(57)【要約】【課題】ブラシレスモータ高速用通電方法と低速用通電方法との通電モードの切り換え駆動制御が速やかに行え、ブラシレスモータを適切な低速回転速度の通電モードで起動できる装置及び方法を提供する。【解決手段】三相分の位置センサ４を設けるブラシレスモータ３に、直流電源５に連なるインバータを接続し、ブラシレスモータ３は制御装置１にて高速用通電方式と低速用通電方式の通電モードに切り換え駆動制御する。制御装置１には、ブラシレスモータ３の制御回路１Ａと、ブラシレスモータ３の一定周期毎に検出する回転速度の減速値から一定時間後の回転速度を求めて高速用通電方式から低速用通電方式に通電モードを切り換え指示する通電切換制御手段１０とを設けている。通電切換制御手段１０には、減速度演算部１１、回転速度推定部１２、通電モード判定部１３、通電モード切換指示部１４を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相分の位置センサを設けるブラシレスモータに、直流電源に連なるインバータを接続し、前記ブラシレスモータを高速用通電方式と低速用通電方式の通電モードに切り換え駆動制御する制御装置を有する電動機の駆動装置において、前記制御装置内には、前記ブラシレスモータの制御回路と、一定周期毎に検出する前記ブラシレスモータの回転速度の減速値から一定時間後の回転速度を求めて高速用通電方式から低速用通電方式に通電モードを切り換え指示する通電切換制御手段とを設けて構成したことを特徴とする電動機の駆動装置。
【請求項２】
請求項１において、前記通電切換制御手段は、一定周期毎に検出するブラシレスモータの回転速度から減速度の算出を行う減速度演算部と、前記減速度から一定時間後の回転速度を求める回転速度推定部と、前記回転速度から高速用通電方式と低速用通電方式のいずれかの通電モードを判定する通電モード判定部と、前記通電モードの判定に基づき高速用通電方式と低速用通電方式との切り換えを指示する通電モード切換指示部とを備えて構成したことを特徴とする電動機の駆動装置。
【請求項３】
三相分の位置センサを設けるブラシレスモータに、インバータを接続し、前記ブラシレスモータを制御装置により高速用通電方式と低速用通電方式との通電モードに切り換えて駆動制御する電動機の駆動方法であって、前記ブラシレスモータは予め定めた一定周期毎に回転速度を検出して前回値と今回値から減速度の算出を行い、前記減速度よりブラシレスモータの一定時間後の回転速度を求め、前記回転速度と予め定めた基準値とから高速用通電方式と低速用通電方式のいずれかの通電モードを判定し、前記判定結果に基づき高速用通電方式と低速用通電方式との切り換えを指示することを特徴とする電動機の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動機の駆動装置に係り、特に自動車用アクチュエータを駆動する電動機の駆動装置及び駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車の変速機の切り換えは、運転手が手動で変速操作する手動変速機構（マニュアルトランスミッション、以下「ＭＴ」と略称する。）と、人手を介さず自動で変速操作する自動変速機構（オートマティックトランスミッション、以下「ＡＴ」と略称する。）で行っている。
【０００３】
近年、例えば特許文献１に記載されているように、ＭＴの歯車式変速機構造のままでクラッチや歯車切り換えを、電動機を用いて自動化する自動ＭＴ（自動化マニュアルトランスミッション、以下「ＡＭＴ」と略称する。）が、変速時の駆動力の断絶を軽減でき、しかも滑りのあるトルクコンバータを用いたＡＴに比べ燃費が優れていることから、注目されてきている。
一般に、ＡＭＴに用いる電動機としては、ブラシ付モータを用いているが、より高速で起動／停止を行うアクチュエータを駆動する電動機としては、ブラシレスモータが用いられる。通常、ブラシレスモータの駆動制御を行う従来の電動機の駆動装置は、図６に示すような構成としている。ＡＭＴ用のブラシレスモータ３は、三相分である３つのホール素子等の位置センサ４を設けており、位置センサ４によってブラシレスモータ３のロータ磁極位置に対応して、それぞれ「Ｈ」又は「Ｌ」の信号を出力し、この出力信号の組合せでロータの位置を示し、モータ制御に使用している。
【０００４】
ブラシレスモータ３の駆動制御は、マイクロコンピュータ等の上位装置（図示せず）からの指令を受ける制御装置１内の制御回路１Ａで行い、またブラシレスモータ３の駆動は、直流電源５と接続するインバータ２にて行っている。このインバータ２は、通常パワー素子及びパワー素子を駆動するためのプリドライブ回路より構成されている（図示せず）。制御回路１は、ブラシレスモータ３の位置センサ４の信号に基づき、ブラシレスモータ３に通電するための駆動信号をインバータ２に出力する。
【０００５】
制御回路１から、駆動信号がインバータ２のプリドライブ回路に入力されると、この信号に従ってパワー素子が導通状態となり、インバータ２に接続したブラシレスモータ３のコイルに、直流電源５から電流が流れる経路が形成され、ロータが回転駆動される。インバータ２に流れる電流は、内部の直流母線に挿入された抵抗６で検出し、この電流値信号を制御回路１Ａでサンプリングして電流を認識している。
【０００６】
ブラシレスモータ３の駆動制御では、制御回路１で認識した電流を基に、ブラシレスモータ電流を制御する電流制御を行っており、この時に認識した電流からブラシレスモータ３のロータの詳細な位置を推定し、１８０度正弦波通電（以下「高速用通電方式」と略称する）を行っている。高速用通電方法の通電モードで駆動制御を行う場合、位置センサ４の信号は、推定したロータ位置の推定誤差を修正するために使用する。
【０００７】
一方、インバータ２の電流の検出を抵抗６で行っているため、検出する電流はパルス状の信号となり、このパルス状信号の幅は、ブラシレスモータのロータの回転数が低い場合や通電電流が小さい場合には、ごく狭くなってしまうため、制御回路１でサンプリングすることが困難となる。電流のサンプリングが困難な場合には、ブラシレスモータ３の詳細なロータ位置の推定ができず、上記高速用通電方式を維持することができなくなる。
【０００８】
このような場合には、電流によるロータ位置推定を中止し、位置センサ４の信号によるブラシレスモータ３のロータ位置検出に変更し、電気角で６０度毎に通電位相を切り換える駆動制御（以下「低速用通電方式」と略称する）を行うようにしている。
【０００９】
上記高速用通電方式と低速用通電方式の通電モードの切り換えは、例えば特許文献２に記載されているものでは、ブラシレスモータの回転数に閾値を設け、回転数が閾値より上の場合は高速用通電方式とし、閾値より下の場合は低速用通電方式としており、この切り換えによってブラシレスモータの高速から低速の回転数領域において、最適な通電方式の通電モードで行うことができるようにしている。
【００１０】
なお、電動機の駆動装置として、特許文献３には必要に応じてブラシレスモータの通電方法を切り換えることが開示されており、また特許文献４にはブラシレスモータの回転数により、制御を切り換えることが開示されている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−３２５９１７号公報
【特許文献２】特開２００３−１１１４６８号公報
【特許文献３】特開平３−１９８６８７号公報
【特許文献４】特開平１０−１６４８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記した特許文献２に記載された従来の電動機の駆動装置においては、高速用通電方式と低速用通電方式との通電モードの切り換えを、ブラシレスモータのロータの回転数が、閾値以下であることを条件として行っており、しかもこの通電方式の切り換えは、予め定めた一定周期毎のタイミングで行っている。
【００１３】
一定周期毎の切り換えの場合、ある周期ではロータ回転速度は閾値以上の速度であったが、次のタイミングの前に既にロータが停止している状態が発生する可能性がある。特に、ブラシレスモータが急激に減速する場合、高速用通電方式から低速用通電方式の通電モードに切り換えを行う前に、ブラシレスモータが停止してしまい、高速用通電方式のままブラシレスモータが回転を停止している現象が発生する。
このような場合、ロータが停止したことを駆動装置が判断し、通電モードを高速用通電方式から低速用通電方式に切り換える必要があるが、このとき一定時間以上ロータの状態が変化しないことを確認する必要がある。
【００１４】
短時間で次の起動に移行する場合は、ブラシレスモータの状態に対応しない通電モードである高速用通電方式で行うことになってしまい、ブラシレスモータのトルクが本来出力可能なトルクに比較して、最小１／２のトルクしか出力できないという問題があった。また、トルクの低下を避けるためには、ブラシレスモータの停止を判断する時間が経過するまで、ブラシレスモータを再起動させないようにする必要があり、速やかにブラシレスモータを再起動ができない問題もあった。
【００１５】
ブラシレスモータの停止を判断するのに必要な時間を短くすることはできるが、この場合ブラシレスモータがある程度の速度で回転していても、ブラシレスモータの停止と判断してしまう欠点があるから、ブラシレスモータを短いながらも一定時間は再起動せぬようにする必要があった。
【００１６】
本発明の目的は、ブラシレスモータの回転速度の減速度を用いて、高速用通電方法と低速用通電方法との通電モードの切り換え駆動制御が速やかに行え、ブラシレスモータを適切な低速回転速度の通電モードで起動できる電動機の駆動装置及び駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の電動機の駆動装置では、三相分の位置センサを設けるブラシレスモータに、直流電源に連なるインバータを接続し、前記ブラシレスモータを高速用通電方式と低速用通電方式の通電モードに切り換え駆動制御する制御装置を有する電動機の駆動装置において、前記制御装置内には、前記ブラシレスモータの制御回路と、一定周期毎に検出する前記ブラシレスモータの回転速度の減速値から一定時間後の回転速度を求めて高速用通電方式から低速用通電方式に通電モードを切り換え指示する通電切換制御手段とを設けて構成したことを特徴としている。
【００１８】
前記通電切換制御手段は、一定周期毎に検出するブラシレスモータの回転速度から減速度の算出を行う減速度演算部と、前記減速度から一定時間後の回転速度を求める回転速度推定部と、前記回転速度から高速用通電方式と低速用通電方式のいずれかの通電モードを判定する通電モード判定部と、前記通電モードの判定に基づき高速用通電方式と低速用通電方式との切り換えを指示する通電モード切換指示部とを備えて構成したことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の電動機の駆動方法では、三相分の位置センサを設けるブラシレスモータに、インバータを接続し、前記ブラシレスモータを制御装置により高速用通電方式と低速用通電方式との通電モードに切り換えて駆動制御する電動機の駆動方法であって、前記ブラシレスモータは予め定めた一定周期毎に回転速度を検出して前回値と今回値から減速度の算出を行い、前記減速度よりブラシレスモータの一定時間後の回転速度を求め、前記回転速度と予め定めた基準値とから高速用通電方式と低速用通電方式のいずれかの通電モードを判定し、前記判定結果に基づき高速用通電方式と低速用通電方式との切り換えを指示することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、簡単な構成でブラシレスモータの回転速度の前回値と今回値とから減速度を算出し、この減速度を用いて一定時間後のブラシレスモータの回転速度を求め、この回転速度により、高速用通電方式から低速用通電方式への通電モードの切り換えを行う通電切換制御手段を、制御装置内に簡単に組み込み構成できる。
【００２１】
しかも、本発明によると、ブラシレスモータが停止する前に速やかに、高速用通電方式から低速用通電方式へ通電モードを切り換えることができるから、短時間でブラシレスモータの再起動を行っても、出力可能な最大トルクで起動することができるし、回路がブラシレスモータの停止を判断するまでの時間を待つことなく直ちに起動することができる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の電動機の駆動装置では、三相分の位置センサを設けるブラシレスモータに、直流電源に連なるインバータを接続し、ブラシレスモータを高速用通電方式と低速用通電方式の通電モードに切り換え駆動制御する制御装置を有している。そして、制御装置内には、ブラシレスモータの制御回路と、ブラシレスモータの回転速度の減速値から一定時間後の回転速度を求めて高速用通電方式から低速用通電方式に通電モードを切り換え指示する通電切換制御手段とを設けている。
【実施例１】
【００２３】
ＡＭＴに組み合わせて使用し、高速で起動及び停止を行うアクチュエータを駆動する本発明の一実施例である電動機の駆動装置の構成を図１に示しており、この図１においては従来と同一部分は同符号で示している。ブラシレスモータ３のロータの駆動制御も、この回転速度（回転数）に応じて、高速用通電方式と低速用通電方式の通電モードを切り換える点も従来と同様である。その上、本発明ではブラシレスモータ３におけるロータの回転速度の減速度を効果的に活用して駆動制御するため、制御装置１内には制御回路１Ａの他に、高速用通電方式と低速用通電方式との通電モードの切り換えの指示をする後述するような通電切換制御手段１０を設けている。
【００２４】
制御装置１内の通電切換制御手段１０は、図２にその一例を示すように、減速度演算部１１と、回転速度推定部１２と、通電モード判定部１３と、通電モード切換指示部１４とを備えている。減速度演算部１１は、ブラシレスモータ３のロータにおける回転速度の減速度の算出を行うものである。また、回転速度推定部１２は、算出した減速度から一定時間後の回転速度を求めるものであり、通電モード判定部１３において、求めた回転速度を用いて高速用通電方式と低速用通電方式のいずれかの通電モードの判定を実施する。更に、通電モード切換指示部１４は、通電モード判定部１３の判定に基づき高速用通電方式と低速用通電方式との通電モードの切り換えを指示する部分である。
【００２５】
減速度演算部１１では、予め定めた一定周期毎に回転速度を検出し、図３に示すようにブラシレスモータ３の回転速度の前回値ＲＡと今回値ＲＢとから、検出した回転速度の差を計算する。この回転速度の差が、正の場合にはブラシレスモータが減速しているので、この検出期間における減速比率である減速度ＳＲを求める。回転速度推定部１２において、減速度ＳＲを用いて一定時間ｔ後のブラシレスモータ３の回転速度を算出し、これを予測した回転速度の推定値ＲＸとし、これと比較する基準回転速度が一定速度以下の場合には、通電モード判定部１３での通電モード切り換えの判定に活用する。なお、ブラシレスモータ３が加速している場合は、検出回転速度の差が負となるので、この場合には減速度の計算は行わない。
【００２６】
次に、通電切換制御手段１０による高速用通電方式と低速用通電方式との通電モードの切り換えを行う動作手順を、図４及び図５に示すプログラムの例を用いて説明する。まず、図３に示すように、通電切換制御手段１０のメインプログラムは、スタート（ステップＳ１０１）すると、ブラシレスモータ３が停止するまで動作する無限ループ処理（ステップＳ１０２）となり、一定周期経過の判定処理（ステップＳ１０３）の例えば５ｍｓ毎に、モータ回転速度推定処理（ステップＳ１０４）が行われる。
【００２７】
ブラシレスモータ３の回転速度推定処理（ステップＳ１０４）を実施する一定周期は、５ｍｓに限らず使用する装置に応じて、適切に時間を設定する。モータ回転速度推定処理（ステップ１０４）では、そのより詳細な処理手順を図５に示しているように、減速度演算部１１で回転速度の前回値ＲＡから今回値ＲＢを減算する減算処理（ステップＳ１０４１）を行い、速度差を計算する。
【００２８】
次に、回転速度の今回値ＲＢが、予め基準回転速度と定めた１０００ｒ／ｍｉｎ以下か否かを判定処理し（ステップＳ１０４２）、否の場合は処理を終了する。これは、高い回転速度の場合、低速用通電方式に切り換えるまでに時間的余裕があると考えられることから、処理を中断し、制御装置１の負担を減らすための処置としたものである。制御装置１の処理時間に余裕がある場合は、この処理は省略することが可能である。また、回転速度推定部１２でのブラシレスモータ３の回転速度の算出は、回転速度の高い領域で行うことできるため、回転速度の安定した領域でのデータを使用できるので、推定回転速度の推定精度が高くなる利点がある。なお、予め定める基準回転速度の１０００ｒ／ｍｉｎは一例であって、装置に応じて適切に回転速度を設定して活用する。
【００２９】
次に、回転速度の今回値が１０００ｒ／ｍｉｎ以下の場合は、速度差が正か否かを判定処理する（ステップＳ１０４３）。否の場合は、ブラシレスモータ３は減速していないので、処理を終了する。速度差が正の場合は、前回値ＲＡ＞今回値ＲＢであるから、ブラシレスモータ３が減速しているので、回転速度推定部１２で速度差である減速度を用い、一定時間後である例えば５０ｍｓ後のモータ回転速度を算出処理する（ステップＳ１０４４）。
【００３０】
通電モード判定部１３で用いる一定時間後のブラシレスモータ３の回転速度を、通電方式切り換えの基準値とし、これを例えば４５ｒ／ｍｉｎと定めておけば、基準値の４５ｒ／ｍｉｎ以下かどうかを判定処理し（ステップＳ１０４５）、４５ｒ／ｍｉｎより小の場合は、通電モード切換指示部１４で低速用通電方式への通電モードの切り換えの処理を行い（ステップＳ１０４６）、また４５ｒ／ｍｉｎより大の場合は、高速用通電方式の通電モードにする（ステップＳ１０４７）。
【００３１】
なお、ブラシレスモータ３の回転速度を算出する一定時間後の５０ｍｓ後という時間や、通電方式切り換えの基準値である回転速度の４５ｒ／ｍｉｎは、一例であって装置に応じて、その時間や回転速度を適切に設定する。
【００３２】
このようにすれば、ブラシレスモータを低速用通電方式又は高速用通電方式の通電モードで適切に駆動制御できるため、急激にブラシレスモータが減速する場合においても、ブラシレスモータが停止した時には、既に通電モードを低速用通電方式に切り換えているから、ブラシレスモータの再起動を最大トルクで行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施例である電動機の駆動装置を示す概略図である。
【図２】本発明の電動機の駆動装置における動作説明図である。
【図３】本発明の電動機の駆動装置における動作説明図である。
【図４】本発明の電動機の駆動方法における主手順を示すＰＡＤ図である。
【図５】図３の電動機の駆動方における詳細手順を示すＰＡＤ図である。
【図６】従来の電動機の駆動装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…制御装置、１Ａ…制御回路、２…インバータ、３…ブラシレスモータ、４…位置センサ、５…直流電源、６…電流検出抵抗、１Ｂ…通電切換制御手段、１１…減速度演算部、１２…回転速度推定部、１３…通電モード判定部、１４…通電モード切換指示部。
【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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