方、比較結果が同じでない場合には（Ｓ５でＮＯ）、ステップＳ９に処理が進められる。
【００３７】
ＦＡが正常範囲内である場合（Ｓ６がＹＥＳ）、速度の急変に対しても応答が可能なＦＶコンバータ５０による経路で得られた回転速度ＦＡをモータ制御に使用する。一方、比較結果が異なる場合には（Ｓ６でＮＯ）、ステップＳ７において処理部１０は制御不可能である場合の処理を実行する。例えば、ステップＳ７において、処理部１０はモータを停止させる。
【００３８】
ステップＳ９では、処理部１０は、回転速度ＦＡが正常範囲内、かつ回転速度ＦＢが正常範囲外という条件が成立するか否かを判断する。この条件が成立した場合（Ｓ９でＹＥＳ）、処理部１０はステップＳ１０において、回転速度ＦＡをモータ制御に利用する。この条件が成立しない場合（Ｓ９でＮＯ）、ステップＳ１１に処理が進められる。
【００３９】
ステップＳ１１では、処理部１０は、回転速度ＦＡが正常範囲外、かつ回転速度ＦＢが正常範囲内という条件が成立するか否かを判断する。この条件が成立した場合（Ｓ１１でＹＥＳ）、処理部１０はステップＳ１２において、回転速度ＦＢをモータ制御に利用する。この条件が成立しない場合（Ｓ１１でＮＯ）、ステップＳ１３に処理が進められる。
【００４０】
ステップＳ１３に処理が進んだ場合は、例えば、比較結果が異なり、かつ回転速度ＦＡ、ＦＢとも正常範囲にあるケースが該当する。ステップＳ１３では、処理部１０は制御不可能である場合の処理を実行する。例えば、ステップＳ１３において、処理部１０はモータを停止させる。
【００４１】
以上の図８のステップＳ９〜Ｓ１２に示すように、処理部１０は、回転速度ＦＡおよび回転速度ＦＢの一方が予め定められた正常範囲に入っており、かつ回転速度ＦＡおよび回転速度ＦＢの他方が正常範囲に入っていない場合には、正常範囲に入っている一方の回転速度を使用してモータ３の制御を行なう。
【００４２】
また、ステップＳ５〜Ｓ８に示すように、処理部１０は、回転速度ＦＡと回転速度ＦＢとの差の大きさが判定値より小さく、両者が同じかつ回転速度ＦＡ正常範囲内であるとみなせる場合には、回転速度ＦＡを使用してモータ３の制御を行なう。
【００４３】
好ましくは、処理部１０は、第１の回転速度ＦＡおよび第２の回転速度ＦＢの両方が予め定められた正常範囲に入っており、かつ第１の回転速度ＦＡと第２の回転速度ＦＢとの差の大きさが判定値より大きい場合には、ステップＳ１３においてモータ３を停止させる。
【００４４】
以上説明したように、本実施の形態のモータ制御装置によれば、ＡＤコンバータ１２、タイマ１３のいずれかの機能が故障した場合、検出されたセンサ値に差異が生じることで故障の早期発見が可能となる。また、ＦＶコンバータを二重に設けなくても、タイマ機能を使用し回転速度を検出する冗長構成が実現できる。また、一方の回転速度算出の系が故障した場合でも他方によりモータ制御を続行することができる。
【００４５】
なお、回転センサ４０は、パルス出力するものであればどのようなセンサであっても良い。
【００４６】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４７】
１  モータシステム、２  モータ制御装置、３  モータ、１０  処理部、１２  ＡＤコンバータ、１３  タイマ、１５  メモリ、４０  回転センサ、５０  ＦＶコンバータ、６１  ロータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020089187.tif 000009
【図８】
2020089187.tif 000010
【図９】
2020089187.tif 000011
【図１０】
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