(57)【要約】【課題】  出力軸廻りの磁力分布に起因するトルク変動による車両の振動や騒音を簡易な構成により安価に抑制できる車両用電動モータの制御方法を提供する。【解決手段】  車両用ＤＣモータ１０に対して、出力軸１２又は回転子１３の基準位置を識別して回転基準信号を生成し、回転子の回転数及び／又は直流電流に基づいて、予めトルク変動の変動幅及び回転基準信号からの位相ずれに対応した所定の振幅及び位相ずれを有する電流変動成分が、回転子の回転数及び／又は直流電流毎に求められる。回転基準信号に同期すると共に電流変動成分により補正された直流電流がソレノイドに通電される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、出力軸に固定された回転子とを備え、該固定子及び回転子のいずれか一方にソレノイドを設けると共に、該固定子及び回転子の他方の表面に永久磁石を設けており、該ソレノイドに直流電流を通電することにより駆動される車両用電動モータの通電を制御するための制御方法であって、
前記回転子又は出力軸の基準位置を識別する回転基準信号を生成し、
前記電動モータのトルク変動を抑制するため、予め該トルク変動の変動幅及び前記回転基準信号からの位相ずれに対応した所定の振幅及び位相ずれを有する電流変動成分を、前記回転子の回転数及び／又は直流電流毎に求めておき、
前記回転子の回転数及び／又は直流電流の入力に応じて、対応する前記電流変動成分を選択して、前記回転基準信号に同期すると共に該電流変動成分で補正された前記直流電流を前記ソレノイドに通電する
ことを特徴とする車両用電動モータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の走行用モータ、ポンプ・コンプレッサー類のモータ等の出力軸廻りの磁力分布に起因する回転高調波成分回転変動（トルク変動）による車両の振動や騒音を抑制する車両用電動モータの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動モータにおいては、平板状のマグネットが回転子あるいは固定子の円形表面に固定されているため、マグネットと相手表面間のギャップがマグネットの中心と端部では異なるため、出力軸廻りの磁力分布が均一にはなっていない。また、マグネットが円弧状にされた場合でも、マグネット端部側の磁束密度がマグネット中心の磁束密度より高く、そのため出力軸廻りの磁力分布が均一になっていない。このような出力軸廻りの磁力分布の不均一に起因して、回転軸に回転高調波成分回転変動（以下、トルク変動と記す）が生じ、車両に不要な振動や騒音が生じる原因となっている。従来の車両では、エンジンの稼動状態でしか、これら電動モータが動作することはなかったので、トルク変動に伴う不要な振動や騒音は、エンジンの振動や騒音によって隠されることにより問題にはならなかった。しかし、近年開発され今後の増加が予想されるハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車等の場合、エンジン停止状態でもこれら電動モータが動作することにより、それに伴う上記不要な振動や騒音が問題になってくる。
【０００３】
従来、このようなトルク変動を抑える電動モータとして、例えば特許文献１に示すように、磁石群によりロータ磁極を形成しているロータについて、磁石群が発生する磁束数をロータの周方向に略均一にする磁束均一手段であるロータコアを設けたトルクモータが知られている。しかし、このトルクモータは、通常の電動モータとは異なりロータの構造が複雑になるため、そのコストが高価になるという問題がある。
【特許文献１】特開２０００−１５２５３３号公報
【０００４】
また、交流モータ（同期モータ）の例として、特許文献２に示すように、同期モータの回転子の電気角とインダクタンスとの関係を予め記憶しておき、それぞれ想定された電気角に応じたインダクタンスを用いて同期モータの運転を制御し、インダクタンスの変化を考慮した制御を行うことにより電気角の検出誤差を低減し、モータから適切なトルクを出力させるようにしたものが知られている。しかし、この同期モータの制御によれば、制御構成が複雑になり制御コストが非常に高価になるため、一般的な車両にこれを採用することは困難である。
【特許文献２】特許第２９０４２１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記した問題を解決しようとするもので、出力軸廻りの不均一な磁力分布に起因する回転高調波成分回転変動（トルク変動）による車両の振動や騒音を簡易な構成により安価に抑制できる車両用電動モータの制御方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、固定子と、出力軸に固定された回転子とを備え、固定子及び回転子のいずれか一方にソレノイドを設けると共に、固定子及び回転子の他方の表面に永久磁石を設けており、ソレノイドに直流電流を通電することにより駆動される車両用電動モータの通電を制御するための制御方法であって、回転子又は出力軸の基準位置を識別する回転基準信号を生成し、電動モータのトルク変動を抑制するため、予めトルク変動の変動幅及び回転基準信号からの位相ずれに対応した所定の振幅及び位相ずれを有する電流変動成分を、回転子の回転数及び／又は直流電流毎に求めておき、回転子の回転数及び／又は直流電流の入力に応じて、対応する電流変動成分を選択して、回転基準信号に同期すると共に電流変動成分で補正された直流電流を前記ソレノイドに通電することにある。
【０００７】
上記のように構成した本発明においては、固定子あるいは回転子に設けたソレノイドに直流電流が通電されることによって駆動される従来構造の車両用電動モータに対して、  回転子又は出力軸の基準位置を識別する回転基準信号を生成し、所定の変動幅及び回転基準信号からの位相ずれを有する電動モータのトルク変動を抑制するため、予め変動幅及び位相ずれに対応した所定の振幅及び位相ずれを有する電流変動成分を、回転子の回転数及び／又は直流電流毎に求めておく。そして、電動モータの駆動の際に、回転子の回転数及び／又は直流電流の入力に応じて電流変動成分を選択して、回転基準信号に同期すると共に電流変動成分で補正された直流電流をソレノイドに通電する。
【０００８】
このように、電流変動成分で補正された直流電流をソレノイドに通電することにより、ソレノイドを流れる電流の位相ずれ位置での値が小さくされ、位相ずれ位置に相当する永久磁石の端部位置での磁束が抑えられる。そのため、位相ずれ位置で生じるトルク変動が抑えられることにより、回転子の回転変動が抑えられる。このように、回転子の回転変動が抑えられることにより、車両の不要な振動や騒音を抑えることができるため、特にハイブリッド車等のエンジン停止状態でも電動モータが動作する車両においても、それに伴う上記不要な振動や騒音を抑えることができる。また、予め電流変動成分データを求めておくことにより、直流電流の補正が簡易に行われるため演算コストが安価にされる。さらに、本発明においては、電動モータによる振動や騒音が低減することにより、電動モータの支持構造の簡素化や、電動モータを構成する金具の薄肉化が可能になる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電流変動成分で補正された直流電流がソレノイドに通電されることにより、電動モータにおいて、永久磁石の磁束分布の不均一によって生じるトルク変動を抑えることができるため、特にエンジン停止状態でも電動モータが動作するハイブリッド車等における不要な振動や騒音の抑制に有効である。さらに、電動モータの支持構造が簡素化され、電動モータを構成する金具の薄肉化されることにより、電動モータの小型化及び軽量化が可能になり、その結果、本発明は、車両の軽量化にも寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。
図１は、実施例に係るハイブリッド車等に搭載される電動モータの制御システムの概略構成を構成図により示し、図２は電動モータであるブラシレスＤＣモータの概略構成を断面図により示したものである。図３はＤＣモータの磁石配置と、磁束分布、トルク変動、直流電流制御信号、電流変動成分信号、補正直流電流制御信号及び直流電流の関係を説明する説明図であり、図４は、ＤＣモータのソレノイドへの通電状態を示すタイミングチャートである。制御システムは、ＤＣモータ１０への通電を制御する制御装置２０と、制御装置２０の指令によりＤＣモータ１０のソレノイドに直流電流を通電する駆動装置２７を備えている。
【００１１】
ＤＣモータ１０は、ハウジング１１に回転自在に固定された出力軸１２に回転子１３が固定されており、回転子１３の外周面側にはＮ極及びＳ極の６極の磁石１４が取り付けられている。また、固定子１５が、回転子１３の外周を囲んでかつわずかなギャップを隔てて配置され、ハウジング１１に固定されている。固定子１５には周方向３ヶ所に等間隔でソレノイド１６ａ〜１６ｃが取り付けられている。また、ＤＣモータ１０は、回転子１３の基準位置を検出して回転基準信号を出力する基準位置検出手段であるホール素子１７を備えている。
【００１２】
制御装置２０は、入力処理部２１、電流変動成分記憶部２２、変動信号生成部２３、通電制御部２４及び信号出力部２５により構成されている。入力処理部２１は、ホール素子１７からの信号を受けて回転子１３の位置検出を行い、ソレノイド１６ａ〜１６ｃの励磁順序を決めて信号出力部２５に指令すると共に、ＤＣモータ１０の回転速度を検出して変動信号生成部２３、通電制御部２４に出力ものである。電流変動成分記憶部２２は、回転子１３のトルク変動の変動幅及び回転基準信号からの位相ずれに対応した所定の振幅及び位相ずれを有する電流変動成分を、回転子の複数の回転数に対して求めてこれをデータマップとして記憶している。変動信号生成部２３は、入力処理部２１からの回転速度信号に応じて電流変動成分記憶部２２に記憶されたデータマップから対応するデータを読み出して電流変動成分信号として通電制御部２４に出力するものである。
【００１３】
通電制御部２４は、入力処理部２１からの回転速度に応じて直流電流を安定化させて直流電流制御信号を生成すると共に、変動信号生成部２３からの電流変動成分信号により直流電流制御信号を補正して出力する。信号出力部２５は、通電制御部２４からの補正直流電流制御信号を入力処理部２１からのソレノイド１６ａ〜１６ｃの励磁順序を決める順序指令信号に基づいて、駆動装置２７の指定のトランジスタに出力するものである。なお、上記データマップは、予めＤＣモータ１０の種々の回転数について、回転子１３の回転周期次数成分の電流変動である直流電流の変動幅及び回転基準信号からの位相のずれのデータを求めることにより形成される。
【００１４】
駆動装置２７は、各一対のトランジスタのコレクタとエミッタ間を直列接続したＵ相用トランジスタＴｒ１，Ｔｒ４、Ｖ相用トランジスタＴｒ２，Ｔｒ５、Ｗ相用トランジスタＴｒ３，Ｔｒ６、をそれぞれ並列に接続し、両端のコレクタエミッタ間に電源Ｅを接続している。また、Ｕ相用トランジスタＴｒ１，Ｔｒ４、Ｖ相用トランジスタＴｒ２，Ｔｒ５、Ｗ相用トランジスタＴｒ３，Ｔｒ６のコレクタ・エミッタ接続部が、ＤＣモータ１０のＵ相ソレノイド１６ａ、Ｖ相ソレノイド１６ｂ及び、Ｗ相ソレノイド１６ｃの一端に接続されている。なお、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相ソレノイド１６ａ〜１６ｃの他端は、共通に接続されている。そして、信号出力部２５の出力側が、Ｕ相用トランジスタＴｒ１，Ｔｒ４、Ｖ相用トランジスタＴｒ２，Ｔｒ５、Ｗ相用トランジスタＴｒ３，Ｔｒ６の信号入力用のベース端子にそれぞれ接続されている。本実施例において、信号出力部２５から駆動装置２７のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６に直流電流制御信号を出力することにより、図４に示すようなタイミングでＤＣモータ１０のＵ相、Ｖ相及びＷ相ソレノイド１６ａ〜１６ｃに励磁電圧が加えられて電流変動を含む直流電流が流れることにより、回転子１３が回転するようになっている。
【００１５】
つぎに、上記実施例の動作について、図３を用いて説明する。
固定子１５に設けたＵ相、Ｖ相及びＷ相ソレノイド１６ａ〜１６ｃに、駆動装置２７から所定のタイミングで直流電流が通電されることによりＤＣモータ１０が駆動され、ホール素子１７により、回転子１３の１回転毎に回転子の基準位置を識別して回転基準信号が出力される。これを受けて、入力処理部２１が、ソレノイド１６ａ〜１６ｃの励磁順序を決めて信号出力部２５に出力すると共に、モータ１０の回転速度を検出して、変動信号生成部２３及び通電制御部２４に出力する。
【００１６】
変動信号生成部２３では、入力処理部２１からの回転速度信号に応じて、電流変動成分記憶部２６に記憶された変動幅及び位相ずれデータマップから対応する直流電流の変動幅及び回転基準信号からの位相のずれを読み取り、電流変動幅を抑制すると共に回転基準信号からの位相のずれを是正するためのパルス状の電流変動成分信号を生成して通電制御部２４に出力する。通電制御回路２４は、入力処理部２１からの回転速度に応じて直流電流を安定化させて直流電流制御信号を生成すると共に、変動信号生成部２３からの電流変動成分信号により直流電流制御信号を補正してパルス状の補正直流電流制御信号を信号出力部２５に出力する。信号出力部２５は、通電制御部２４からの補正直流電流制御信号を入力処理部２１からのソレノイド１６ａ〜１６ｃの励磁順序を決める順序指令信号に基づいて、駆動装置２７の指定のトランジスタに出力する。これにより、ソレノイド１６ａ〜１６ｃに補正直流電流制御信号と同様のパルス状の励磁電圧が加えられて、ソレノイド１６ａ〜１６ｃにトルク変動に対応した補正分を含む直流電流が通電される。
【００１７】
このように、本実施例においては、回転周期次数成分の電流変動分が補正された直流電流が、ソレノイド１６ａ〜１６ｃに順次通電されることにより、ＤＣモータ１０において、磁石１４の磁束分布の不均一によって生じる電流変動が抑えられ、電流変動に伴うトルク変動が抑えられる。その結果、本実施例においては、ＤＣモータ１０のトルク変動による車両の不要な振動や騒音を抑えることができるため、ハイブリッド車等のエンジン停止状態でも電動モータが動作する車両においても、電流変動に伴う上記不要な振動や騒音を確実に抑えることができる。そのため、ハイブリッド車等における、車両の乗り心地が高められる。
【００１８】
また、本実施例においては、直流電流の変動幅及びその回転基準信号からの位相ずれを、予め求められて電流変動成分記憶部２６に記憶した変動幅及び位相ずれデータマップによって求めることができることにより、電流変動が簡易に求められる。そのため、ＤＣモータ１０の電流変動を演算するための演算コストが安価にされる。さらに、本実施例によれば、ＤＣモータ１０による振動や騒音が低減することにより、ＤＣモータ１０の支持構造の簡素化や、ＤＣモータ１０を構成する金具の薄肉化が可能になるため、ＤＣモータ１０の小型化及び軽量化が可能になり、車両の軽量化にも寄与できる。
【００１９】
なお、上記実施例においては、直流電流の変動幅及び直流電流の回転基準信号からの位相ずれを、回転子の回転数に基づいて求めているが、これに代えて、直流電流の平均値により求めることもでき、さらに回転子の回転数及び直流電流の平均値の両者により求めることもできる。また、上記実施例においては、直流電流の変動幅及び直流電流の回転基準信号からの位相ずれを予め求められたデータマップによって求めているが、これに代えて、予め求められた変動幅演算式及び位相ずれ演算式を用いて、回転数等の入力に応じて演算により簡易に電流変動を求めることもできる。さらに、上記実施例においては、回転数に応じて、直流電流を電流変動により補正しているが、これに代えて、予めＰＷＭ変調された直流電流制御データを用意して、これに基づいてソレノイドに通電するようにしてもよい。その他、上記実施例については一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、回転基準信号に同期し電流変動成分で補正された直流電流をソレノイドに通電することにより、電動モータにおいて永久磁石の磁束分布の不均一によって生じるトルク変動を抑えることができる。その結果、本発明の制御装置によれば、ハイブリッド車等のエンジン停止状態でも電動モータが動作する車両においても、トルク変動による車両の不要な振動や騒音を抑えることができるので、有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施例であるハイブリッド車等に搭載される電動モータの制御システムの構成を概略的に示す構成図である。
【図２】ＤＣモータを概略的に示す模式図である。
【図３】ＤＣモータの磁石配置、磁束分布、トルク変動、直流電流制御信号、電流変動成分信号、補正直流電流制御信号及び直流電流の関係を説明する説明図である。
【図４】ＤＣモータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のソレノイドに励磁電圧が加えられるタイミングを示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００２２】
１０…ＤＣモータ、１３…回転子、１４…磁石、１５…固定子、１６ａ〜１６ｃ…ソレノイド、１７…ホール素子、２０…制御装置、２１…入力処理部、２２…電流変動成分記憶部、２３…変動信号生成部、２４…通電制御部、２５…信号出力部、２７…駆動装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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