(57)【要約】【課題】ベクトル制御センサレス方式により、低速回転時にも安定してオイルポンプ用のブラシレスモータの駆動制御をすることができるオイルポンプ用モータ駆動装置を提供する。【解決手段】、オイルポンプ用モータ駆動装置は、ステータのコイルに流れる複数相の電流をそれぞれ検出する電流検出部と、検出された複数相の電流を、ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑに変換し、ｄ軸電流Ｉｄとｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆとの比較、およびｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆとの比較によりロータの実回転位置と仮想回転位置との位相誤差を算出し、当該位相誤差が零に近づくように制御を行い、ブラシレスモータの各相に印加する電圧指令値をモータ駆動回路に出力する制御部と、を備え、制御部は、ブラシレスモータの回転数が所定の回転数よりも小さい場合に、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを零より大きい値に設定する。【選択図】図１
2018196309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オイルポンプ用でステータとロータとを有するブラシレスモータが回転している際に、前記ステータのコイルに流れる複数相の電流をそれぞれ検出する電流検出部と、
検出された前記複数相の電流を、前記ロータの磁石が作る磁束方向のｄ軸とｄ軸に直交するｑ軸からなり前記ロータとともに回転するｄ−ｑ座標系におけるｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑに変換し、前記ｄ軸電流Ｉｄとｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆとの比較、および前記ｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆとの比較により前記ロータの実回転位置と仮想回転位置との位相誤差を算出し、当該位相誤差が零に近づくように制御を行い、前記ブラシレスモータの各相に印加する電圧指令値をモータ駆動回路に出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記ブラシレスモータの回転数が所定の回転数よりも小さい場合に、前記ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを零より大きい値に設定する、オイルポンプ用モータ駆動装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記ブラシレスモータの回転数が所定の回転数よりも小さい場合に、前記ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを所定の値に設定する、請求項１に記載のオイルポンプ用モータ駆動装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記ブラシレスモータの回転数が所定の回転数よりも小さい場合に、前記ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを前記ブラシレスモータの回転数に応じた値に設定する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記ブラシレスモータの回転数が所定の回転数以上である場合に、前記ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを零に設定する、請求項１に記載のオイルポンプ用モータ駆動装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記ブラシレスモータの回転数が所定の回転数よりも小さい場合に、前記ｑ軸電流Ｉｑの変化を監視し、前記ｑ軸電流Ｉｑの増減に追随させて前記ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを増減させる、請求項１に記載のオイルポンプ用モータ駆動装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記ブラシレスモータの起動時に、ｄ軸電流Ｉｄのオープンループ制御を行うことより前記ロータの位置を検出する、請求項１に記載のオイルポンプ用モータ駆動装置。
【請求項７】
オイルポンプ用でステータとロータを有するブラシレスモータが回転している際に、前記ステータのコイルに流れる複数相の電流をそれぞれ検出し、
検出された前記複数相の電流を、前記ロータの磁石が作る磁束方向のｄ軸とｄ軸に直交するｑ軸からなり前記ロータとともに回転するｄ−ｑ座標系におけるｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑに変換し、前記ｄ軸電流Ｉｄとｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆとの比較、および前記ｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆとの比較により前記ロータの実回転位置と仮想回転位置との位相誤差を算出し、当該位相誤差が零に近づくように制御を行い、前記ブラシレスモータの各相に印加する電圧指令値をモータ駆動回路に出力し、
前記ブラシレスモータの回転数が所定の回転数よりも小さい場合に、前記ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを零より大きい値に設定する、オイルポンプ用モータの駆動制御方法。
【請求項８】
前記ブラシレスモータの回転数が所定の回転数よりも小さい場合に、前記ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを所定の値に設定する、請求項７に記載のオイルポンプ用モータの駆動制御方法。
【請求項９】
前記ブラシレスモータの回転数が所定の回転数よりも小さい場合に、前記ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを前記ブラシレスモータの回転数に応じた値に設定する、請求項７に記載のオイルポンプ用モータの駆動制御方法。
【請求項１０】
前記ブラシレスモータの回転数が所定の回転数以上である場合に、前記ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを零に設定する、請求項７に記載のオイルポンプ用モータの駆動制御方法。
【請求項１１】
前記ブラシレスモータの回転数が所定の回転数よりも小さい場合に、前記ｑ軸電流Ｉｑの変化を監視し、前記ｑ軸電流Ｉｑの増減に追随させて前記ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを増減させる、請求項７に記載のオイルポンプ用モータの駆動制御方法。
【請求項１２】
前記ブラシレスモータの起動時に、ｄ軸電流Ｉｄのオープンループ制御を行うことより前記ロータの位置を検出する、請求項７に記載のオイルポンプ用モータの駆動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オイルポンプ用モータ駆動装置及びオイルポンプ用モータの駆動制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスモータにおける、電流、電圧、巻線抵抗などのモータ定数から計算したモータの誘起電圧をもとにロータの位置を推定するベクトル制御型センサレス方式が知られている。特許文献１には、ベクトル制御型センサレス方式において、ブラシレスモータの回転速度が、最低モータ回転速度を上回る高速領域では、誘起電圧に基づきロータの位置情報を得る１８０度通電正弦波駆動を実施し、最低モータ回転速度を下回る低速領域では、１２０度通電矩形波駆動を実施する技術が開示されている。特許文献２には、起動時にはオープンループ制御（起動モード）によりセンサレスでブラシレスモータを駆動させ、モータ起動後は電流フィードバック制御（電流制御モード）によりブラシレスモータを駆動させるように制御モードの切替えを行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０６４３８５号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３３３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
昨今、オイルポンプ用のブラシレスモータの駆動に、ベクトル制御型センサレス方式を適用する取り組みがなされている。オイルポンプ用のブラシレスモータにおいて、高速運転での使用のみならず、低速運転での使用のニーズも高い。特許文献１に記載の技術では、上述したように、ブラシレスモータが、高速回転しているときと、低速回転しているときと、でモータ駆動方式を切替える。しかしながら、このようなモータ駆動方式の切り替えを行うと制御が複雑になりがちである。オイルポンプ用のブラシレスモータの駆動では、よりシンプルな制御方法が求められている。ところが、全ての速度領域において、誘起電圧に基づいてロータの位置を推定する１８０度通電正弦波駆動を実施しようとすると、誘起電圧が低くなる低速運転時にはロータの位置の推定精度が低下する。このため、低速運転時にはロータの円滑な回転が得られないおそれがある。
【０００５】
また、特許文献２に記載の技術では、低速運転におけるロータ位置の推定精度の低下は抑えられる。しかしながら、当該技術をオイルポンプ用などの比較的大型のブラシレスモータの駆動に適用した場合、起動モードにおいて電流を大きくすることに伴うロータの変形によって振動が発生するおそれがあった。
【０００６】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施の形態によれば、オイルポンプ用モータ駆動装置は、電流検出部と、制御部と、を備える。電流検出部は、オイルポンプ用でステータとロータとを有するブラシレスモータが回転している際に、ステータのコイルに流れる複数相の電流をそれぞれ検出する。制御部は、検出された複数相の電流を、ロータの磁石が作る磁束方向のｄ軸とｄ軸に直交するｑ軸からなりロータとともに回転するｄ−ｑ座標系におけるｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑに変換し、ｄ軸電流Ｉｄとｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆとの比較、およびｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆとの比較によりロータの実回転位置と仮想回転位置との位相誤差を算出し、当該位相誤差が零に近づくように制御を行う。そして、制御部は、ブラシレスモータの各相に印加する電圧指令値をモータ駆動回路に出力する。さらに、制御部は、ブラシレスモータの回転数が所定の回転数よりも小さい場合に、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを零より大きい値に設定する。
【発明の効果】
【０００８】
前記一実施の形態によれば、ベクトル制御センサレス方式により、低速回転時にも安定してオイルポンプ用のブラシレスモータの駆動制御をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態の概要にかかるオイルポンプ用モータ駆動装置の構成の一例を示す模式図である。
【図２】実施の形態１にかかるオイルポンプ用モータ駆動装置の一実施形態を示す回路ブロック図である。
【図３】実施の形態１にかかるオイルポンプ用モータ駆動装置における、ベクトル制御の処理フローの概略について説明するフローチャートである。
【図４】ｄ−ｑ座標系とγ−δ座標系との関係を模式的に示す図である。
【図５】ブラシレスモータにおけるロータの回転数に対するｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆの一例を示す模式図である。
【図６】ロータの回転数が所定の回転数より小さい場合に、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを零より大きい所定の値に設定する処理フローの一例について説明するフローチャートである。
【図７】ブラシレスモータにおけるロータの回転数に対するｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆの別の一例を示す模式図である。
【図８】ブラシレスモータにおけるロータの回転数が所定の回転数より小さい場合に、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを、零より大きく、かつ、ブラシレスモータの回転数に応じた値に設定する処理フローの一例について説明するフローチャートである。
【図９】実施の形態２にかかるオイルポンプ用モータ駆動装置における、ブラシレスモータの回転数が所定の回転数よりも小さい場合のｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑの経時変化の一例を模式的に示す図である。
【図１０】実施の形態２にかかるオイルポンプ用モータ駆動装置において、ロータの回転数が所定の回転数より小さい場合に、ｑ軸電流Ｉｑの変化を監視し、ｑ軸電流Ｉｑの増減に追随させてｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを増減させる処理フローの一例について説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、上記課題を解決するための手段を適用した実施形態を詳細に説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、様々な処理を行う機能ブロックとして図面に記載される各要素は、ハードウェア的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、又はその他の回路で構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現される。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、又はそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは当業者には理解されるところであり、何れかに限定されるものではない。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
【００１１】
また、上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスク）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、及び半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【００１２】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクション又は実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部又は全部の変形例、応用例、詳細説明、又は補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００１３】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（動作ステップ等も含む）は、特に明示した場合及び原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、又は位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数等（個数、数値、量、範囲等を含む）についても同様である。
【００１４】
＜実施の形態の概要＞
実施の形態の詳細について説明する前に、まず、実施の形態の概要について説明する。図１は、実施の形態の概要にかかるオイルポンプ用モータ駆動装置１０の構成の一例を示す模式図である。図１に示すように、オイルポンプ用モータ駆動装置１０は、モータ駆動回路１２と、電流検出部１３と、制御部１４と、を備えている。
【００１５】
電流検出部１３は、オイルポンプ用でステータとロータ１６とを有するブラシレスモータ１１が回転している際に、ステータのコイル１５に流れる複数相の電流をそれぞれ検出する。制御部１４は、検出された複数相の電流を、ｄ−ｑ座標系におけるｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑに変換する。ここで、ｄ−ｑ座標系は、ロータ１６の磁石が作る磁束方向のｄ軸とｄ軸に直交するｑ軸からなり、ロータ１６とともに回転する座標系である。制御部１４は、ｄ軸電流Ｉｄとｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆとの比較、およびｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆとの比較によりロータ１６の実回転位置と仮想回転位置との位相誤差を算出する。さらに、制御部１４は、当該位相誤差が零に近づくように制御を行い、ブラシレスモータ１１の各相に印加する電圧指令値をモータ駆動回路１２に出力する。制御部１４は、ブラシレスモータ１１の回転数が所定の回転数よりも小さい場合に、ｄ軸方向の電流指令値であるｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを零より大きい値に設定する。
【００１６】
上述したように、オイルポンプ用モータ駆動装置１０は、ブラシレスモータ１１１におけるロータ１１６の回転数が所定の回転数より小さい場合に、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを零より大きい値に設定する。このようにすると、誘起電圧ｅを大きくすることができるので、低速回転時にもセンサレスで位相誤差を精度良く推定することができる。これにより、ベクトル制御センサレス方式により、低速回転時にも安定してオイルポンプ用のブラシレスモータの駆動制御をすることができる。
【００１７】
＜実施の形態１＞
次に、実施の形態１の詳細について説明する。図２は、実施の形態１にかかるオイルポンプ用モータ駆動装置１１０の一実施形態を示す回路ブロック図である。ここで、オイルポンプ用モータ駆動装置１１０は、オイルポンプ用のブラシレスモータ１１１における回転子の角度位置を、エンコーダやホール素子などの位置センサを用いずにセンサレスで検出し、ブラシレスモータ１１１を駆動する装置である。図２に示すように、オイルポンプ用モータ駆動装置１１０は、電流検出部１１３と、制御部１１４と、モータ駆動回路１１２と、ゲートドライブ回路１２０と、を備えている。
【００１８】
ブラシレスモータ１１１は、車両などに適用されるオイルポンプ用のブラシレスモータである。ブラシレスモータ１１１は、３相ＤＣブラシレスモータであり、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相巻線（Ｕ相巻線１１５ｕ，Ｖ相巻線１１５ｖ，Ｗ相巻線１１５ｗ）が円筒状のステータに設けられ、該ステータの中央部に形成された空間に永久磁石のロータ１１６が配置される。
【００１９】
電流検出部１１３は、ブラシレスモータ１１１の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に流れる電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出するセンサである。制御部１１４は、例えばＭＣＵ(Micro Control Unit)で、１８０度通電センサレスベクトル方式でブラシレスモータ１１１の駆動を制御する。すなわち、制御部１１４は、１８０度通電正弦波駆動におけるベクトル制御型センサレス方式によりブラシレスモータ１１１の各相に印加する電圧指令値を算出し、当該電圧指令値をモータ駆動回路１１２に出力する。なお、制御部１１４による、ブラシレスモータ１１１の駆動制御方法の詳細については後述する。ゲートドライブ回路１２０は、制御部１１４からの６本の制御信号を６相の電圧信号（Ｕ＋／−、Ｖ＋／−、Ｗ＋／−）に変換してモータ駆動回路１１２に出力する。
【００２０】
モータ駆動回路１１２は、インバータ回路で、逆並列のダイオード１１８ａ〜１１８ｆを含むスイッチング素子１１７ａ〜１１７ｆを３相ブリッジ接続した回路と、電源回路１１９と、を有する。スイッチング素子１１７ａ〜１１７ｆは、各制御端子（ゲート端子）においてゲートドライブ回路１２０と接続されている。スイッチング素子１１７ａ〜１１７ｆは、例えばＦＥＴ（Field effect transistor）で構成される。スイッチング素子１１７ａ〜１１７ｆの各制御端子（ゲート端子）は、ゲートドライブ回路１２０と接続されている。スイッチング素子１１７ａ〜１１７ｆは、ゲートドライブ回路１２０を介して制御部１１４からの制御信号によりオン、オフ制御される。
【００２１】
次に、制御部１１４による、ブラシレスモータ１１１の駆動制御方法について説明する。なお、以下の説明では、図２に示すオイルポンプ用モータ駆動装置１１０の回路ブロック図についても適宜参照する。
【００２２】
図３は、ベクトル制御の処理フローの概略について説明するフローチャートである。図３に示すように、まず、電流検出部１１３によって検出された３相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを取り込む（ステップＳ１０１）。そして、取り込んだ３相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、Ａ／Ｄ変換した後、２相電流Ｉα，Ｉβに変換する（ステップＳ１０２）。ここで、２相電流Ｉα，Ｉβは、それぞれ、Ｕ相方向をα軸とする２軸静止座標系であるα−β座標系における、α軸成分、β軸成分である。３相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗから２相電流Ｉα，Ｉβに変換する演算式は以下の通りである。
【００２３】
【数１】
2018196309.tif 000003
【００２４】
ステップＳ１０２に続き、２相電流Ｉα，Ｉβは、さらにｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑに変換される（ステップＳ１０３）。ここで、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑは、それぞれ、ブラシレスモータ１１１のロータ１１６と共に回転する座標系であるｄ−ｑ座標系における、ｄ軸成分、ｑ軸成分である。ｄ軸は、ロータに取り付けられた永久磁石の作る磁束方向の軸であり、ｑ軸は、ｄ軸に直交する方向の軸である。ｑ軸電流Ｉｑは回転トルクを発生させる成分であり、ｄ軸電流Ｉｄは磁束を作る成分である。２相電流Ｉα，Ｉβをｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑに変換する演算式は以下の通りである。
【００２５】
【数２】
2018196309.tif 000004
【００２６】
ステップＳ１０３に続き、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑが、それぞれ、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ、ｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆに早く安定するようにＰＩ制御（比例積分制御）を行い、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ、ｑ軸電圧指令値Ｖｑを算出する（ステップＳ１０４）。そして、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ、ｑ軸電圧指令値Ｖｑは、それぞれ、α−β座標系におけるα軸成分の電圧指令値Ｖα、β軸成分の電圧指令値Ｖβに変換される（ステップＳ１０５）。Ｖｄ、ＶｑからＶα、Ｖβに変換する演算式は以下の通りである。
【００２７】
【数３】
2018196309.tif 000005
【００２８】
ステップＳ１０５に続き、α−β座標系における電圧指令値Ｖα、Ｖβは、ＰＷＭ変調により３相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換され、ゲートドライブ回路１２０を介してモータ駆動回路１１２に出力される（ステップＳ１０６）。
【００２９】
次に、ベクトル制御型センサレス方式におけるロータ１１６の位置情報の推定について説明する。
ブラシレスモータ１１１は、ロータ１１６の位置情報を検出する、エンコーダやホール素子などの位置センサを備えていない。位置センサを備えていないブラシレスモータのベクトル制御方法（ベクトル制御型センサレス方式）については、例えば、論文「電流推定誤差に基づくセンサレスブラシレスＤＣモータ制御（電気学会論文誌Ｄ  平成７年１１５巻４号）」などに開示されている。ベクトル制御型センサレス方式によるブラシレスモータの駆動制御においては、ロータの実回転位置と、制御上で仮定しているロータの仮想回転位置との偏差（位相誤差）を推定し、この位相誤差が零になるように仮想回転位置を修正する。位相誤差の演算は、誘起電圧から間接的に求める。
【００３０】
具体的には、ブラシレスモータ１１１が位置センサを備えていない場合、ロータ１１６の実回転位置であるｄ軸、ｑ軸の位置が不明なので、ロータ１１６の仮想回転位置を基準とするγ−δ座標系を設定する。図４は、ｄ−ｑ座標系とγ−δ座標系との関係を模式的に示す図である。図４に示すように、γ−δ座標系では、ｄ軸からΔθ遅れたところにγ軸を定め、γ軸から９０度進んだところにδ軸を定める。すなわち、γ軸のｄ軸からの遅れΔθは、ロータ１６の実回転位置と仮想回転位置との位相誤差である。位相誤差Δθの回転行列により、ｄ−ｑ座標系からγ−δ座標系に変換することができる。ｄ−ｑ座標系からγ−δ座標系に変換する演算式は以下の通りである。
【００３１】
【数４】
2018196309.tif 000006
【００３２】
ｄ−ｑ座標系におけるブラシレスモータ１１１の電圧方程式は以下の式で表される。ここで、ｖｄはｄ軸方向の電圧[Ｖ]、ｖｑはｑ軸方向の電圧[Ｖ]、Ｉｄはｄ軸方向の電流[Ａ]、Ｉｑはｑ軸方向の電流[Ａ]、Ｒは巻線抵抗[Ω]、Ｌｄはｄ軸巻線自己インダクタンス[Ｈ]、Ｌｑはｑ軸巻線自己インダクタンス[Ｈ]、ｅは誘起電圧[Ｖ]、ｐは演算子である。
【００３３】
【数５】
2018196309.tif 000007
【００３４】
上記ｄ−ｑ座標系におけるブラシレスモータ１１１の電圧方程式に対して、上述した、ｄ−ｑ座標系からγ−δ座標系に変換する演算式を施してγ−δ座標系におけるブラシレスモータ１１１の電圧方程式を求める。そして、求めたγ−δ座標系におけるブラシレスモータ１１１の電圧方程式から電流推定誤差を導出する。γ軸のｄ軸からの遅れ（位相誤差）Δθが十分に小さい時、サンプル点ｎでの電流推定誤差ΔＩ（ｎ）は以下の式で表される。ここで、Ｔはモータトルク、ｅ（ｎ−１）はサンプル点ｎ−１での誘起電圧、Δθ（ｎ−１）はサンプル点ｎ−１での位相誤差である。
【００３５】
【数６】
2018196309.tif 000008
【００３６】
上記電流推定誤差の式から位相誤差Δθを推定することができる。上記電流推定誤差の式から分かるように、位相誤差Δθを精度良く推定するためには、誘起電圧ｅがある程度大きくなければならない。しかしながら、ロータ１１６が低速回転している時には、誘起電圧ｅが小さくなるため、電流推定誤差の式から位相誤差Δθを推定し難くなる。
【００３７】
ところで、誘起電圧ｅは、モータ角速度（電気角）ω[ｒａｄ／ｓｅｃ]と誘起電圧定数ＫＥ[Ｖ／（ｒａｄ／ｓｅｃ）]との関数で表される（ｅ＝ＫＥ×ω）。誘起電圧定数ＫＥは磁気の大きさと関係している。すなわち、磁気の大きさが大きくなると誘起電圧定数ＫＥの値が大きくなる。磁気はｄ軸電流Ｉｄにプラスの電流を流すことにより大きくすることができる。つまり、ｄ軸電流Ｉｄにプラスの電流を流すことにより誘起電圧ｅを大きくすることができる。よって、ブラシレスモータ１１１のロータ１１６が低速回転している場合に、ｄ軸電流Ｉｄにプラスの電流を流せば誘起電圧ｅが大きくなり、位相誤差Δθを精度良く推定することができる。
【００３８】
そこで、本実施の形態にかかるオイルポンプ用モータ駆動装置１１０では、ブラシレスモータ１１１におけるロータ１１６の回転数が所定の回転数（例えば３００ｒｐｍ）より小さい場合に、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆが零より大きい値に設定する。このようにすると、ｄ軸電流Ｉｄにプラスの電流が流れるようになり、誘起電圧ｅを大きくすることができるので、位相誤差Δθを精度良く推定することができる。
【００３９】
図５は、ブラシレスモータ１１１におけるロータ１１６の回転数に対するｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆの一例を示す模式図である。図５に示すように、ブラシレスモータ１１１におけるロータ１１６の回転数が３００ｒｐｍより小さい場合、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆが零より大きい所定値（例えば３[Ａ]）に設定する。このようにすると、ブラシレスモータ１１１のロータ１１６が低速回転している時に誘起電圧ｅを大きくすることができるので、電流誤差ΔＩを精度良く検出することができる。これにより、ブラシレスモータ１１１のロータ１１６が低速回転している時にもセンサレスで位相誤差Δθを精度良く推定することができる。
【００４０】
一方、ブラシレスモータ１１１におけるロータ１１６の回転数が３００ｒｐｍより大きい場合、誘起電圧ｅは、ｄ軸電流Ｉｄを流さなくても電流誤差ΔＩを精度良く検出するために十分な大きさである。このため、ブラシレスモータ１１１におけるロータ１１６の回転数が３００ｒｐｍより大きい場合、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを零に設定し、トルクに寄与しないｄ軸電流Ｉｄが零になるように制御する。これにより、ブラシレスモータ１１１の消費電力を低減することができる。
【００４１】
図６は、ロータ１１６の回転数が所定の回転数より小さい場合に、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを零より大きい所定の値に設定する処理フローの一例について説明するフローチャートである。なお、以下の説明において、図２に示すオイルポンプ用モータ駆動装置１１０の回路ブロック図を適宜参照する。
図６に示すように、まず、ロータ１１６の回転数を検出する（ステップＳ２０１）。続いて、ロータ１１６の回転数が所定の回転数より小さいか否かを判断する（ステップＳ２０２）。ステップＳ２０２において、ロータ１１６の回転数が所定の回転数以上の場合（ＮＯの場合）、処理を後述するステップＳ２０４に進める。ステップＳ２０２において、ロータ１１６の回転数が所定の回転数より小さい場合（ＹＥＳの場合）、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを所定の値に設定する（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０３に続き、ブラシレスモータ１１１が停止したか否かを判断する（ステップＳ２０４）。ステップＳ２０４において、ブラシレスモータ１１１が停止した場合には処理を終了し、ブラシレスモータ１１１が停止していない場合には処理をステップＳ２０１に戻す。
【００４２】
[変形例１]
【００４３】
図７は、ブラシレスモータ１１１におけるロータ１１６の回転数に対するｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆの別の一例（図５に示す一例とは異なる一例）を示す模式図である。図７に示すように、ブラシレスモータ１１１におけるロータ１１６の回転数が３００ｒｐｍより小さい場合、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを、零より大きく、かつ、ブラシレスモータ１１１の回転数に応じた値に設定する。ここでは、ロータ１１６の回転数が３００ｒｐｍより小さい場合、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ[Ａ]とロータ１１６の回転数Ｒ[ｒｐｍ]との関係は、Ｉｄｒｅｆ[Ａ]＝３−Ｒ[ｒｐｍ]／１００である。このようにすると、ブラシレスモータ１１１のロータ１１６が低速回転している時に誘起電圧ｅを必要十分な大きさにすることができる。このため、図５に示す場合よりも、ロータ１１６が低速回転している時の消費電力を低減できる。
【００４４】
ブラシレスモータ１１１におけるロータ１１６の回転数が３００ｒｐｍより大きい場合には、図５に示す一例と同様に、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを零に設定し、トルクに寄与しないｄ軸電流Ｉｄが零になるように制御する。
【００４５】
図８は、ブラシレスモータ１１１におけるロータ１１６の回転数が所定の回転数より小さい場合に、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを、零より大きく、かつ、ブラシレスモータ１１１の回転数に応じた値に設定する処理フローの一例について説明するフローチャートである。なお、以下の説明において、図２に示すオイルポンプ用モータ駆動装置１１０の回路ブロック図を適宜参照する。
【００４６】
図８に示すように、まず、ロータ１１６の回転数を検出する（ステップＳ３０１）。続いて、ロータ１１６の回転数が所定の回転数より小さいか否かを判断する（ステップＳ３０２）。ステップＳ３０２において、ロータ１１６の回転数が所定の回転数以上の場合（ＮＯの場合）、処理を後述するステップＳ３０５に進める。ステップＳ３０２において、ロータ１１６の回転数が所定の回転数より小さい場合（ＹＥＳの場合）、Ｉｄｒｅｆテーブルから、現在のロータ１１６の回転数に対応するＩｄｓｌｏｗｒｅｆを抽出する（ステップＳ３０３）。ここで、Ｉｄｒｅｆテーブルとは、図７に示す、ロータ１１６の回転数とｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆの設定値Ｉｄｓｌｏｗｒｅｆとの対応関係を記憶させたデータテーブルである。ステップＳ３０３に続いて、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆとして、ステップＳ３０３において抽出したＩｄｓｌｏｗｒｅｆを設定する（ステップＳ３０４）。
【００４７】
ステップＳ３０４に続いて、ブラシレスモータ１１１が停止したか否かを判断する（ステップＳ３０５）。ステップＳ３０５において、ブラシレスモータ１１１が停止した場合には処理を終了し、ブラシレスモータ１１１が停止していない場合には処理をステップＳ２０１に戻す。
【００４８】
以上より、実施の形態１にかかるオイルポンプ用モータ駆動装置１１０では、ブラシレスモータ１１１におけるロータ１１６の回転数が所定の回転数より小さい場合に、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを零より大きい値に設定する。このようにすると、ｄ軸電流Ｉｄにプラスの電流が流れて誘起電圧ｅを大きくすることができるので、ブラシレスモータ１１１のロータ１１６が低速回転している時にもセンサレスで位相誤差Δθを精度良く推定することができる。これにより、ベクトル制御センサレス方式により、低速回転時にも脱調などを引き起こす可能性がなく安定してオイルポンプ用のブラシレスモータの駆動制御をすることができる。
【００４９】
また、オイルポンプ用モータ駆動装置１１０では、回転指令が急に変化した場合に、特許文献２に記載の技術のようにオープンループ制御を行う必要がないので、特許文献２に記載の技術で制御する場合と比べて速度応答性が速い。また、オイルポンプ用モータ駆動装置１１０では、低速回転時に、ロータの変形に伴う振動が発生するおそれもない。
【００５０】
＜実施の形態２＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態２について説明する。なお、実施の形態１と共通の部分については共通の符号を付してその説明を省略する。
実施の形態２にかかるオイルポンプ用モータ駆動装置の概略構成は、図２に示すオイルポンプ用モータ駆動装置１１０の概略構成と同じである。また、オイルポンプ用モータ駆動装置１１０の制御部１１４による、ブラシレスモータ１１１の駆動制御における処理フローは、実施の形態１において図３、図６（または図８）を用いて説明した処理と基本的に同じである。
【００５１】
本実施の形態では、図２に示すブラシレスモータ１１１の駆動制御において、ブラシレスモータ１１１の回転数が所定の回転数よりも小さい場合に、制御部１１４は、ｑ軸電流Ｉｑの値を監視し、ｑ軸電流Ｉｑの値の増減に追随してｄ軸電流Ｉｄの値が増減するように制御する。つまり、本実施の形態では、制御部１１４は、ｑ軸電流Ｉｑが外乱などにより変化した場合に、ブラシレスモータ１１１のトルク変動が起こったと判断し、ｑ軸電流Ｉｑの値の増減に追随してｄ軸電流Ｉｄの値が増減するように、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを増減させる。この点が実施の形態１とは異なる特徴点である。
【００５２】
図９は、ブラシレスモータ１１１の回転数が所定の回転数よりも小さい場合の、ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑの経時変化の一例を模式的に示す図である。ここで、縦軸は電流値[Ａ]、横軸は経過時間[ｓ]である。また、実線Ｌ１がｄ軸電流Ｉｄ、破線Ｌ２がｑ軸電流Ｉｑである。図９に示すように、ｑ軸電流Ｉｑが増加したタイミングに同期させてｄ軸電流Ｉｄを増加させている。
【００５３】
図１０は、ロータ１１６の回転数が所定の回転数より小さい場合に、ｑ軸電流Ｉｑの変化を監視し、ｑ軸電流Ｉｑの増減に追随させてｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを増減させる処理フローの一例について説明するフローチャートである。なお、以下の説明において、図２に示すオイルポンプ用モータ駆動装置１１０の回路ブロック図を適宜参照する。また、図１０に示す処理フローの一例は、図６に示すフローチャートに、実施の形態１と異なる上記特徴点に関する処理を追加したものである。図６に示すフローチャートの代わりに、図８に示すフローチャートに、実施の形態１と異なる上記特徴点に関する処理を追加してもよいのはいうまでもない。
【００５４】
図１０に示すように、まず、ロータ１１６の回転数を検出する（ステップＳ４０１）。続いて、ロータ１１６の回転数が所定の回転数より小さいか否かを判断する（ステップＳ４０２）。ステップＳ４０２において、ロータ１１６の回転数が所定の回転数以上の場合（ＮＯの場合）、処理を後述するステップＳ４０９に進める。ステップＳ４０２において、ロータ１１６の回転数が所定の回転数より小さい場合（ＹＥＳの場合）、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを所定の値に設定する（ステップＳ４０３）。
【００５５】
ステップＳ４０３に続き、ロータ１１６の回転数は実質的に一定か否かを判断する（ステップＳ４０４）。続いて、ｑ軸電流Ｉｑをサンプリングする（ステップＳ４０５）。続いて、今回サンプリングしたｑ軸電流Ｉｑ（ｎ）が前回のサンプリングしたＩｑ（ｎ−１）に対して、増加したか（Ｉｑ（ｎ）＞Ｉｑ（ｎ−１））、減少したか（Ｉｑ（ｎ）＜Ｉｑ（ｎ−１））、増加も減少もしていないか（Ｉｑ（ｎ）＝Ｉｑ（ｎ−１））を判断する（ステップＳ４０６）。なお、今回サンプリングしたｑ軸電流Ｉｑ（ｎ）が前回のサンプリングしたＩｑ（ｎ−１）に対して増加も減少もしていない（Ｉｑ（ｎ）＝Ｉｑ（ｎ−１））とは、Ｉｑ（ｎ）とＩｑ（ｎ−１）との差分ΔＩｑ（ΔＩｑ＝Ｉｑ（ｎ）−Ｉｑ（ｎ−１））が所定の範囲内（−α≦ΔＩｑ≦α、α＞０）にあることを意味する。同様に、差分ΔＩｑが所定の範囲の上限を上回る場合（ΔＩｑ＞α）はＩｑ（ｎ）＞Ｉｑ（ｎ−１）であり、差分ΔＩｑが所定の範囲の下限を下回る場合（ΔＩｑ＜−α）はＩｑ（ｎ）＜Ｉｑ（ｎ−１）であると判断する。
【００５６】
ステップＳ４０６において、Ｉｑ（ｎ）＝Ｉｑ（ｎ−１）と判断された場合、処理を後述するステップＳ４０９に進める。ステップＳ４０６において、Ｉｑ（ｎ）＞Ｉｑ（ｎ−１）と判断された場合、ｄ軸電流指令値ＩｄｒｅｆにΔＩｑの大きさに応じた電流ΔＩｄを加えて（Ｉｄｒｅｆ＝Ｉｄｒｅｆ＋ΔＩｄ）（ステップＳ４０７）、処理を後述するステップＳ４０９に進める。ステップＳ４０６において、Ｉｑ（ｎ）＜Ｉｑ（ｎ−１）と判断された場合、ｄ軸電流指令値ＩｄｒｅｆにΔＩｑの大きさに応じた電流ΔＩを減じて（Ｉｄｒｅｆ＝Ｉｄｒｅｆ−ΔＩｄ）（ステップＳ４０８）、処理を後述するステップＳ４０９に進める。
【００５７】
そして、ブラシレスモータ１１１が停止したか否かを判断する（ステップＳ４０９）。ステップＳ４０９において、ブラシレスモータ１１１が停止した場合には処理を終了し、ブラシレスモータ１１１が停止していない場合には処理をステップＳ４０１に戻す。
【００５８】
ｑ軸電流Ｉｑの増加は、外乱などによりブラシレスモータ１１１の負荷が増加したときに起こる。これは、ブラシレスモータ１１１に加わる負荷が増加するとブラシレスモータ１１１の回転数が低下するが、ブラシレスモータ１１１の回転数を維持するためにはｑ軸電流Ｉｑを増加させる必要があるからである。負荷の増加によりｑ軸電流Ｉｑが増加したときにｄ軸電流Ｉｄを増加させないと、誘起電圧が電流誤差を精度良く検出するために十分な大きさにならず、位相誤差Δθを精度良く推定することができないおそれがある。反対に、ｑ軸電流Ｉｑの減少は、何らかの要因でブラシレスモータ１１１の負荷が低下したときに起こる。ｑ軸電流Ｉｑが減少したときにｄ軸電流Ｉｄを減少させないと、誘起電圧が電流誤差を精度良く検出するために十分な大きさ以上になるのでモータ効率が低下する。
【００５９】
本実施の形態にかかるオイルポンプ用モータ駆動装置では、上述したように、ブラシレスモータの回転数が所定の回転数よりも小さい場合に、ｑ軸電流Ｉｑの変化を監視し、ｑ軸電流Ｉｑの増減に追随させてｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを増減させる。これにより、ブラシレスモータを低速回転させている際に負荷変動が起こっても、ｄ軸電流Ｉｄを十分に推定するために必要十分な大きさにすることができる。
【００６０】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【００６１】
例えば、上記実施の形態において、ブラシレスモータの起動時にｄ軸電流Ｉｄのオープンループ制御を行ってもよい。なお、ｄ軸電流Ｉｄのオープンループ制御を行う方法は、特許文献２などに記載された既知の方法であり、ここではその詳細について説明しない。上記実施の形態において、起動時にｄ軸電流Ｉｄのオープンループ制御を行うと、起動時のロータの位置を正確に把握することができるので、起動後の低速運転においてロータの位置の推定精度がより向上する。これにより、起動後の低速運転においてブラシレスモータの駆動制御をより安定して行うことができる。
【符号の説明】
【００６２】
１０、１１０  オイルポンプ用モータ駆動装置
１１、１１１  ブラシレスモータ
１２、１１２  モータ駆動回路
１３、１１３  電流検出部
１４、１１４  制御部
１５  コイル
１６、１１６  ロータ
１１５ｕ  Ｕ相巻線
１１５ｖ  Ｖ相巻線
１１５ｗ  Ｗ相巻線
１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、１１７ｄ、１１７ｅ、１１７ｆ  スイッチング素子
１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄ、１１８ｅ、１１８ｆ  ダイオード
１１９  電源回路
１２０  ゲートドライブ回路
【図１】
2018196309.tif 000009
【図２】
2018196309.tif 000010
【図３】
2018196309.tif 000011
【図４】
2018196309.tif 000012
【図５】
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【図６】
2018196309.tif 000014
【図７】
2018196309.tif 000015
【図８】
2018196309.tif 000016
【図９】
2018196309.tif 000017
【図１０】
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