(57)【要約】【課題】本発明は、簡単な構成でどのようなモータにも適用することができ、かつ、モータコントローラの信頼性のある故障診断を行えるモータコントローラを提供することを目的とする。【解決手段】本発明のモータコントローラは、モータ１によって駆動される回転体５と、該回転体５の回転角度を検知するセンサ部６，８と、該モータ１を駆動する駆動回路と、該センサ部６，８の出力信号に基づき該駆動回路に対する指令信号を算出するモータ制御部１６と、を有する。診断手段１５は前記センサ部６，８が検知する回転体５の回転角度と前記モータ制御部１６からの駆動回路に対する指令信号とに基づきモータコントローラの故障診断を行う。【選択図】図２
2008259280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータによって駆動される回転体と、該回転体の回転角度を検知するセンサ部と、該モータを駆動する駆動回路と、該センサ部の出力信号に基づき該駆動回路に対する指令信号を算出するモータ制御部と、を有するモータコントローラにおいて、
前記センサ部が検知する回転体の回転角度と前記モータ制御部からの駆動回路に対する指令信号とに基づき、モータコントローラの故障診断を行う診断手段を有することを特徴とするモータコントローラ。
【請求項２】
請求項１に記載のモータコントローラにおいて、前記診断手段は、前記センサ部が検知する回転体の回転角度から角速度を求めて故障診断を行うことを特徴とするモータコントローラ。
【請求項３】
請求項１に記載のモータコントローラにおいて、前記診断手段は、前記センサ部が検知する回転体の回転角度変化の時間微分値を求めて故障診断を行うことを特徴とするモータコントローラ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のモータコントローラにおいて、前記センサ部が非接触式センサからなることを特徴とするモータコントローラ。
【請求項５】
請求項４記載のモータコントローラにおいて、前記非接触式センサがホールＩＣ、ＭＲ素子、またはＧＭＲ素子であることを特徴とするモータコントローラ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載のモータコントローラにおいて、前記診断手段による診断結果を前記モータ制御部と電気的に接続された不揮発性メモリに保存することを特徴とするモータコントローラ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載のモータコントローラにおいて、前記診断手段が故障と判定した場合は、前記モータの駆動を停止させることを特徴とするモータコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータによって駆動される回転軸の回転角度を角度センサ部により検知し、モータが目的の角度位置に追従するようモータを制御するモータコントローラに関し、特にモータコントローラの故障を診断する診断手段を有するモータコントローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータコントローラの故障を診断する診断手段を有するモータコントローラの一例が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載されているものは、スロットル弁が固定されているシャフトの回転位置をセンサ部のホールＩＣで検出し、ホールＩＣからの出力信号にてスロットル弁の回転角度を算出するとともに、スロットル弁を回転駆動するブラシレスモータから出力されるロータ位置検出信号に基づいてスロットル弁の回転角度を算出し、センサ部のホールＩＣに基づくスロットル弁の回転角度とブラシレスモータのロータ位置検出信号に基づくスロットル弁の回転角度とを比較することによりホールＩＣの故障を診断している。
【０００３】
また、モータからロータ位置検出信号が出力されないＤＣモータのモータコントローラの一般的な技術が、図７に示されている。ＤＣモータ３０によって回転駆動される出力軸３１には磁石３２が固定されており、この磁石３２の回転をセンサ素子３３で検出し、センサ素子３３は検出した検出信号を、マイクロコンピュータ３４に備えられている故障診断手段３５とモータ制御部３６に出力する。モータ制御部３６は目標となる出力軸３１の回転角度とセンサ素子３３の出力から算出される出力軸３１の回転角度を比較し、その差がなくなるようにＤＣモータ３０を駆動する指令信号（以下モータコマンド）を生成してモータドライバＩＣ３７に出力する。一方、故障診断手段３５は、センサ素子３３から出力される検出信号が、所定の範囲内の信号であるか否かを判断してモータコントローラの故障を診断する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４-５２６６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されたものは、センサ部のホールＩＣに基づくスロットル弁の回転角度とブラシレスモータのロータ位置検出信号に基づくスロットル弁の回転角度との２つによってモータコントローラの故障を診断しているため、モータコントローラの故障を正確に診断することができる。しかしながら、このようにしてモータコントローラの故障の診断を行うには、モータにロータ位置検出用ホールＩＣ（特許文献１では図示されず）が設けられていて、ロータ位置検出信号を出力するモータである必要があり、スロットル弁の回転角度検知用ホールＩＣと合わせて複数個のホールＩＣが必要であり、コストダウンを図ることができない。
【０００６】
また、図７に示されたモータコントローラは、その故障の診断は、ＤＣモータ３０を設定した回転位置に回転するためのセンサ素子３３からの出力信号を用いてモータコントローラの故障を診断しており、どのようなモータにおいても適用することができ、また、複数のホール素子等を必要としないため、コストを低減できる。しかしながら、その故障診断は、センサ素子３３からの出力信号のみを使用し、センサ素子３３からの出力信号が、出力軸３１の回転範囲で出力される出力信号であるか否かによってモータコントローラの故障を診断している。すなわち、故障診断手段３５は、センサ素子３３から出力され出力信号が出力軸３１の回転範囲内で出力される出力信号の強さ（電圧値）であればモータコントローラが正常であると判定する。そのため、例えば、磁石３２と出力軸３１を接着している接着剤が温度サイクルにより劣化し、磁石３２が出力軸３１に充分に固定されない状態で出力軸３１の回転と磁石３２の回転が同期しない場合であっても、磁石３２とセンサ素子３３の距離が正常時と同等であって、センサ素子３３からの出力信号の電圧値が正常範囲内となるときは、故障診断手段３５はモータコントローラが正常と判定してしまう。
【０００７】
図７に示されるモータコントローラではセンサ素子３３からの出力信号のみを使用してモータコントローラを診断しているため、信頼性のあるモータコントローラの診断を行えない。
【０００８】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成でどのようなモータにも適用することができ、かつ、モータコントローラの故障を正確に診断することができるモータコントローラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のモータコントローラは、モータによって駆動される回転体と、該回転体の回転角度を検知するセンサ部と、該モータを駆動する駆動回路と、該センサ部の出力信号に基づき該駆動回路に対する指令信号を算出するモータ制御部とを有し、前記センサ部が検知する回転体の回転角度と前記モータ制御部からの駆動回路に対する指令信号とに基づき、モータコントローラの故障診断を行う診断手段を有することを特徴としている。
【００１０】
本願発明は、モータを設定した回転位置に回転させるためのセンサ部が検知する回転体の回転角度とモータ制御部からの駆動回路に対する指令信号とに基づき、モータコントローラの故障診断を行っており、例えば、モータ制御部からの駆動回路に正転指令が出力されている場合には、センサ部が検知する回転体の回転角度が増加していないときにはモータコントローラが故障していると判定することができ、センサ素子を複数設けないで、簡単な構成でモータコントローラの診断を精度良く行うことができる。
【００１１】
また、本発明のモータコントローラは、診断手段が、センサ部が検知する回転体の回転角度から角速度を求め、この角速度とモータ制御部からの駆動回路に対する指令信号とに基づき故障診断を行う。
【００１２】
また、本発明のモータコントローラは、診断手段が、センサ部が検知する回転体の回転角度変化の時間微分値を求め、この時間微分値とモータ制御部からの駆動回路に対する指令信号とに基づき故障診断を行う。
【００１３】
また、本発明のモータコントローラは、センサ部が非接触式センサからなり、非接触式センサは具体的にはホールＩＣ、ＭＲ素子、またはＧＭＲ素子である。
【００１４】
また、本発明のモータコントローラは、診断手段による診断結果をモータ制御部と電気的に接続された不揮発性メモリに保存することを特徴としており、診断手段が故障と判定した場合等の診断結果を次回のモータ制御に利用できる。
【００１５】
さらに、本発明のモータコントローラは、診断手段が故障と判定した場合は、モータの駆動を停止させることを特徴としており、本発明ではモータコントローラの故障のときは直ちにモータを停止させてモータコントローラの破損を防止する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、ブラシレスモータ等の特別なモータに限られず、どのモータにおいても、新たにセンサを追加することなく簡単な構成でモータコントローラの故障について信頼性の高い診断をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係るモータコントローラの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１にはモータコントローラの構成を示し、図２はモータコントローラの機能ブロック図を示している。
【００１８】
１は、２輪駆動から４輪駆動へ、あるいは４輪駆動から２輪駆動へとその車輪の駆動方式を切り替えるためのモータであり、本実施形態ではＤＣ電源で駆動されるＤＣモータである。モータ１は一般的なモータであれば特に制限事項はなく、３相ブラシレスモータやリニア駆動式のモータでもよい。モータ１の駆動軸２にはウォームギア３が取り付けられており、ウォームギア３は、回転体である出力軸５に固着された出力ギア４に噛合している。モータ１が駆動されて出力軸５が回転することにより車輪の駆動方式が切り替えられる。出力軸５には磁石６が固定されており、出力軸５と同期して回転する。磁石６はフェライト磁石、ネオジウム磁石あるいはサマリウムコバルト磁石のいずれの磁石でもよく、また、磁石の形状は円柱状、立方体あるいはその中間形状でもよい。
【００１９】
磁石６の上方には回路基板７が配置されており、磁石６と対向する位置には、磁石６の動きを検知するホール素子からなるセンサ素子８が配置されており、磁石６とセンサ素子８によって出力軸５の回転角度を検知するセンサ部が構成されている。センサ素子８は、磁力の強さに反応するホール素子、磁力線の方向に反応するＭＲ素子もしくはＧＭＲ素子のいずれでも、磁石６の回転角度に応じた出力信号が生成されるものであればよい。
【００２０】
また、回路基板７には、マイクロコンピュータ９、モータ１を駆動する駆動回路を有するモータドライバＩＣ１０、マイクロコンピュータ９内の情報を保存する機能を有しているＥＥＰＲＯＭ１０が備えられている。
【００２１】
マイクロコンピュータ９は、図２に示すように、モータコントローラの故障診断を行う診断手段１５とモータ制御部１６を有している。モータ制御部１６には、車輪の駆動方式を切り替える切替信号とセンサ素子８で生成された出力信号が入力され、モータ制御部１６は実装しているソフトウェアによりセンサ素子８の出力信号を角度情報に変換する。車輪の駆動方式を切り替える切替信号がモータ制御部１６に入力されると、モータ制御部１６は、センサ素子８に基づく出力軸５の回転角度と車輪の駆動方式を切り替えるための出力軸５の回転角度とを比較し、出力軸５が駆動方式を切り替える回転角度になるまでモータ１を駆動するモータコマンドをモータドライバＩＣ１０と診断手段１５に出力する。
【００２２】
モータコマンドとしては、図３に示される４つの指令信号がある。すなわち、モータドライバＩＣ１０のスイッチＳ１，Ｓ４をＯＮにする正転指令、スイッチＳ２，Ｓ３をＯＮにする反転指令、スイッチＳ１〜Ｓ４の全てをＯＦＦにする停止指令、スイッチＳ４のみをＯＮにするブレーキ指令の４種類のモータコマンドがある。モータ制御部１６は４種類のうちのいずれかをモータドライバＩＣ１０に出力することによりモータドライバＩＣ１０の駆動回路でモータ１を駆動する。
【００２３】
診断手段１５は、モータ制御部１６からの正転指令、反転指令、停止指令又はブレーキ指令とセンサ素子８からのセンサ出力信号に基づいてモータコントローラを診断する。
【００２４】
図４にはモータ制御部１６からモータ１を正転させる正転指令が出力されている場合におけるセンサ素子８による出力軸５の回転角度を示している。モータコントローラが正常な場合には、センサ素子８に基づく出力軸５の回転角度は、正転指令が出力されている間は時間に応じて大きくなる。したがって、診断手段１５は、モータ制御部１６から正転指令が出力されているときにセンサ素子８に基づく出力軸５の回転角度が減少する場合にはモータコントローラが故障していると判定する。
【００２５】
図５にはモータ制御部１６からモータ１をブレーキさせるブレーキ指令、またはモータ１を停止させる停止指令が出力されている場合におけるセンサ素子８に基づく出力軸５の回転角度を示している。モータコントローラが正常な場合には、センサ素子８に基づく出力軸５の回転角度は、ブレーキ指令または停止指令が出力されている間は変化しない。出力軸５が停止される回転角度は予め設定されているので、診断手段１５にその角度の上限値と下限値とを設定しておき、診断手段１５は、センサ素子８に基づく出力軸５の回転角度が変化して上限値と下限値の範囲を超えた場合にはモータコントローラが故障していると判定する。
【００２６】
このように、本実施形態では、センサ素子を複数設けることなく、簡単な構成でモータコントローラについて信頼性の高い診断を行うことができる。そして、診断手段１５は、モータコントローラが故障と判定したときは、故障である旨の信号をモータ制御部１６に出力し安全性の観点からモータ１の駆動を停止させる。また、故障情報を使用者に伝えるため、外部にＣＡＮ通信などを介して送信し、例えば、カーナビなどの表示装置に表示するか、もしくはモータ制御部１６と電気的に接続されたＥＥＰＲＯＭ１１などの不揮発性メモリに記憶させる。
【００２７】
さらに、診断手段１５は、センサ素子８が検知する出力軸５の回転角度から角速度を求め、この角速度とモータ制御部１６からの駆動回路に対して出力されるモータコマンドに基づいてモータコントローラの故障を診断してもよい。
【００２８】
図６は、モータコントローラの他の診断方法を説明するものであり、センサ素子８が検知する出力軸５の回転角度から時間微分値を求めたときの時間微分値の正負とモータコマンドとの関係が示されている。モータ制御部１６からモータ１を正転させる正転指令が出力されている場合には、診断手段１５は、時間微分値が正（時間微分値＞０）であればモータコントローラが正常と判定し、時間微分値が負（時間微分値＜０）であればモータコントローラは故障していると判定する。また、モータ制御部１６からモータ１を反転させる反転指令が出力されている場合には、診断手段１５は、時間微分値が負（時間微分値＜０）であればモータコントローラは正常と判定し、時間微分値が正（時間微分値＞０）であればモータコントローラが故障していると判定する。センサ素子８が検知する出力軸５の回転角度から時間微分値を求めて診断することによりきめ細かい診断ができる。
【００２９】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではない。また、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のモータコントローラの構造図。
【図２】本発明のモータコントローラの制御ブロックを示す図。
【図３】モータ制御部から出力されるモータの駆動指令を説明するための図。
【図４】本発明のモータコントローラにおいて、正転指令が出力されている場合のモータコントローラを診断方法を説明するための図。
【図５】本発明のモータコントローラにおいて、停止指令又はブレーキ指令が出力されている場合のモータコントローラを診断方法を説明するための図。
【図６】本発明のモータコントローラの他の診断方法を説明するための図。
【図７】従来のモータコントローラ制御ブロック線図。
【符号の説明】
【００３１】
１  モータ
３  ウォームギア
４  出力ギア
５  出力軸
６  磁石
７  回路基板
８  センサ素子
９  マイクロコンピュータ
１０  モータドライバＩＣ
１１  ＥＥＰＲＯＭ
【図１】
2008259280.tif 000003
【図２】
2008259280.tif 000004
【図３】
2008259280.tif 000005
【図４】
2008259280.tif 000006
【図５】
2008259280.tif 000007
【図６】
2008259280.tif 000008
【図７】
2008259280.tif 000009