(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動回路を有するブラシレス電気モータであって、
該ブラシレス電気モータが、
周囲温度を決定するための手段と、
出力トルクを確定された最大トルクに制限するための手段と、
前記最大トルクを周囲温度に依存的に変更する手段とを備えて、
前記周囲温度の上昇に応じ前記最大トルクを前記周囲温度の所定の範囲で規定されるコア温度域に係るスペックよりも低くすることができるとともに、
前記周囲温度の低下に応じ前記最大トルクを前記周囲温度の所定の範囲で規定されるコア温度域に係るスペックを超えて高くすることができること
を特徴とするブラシレス電気モータ。
【請求項２】
前記周囲温度の所定の範囲で規定されるコア温度域よりも、高い温度域および低い温度域における前記最大トルクの変化が、前記コア温度域における最大トルクの変化よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のブラシレス電気モータ。
【請求項３】
前記駆動回路が、
該ブラシレス電気モータを駆動するモータ電流をブロックリミットに制限する手段と、
前記ブロックリミットを前記周囲温度に依存的に変更する手段とを備えて、
前記周囲温度の上昇に応じて前記ブロックリミットを低くすることができるとともに、前記周囲温度の低下に応じて前記ブロックリミットを高くすることができることを特徴とする請求項１または２に記載のブラシレス電気モータ。
【請求項４】
前記コア温度域よりも、高い温度域および低い温度域のうちの少なくとも一方における前記ブロックリミットの変化が、前記コア温度域における前記ブロックリミットの変化よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載のブラシレス電気モータ。
【請求項５】
前記駆動回路が、該ブラシレス電気モータを駆動するモータ電圧をパルス幅変調する手段を備え、
前記最大トルクは、前記パルス幅変調の確定された最大デューティによって実現され、且つ、前記最大トルクを変更するために、前記最大デューティが変更可能であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のブラシレス電気モータ。
【請求項６】
ブラシレス電気モータの駆動方法であって、
該ブラシレス電気モータの周囲温度を決定し、出力トルクを確定された最大トルクに制限するとともに、
前記最大トルクを周囲温度に依存的に変更して、前記周囲温度の上昇に応じ前記最大トルクを前記周囲温度の所定の範囲で規定されるコア温度域に係るスペックよりも低くすることができるとともに、前記周囲温度の低下に応じ前記最大トルクを前記周囲温度の所定の範囲で規定されるコア温度域に係るスペックを超えて高くすることができることを特徴とするブラシレス電気モータの駆動方法。
【請求項７】
前記周囲温度の所定の温度範囲で規定されるコア温度域よりも、高い温度域および低い温度域における前記最大トルクの変化が、前記コア温度域における最大トルクの変化よりも大きいことを特徴とする請求項６に記載のブラシレス電気モータの駆動方法。
【請求項８】
前記周囲温度に依存して、前記ブラシレス電気モータを駆動するモータ電流のブロックリミットを、前記周囲温度の上昇に応じて低くすることができるとともに、
前記周囲温度の低下に応じて高くすることができることを特徴とする請求項６または７に記載のブラシレス電気モータの駆動方法。
【請求項９】
前記コア温度域よりも、高い温度域および低い温度域のうちの少なくとも一方における前記ブロックリミットの変化が、前記コア温度域における前記ブロックリミットの変化よりも大きいことを特徴とする請求項８に記載のブラシレス電気モータの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータと、ステータと、駆動回路を有するブラシレス電気モータおよび同電気モータの駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車に於いてアクチュエータもしくは位置決めドライブとして用いられる電気モータは、組み込み場所によっては様々な要求下、特に、温度範囲に係る要求下にある。エンジンルーム内に取り付けられた電気モータ、例えば、エアーダンパーを制御する電気モータ或いはヘッドライトの照射範囲を調整するための電気モータは、例えば、−４０°Ｃから＋１２５°Ｃの温度範囲に対応するものでなければならない。シートポジションの調整用或いはパワーステアリング用といった、車両内部に組み込まれた電気モータについては、例えば、−１０°Ｃから８５°Ｃの温度範囲に対応することが義務付けられている。その他の用途、例えば、屋外又は産業施設に組み込まれるサーボモータについてもそうした温度要求がある。
【０００３】
その電気モータ並びに、場合によっては後付けされたドライブが、全温度範囲にわたって、要求規格を満足するためには、時として、大掛かりな構造が必要である。それにも増して、使用材料、そして場合によっては潤滑剤もが、全温度範囲にわたって要求負荷に耐えなければならない。それによって、その電気モータは価格が高くなり、比較的大掛かりな工数をかけなければ製造できない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明の課題は、比較的広い温度範囲にわたって、要求される規格を満足する、低コスト、かつ簡便な構造のブラシレス電気モータおよびブラシレス電気モータの駆動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、請求項６に記載された方法との関連に於いて請求項１に記載された特徴を有する電気モータによって解決される。
【０００６】
本発明は、殆どの用途、但し、特に自動車関連用途に対応する電気モータが、その温度範囲の最大値で動作されることは、実際にはないか若しくは希、及び／又は短時間であるとの認識を基礎に置いている。それにしても、その電気モータ乃至はその電気モータによって駆動されるドライブは、そもそも当該用途での使用が許可されるためには、全温度範囲に対応するべくスペック化することが必要である。
【０００７】
本発明による電気モータ乃至はその電気モータによって駆動されるドライブは、連続動作に際しては、全温度範囲よりは小さいコア温度域に対応するようになっていて、そのコア温度域では、上側の限界温度がより小さく、下側の限界温度がより大きい。すなわち、全温度範囲はコア温度域を含む。
【０００８】
かくして、本発明による電気モータは、周囲温度を決定するための手段と、出力トルクを確定された最大トルクに制限し、それに伴って最大負荷を制限する手段とを備える。この最大トルクは、好適には、コア温度域における規格に相応する。
【０００９】
周囲温度がコア温度域よりも下方の寒冷温度域（以下寒冷域と略記）にある場合、例えば、潤滑剤の粘度が増加して、駆動されたアクチュエータは摩擦がより高くなることによって動きがより固くなる。摩擦が大きくても動力取り出し側では同じ有効トルクが得られるよう、その寒冷域では、本発明の場合、モータの最大トルクをコア温度域に係るスペックを超えて高くするようになっている。
【００１０】
これは、温度がより低いことでステータ巻線及び駆動回路の高出力電子部品がより好適に冷却されるゆえに可能である。したがってその電気モータを、少なくとも短時間は、破損させずに規格の上限を超えて動作させることができる。
【００１１】
いずれにしても、その都度短時間しか動作されないサーボモータでは、例えば一度のアクチュエーションを実施するには、そのような短時間で十分である。それによって、そのモータを、コア温度域よりも下で動作させることは問題ない。
【００１２】
周囲温度がコア温度域よりも高い高温温度域（以下高温域と略記）にある場合、例えば、潤滑剤の粘度が低くなって、アクチュエータをより簡単に動かすことができる。同時に、その温度のためにプラスチック製の歯車を有するドライブなどの材料及び高出力電子部品には、既により大きな負荷がかかっているゆえに、それらの部品を保護するために、最大トルクを、コア温度域に係るスペックの下の値に下げる。
【００１３】
かくして、本発明により、電気モータの温度範囲を、スペック化されたコア温度域を超えて拡張することができ、しかもその際、その電気モータ又はモータの電子部品に構造上の変更を加えることは必要ない。それゆえ、その電気モータを、要求よりも小さなコア温度域に対応させてスペック化することが可能である。それによって、その電気モータ及び或いは存在するドライブをより小型且つ低価格で形成できる。
【００１４】
本発明によるブラシレス電気モータは単相若しくは多相型であってよく、特に、３相型であると良い。
【００１５】
上述した、自動車の例では、例えば、内部域での使用のためにスペック化された電気モータを、本発明によるモータ制御の適合化により、場合によっては、エンジンルームで使用することも可能である。故に、本発明による電気モータ乃至はその電気モータによって駆動されるドライブは、全体としてより低コストである。
【００１６】
本発明を発展させたものでは、モータがブロックされた時に発生する最大モータ電流は、更に、モータ制御機構に設けられたブロックリミットによって制限されている。そのブロックリミットは、最大トルクに応じて適合化されるので、低温ではブロックリミットが高くされ、高温では低くされる。その際、そのブロックリミットは、それぞれ、変更された最大トルクが達成できるように変更することが必要である。
【００１７】
本発明による、最大トルクの適合化は、例えば、温度に直接依存的に無段に実行してよい。但し、その最大トルクを、段階的に、特定の温度範囲毎に確定するようにしてもよい。
【００１８】
本発明の好適な実施態様では、最大トルク及びブロックリミットは、コア温度域内ではコンスタントである。コア温度域外では、最大トルクは温度の上昇に対して低下するように変化する。
【００１９】
本発明の好適な実施態様では、モータ制御機構に、モータ電圧のパルス幅変調が見られる。デューティを変更することでモータの電圧を調整でき、それと併せてモータ電流を調整できる。モータのトルクは電流と比例関係にある。ここで、最大トルクは最大デューティによって実現されている。すなわち、この実施態様では、最大トルクの変更は最大デューティを変更することで実行される。
【発明の効果】
【００２０】
このように本発明にかかるブラシレス電気モータおよび同電気モータの駆動方法によれば、比較的広い温度範囲にわたって、要求される規格を満足することができ、低コスト、かつ簡便な構造のブラシレス電気モータおよびブラシレス電気モータの駆動方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明にかかるブラシレス電気モータの一実施例における概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明にかかるブラシレス電気モータの駆動方法における、周囲温度に対するブロックリミット及び最大トルクの依存特性の一例を示す特性図である。
【図３】図１に示す電気モータの三角結線例を、そのモータ相の回路構成とともに示す図である。
【図４】本発明にかかるブラシレス電気モータの駆動方法における、周囲温度に対するブロックリミット及び最大トルクの依存特性の他の例を示す特性図である。
【図５】本発明にかかるブラシレス電気モータの駆動方法における、周囲温度に対するブロックリミット及び最大トルクの依存特性の他の一例を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、本発明にかかるブラシレス電気モータおよびブラシレス電気モータの駆動方法の一実施例を図面に基づき説明する。
【００２３】
図１は、本発明によるモータを、モータ電子機構と併せて概略的に示すものであって、本モータは、例では３相型ブラシレスモータ直流モータとして形成されている。電気モータ７には、好適には電気モータ７若しくはドライブに集積された駆動回路１３が装備されている。
【００２４】
駆動回路１３は、個々のモータ相を駆動するためのブリッジ回路６を備える。そのブリッジ回路は、上側ブリッジ３と下側ブリッジ５に分割されている。そのブリッジ回路はマイクロコントローラ２を介して制御するようになっている。
【００２５】
モータ相４はブリッジ回路６を介してパルス幅変調（ＰＷＭ）によって駆動される。その際、ＯＮ時間／ＯＦＦ時間（デューティ）の関係によってモータ印加電圧が決まる（Ｕｍ＝Ｕｉｎ（ＯＮ時間／（ＯＮ時間＋ＯＦＦ時間）））。モータ電圧を調整することでモータ電流を決定でき、他方また、トルクは電流に比例する。
【００２６】
更に、電気モータ７は、周囲温度を測定するために配置されていて、例えば、マイクロコントローラ２の信号入力に接続されている周囲温度センサー１を備える。マイクロコントローラ２は温度信号を解析してＰＷＭを本発明に従って制御する。
【００２７】
本発明では、電気モータ７は、トルクを最大トルクに制限する手段と、その最大トルクを周囲温度に依存的に変更する手段とを備える。この二つのことの何れもがマイクロコントローラ２の中で、ＰＷＭを温度信号に依存的に変更することで実行される。その最大トルクは、最大デューティによって実現されている。それは、回転数を調整するために、デューティを上記最大デューティまでしか変更できないことを意味する。
【００２８】
例えば、その最大デューティは、コア温度域の中では、最大トルクが１．２Ｎｍであった場合、５０％であると良い。温度が、コア温度域を超えて上昇した場合、最大トルクが、例えば、０．５Ｎｍに確定される。その場合、最大デューティはそれでも４２％である。温度がコア温度域を外れて低下した場合、その最大デューティは５０％よりも大きく、好適には、６０％と１００％の間である。
【００２９】
図２には、周囲温度Ｔとの関係で見た最大トルクの推移が例解的に示されている。本電気モータのコア温度域８は、例では、−１０°Ｃから＋８５°Ｃに及ぶ。コア温度域８では、本モータは、スペック化された最大トルク（例では１．２Ｎｍ）を達成する。それは、本モータ乃至はドライブに属する全ての構成要素が、コア温度域８に於ける最大トルクに対応することを意味する。その構成要素というのは、なかんずく、例えばブリッジ回路に属するパワースイッチ、潤滑剤及びドライブである。コア温度域８では、最大トルク１１は、コンスタントに１．２Ｎｍとなっている。
【００３０】
電気モータ7は、コア温度域８の外に於いて、拡大された寒冷域９では−４０°Ｃと−１０°Ｃの間で動作可能であって、拡大された高温域１０では＋８５°Ｃと＋１０５°Ｃの間で動作可能である。
【００３１】
寒冷域９に於ける摩擦の上昇を克服するために、この温度域では最大トルク１１を上昇させる。例では、この上昇は周囲温度Ｔと反比例に実行されることから、寒冷域９では最大トルク１１は直線状に落下する。
【００３２】
高温域１０では、最大トルク１１は周囲温度Ｔに比例して減少するので、ここでも最大トルク１１は直線状に落下する。
【００３３】
ここに示す依存性とは別に、最大トルク１１は別の形で、例えば非直線状、特に、段状に周囲温度Ｔに適合化されていてよい。すなわち、最大トルク１１の周囲温度に対する依存特性は、図２に例示するもの以外にも、種々の特性が考えられる。たとえば、寒冷域９および高温域１０において周囲温度Ｔの上昇にともなって、最大トルク１１が減少し、これら寒冷域９および高温域１０における最大トルク１１の変化が、コア温度域８における最大トルク１１の変化よりも大きくなる特性であればよい（図４および図５参照）。
ここで、図４は、最大トルクが温度に対して非直線状に変化する例である。図５では、コア温度域においても最大トルクはコンスタントではなく、温度が上がるに従って若干最大トルクが小さくなるようにされている。また、寒冷域におけるブロックリミットの変化がコア温度域におけるブロックリミットの変化より大きくなっている。こうすることにより、非常に低い温度において凍結や潤滑油の硬化によるブロックに抗して強い回転力を与えることが可能となる。また、高温域におけるブロックリミットの変化もコア温度域におけるブロックリミットの変化より大きくなっている。こうすることにより、非常に高い温度においては、加熱を防ぐためにブロックされたときの電流を他の温度の時に増して制限することができる。なお、図５ではブロックリミットは、コア温度域において温度に対して一定となっているが、寒冷域や高温域での場合よりも小さい変化であれば、コア領域内でも温度に依存して変化していてもよい。本発明は、図で示した例に限られることなく、最大トルクやブロックリミットの変化について、また、各温度領域での特性について、いろいろな組み合わせがあり得る。
【００３４】
それに加えて、駆動回路１３は、モータ電流をブロックリミット１２に制限する制限手段を備える。その制限手段は、モータがブロックされる時にモータ電流がブロックリミット１２を超えて上昇してモータを或いは損傷若しくは破壊してしまうのを阻止する。図表では、ブロックリミット１２は破線であらわされている。寒冷域９に於けるブロックリミット１２はコア温度域８に於けるブロックリミット１２よりも高くなっているが、それは、最大トルク１１がより高くなっているためにより大きな最大電流が必要とされるからである。それに対して、高温域１０に於けるブロックリミット１２はコア温度域８に於けるブロックリミット１２よりも低くなっている。
【００３５】
ここに示した実施例とは別にトルクをその他の手段によって制限して、必ずしもＰＷＭ制御が必要とされないようにしてもよい。
【００３６】
図３には、モータ巻線４を有する従来の技術によるモータが図示されていて、そのモータは、三角結線された三つの相並びに、電子スイッチＴ１、Ｔ３、Ｔ５から成る上側ブリッジ３と電子スイッチＴ２、Ｔ４、Ｔ６から成る下側ブリッジ５から成る相応のブリッジ回路６から成る。それに代えて、同じく知られている、三つの相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗの星型配置も可能である（図示せず）。
【００３７】
なお本発明にかかるブラシレス電気モータおよびブラシレス電気モータの駆動方法は、上述した実施例に限定されるものではなく、それらの趣旨を変更することなく、適宜変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  周囲温度センサー
２  マイクロコントローラ
３  上側ブリッジ
４  モータ巻線
５  下側ブリッジ
６  ブリッジ回路
７  電気モータ
８  コア温度域
９  寒冷域
１０  高温域
１１  最大トルク
１２  ブロックリミット
１３  駆動回路
Ｄ  トルク軸
Ｉ  電流軸
Ｔ  温度軸
【図１】
0006004982.tif 000002
【図２】
0006004982.tif 000003
【図３】
0006004982.tif 000004
【図４】
0006004982.tif 000005
【図５】
0006004982.tif 000006