(57)【要約】【課題】  入力電圧が変動し得る系において使用されるモータ制御装置の構成を簡単にして低コスト化を図る。【解決手段】  モータ回転数算出部２２は、モータ位置センサ１３の出力に基づいて回転数算出値を求める。モータ電流算出部２４は、モータ電流センサ１２の出力に基づいてモータ電流測定値を求める。誤差演算部２３、２５は、回転数指令値、回転数算出値、モータ電流測定値に基づいてモータ電圧指令値を算出する。入力電圧推定部３１は、回転数算出値およびモータ電流測定値に基づいて入力電圧を推定する。変調率演算部２６およびＰＷＭ処理部２７は、入力電圧の推定値およびモータ電圧指令値に基づいて、モータ２を制御するための信号を生成する。【選択図】      図１ 
2005073377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの動作を制御するモータ制御装置であって、
上記モータのモータ電流を検出するモータ電流センサと、
上記モータのモータ位置を検出するモータ位置センサと、
上記モータ電流センサおよびモータ位置センサの出力に基づいて入力電圧を推定する入力電圧推定手段と、
上記モータの動作を指示する指令値、上記モータ電流センサの出力、上記モータ位置センサの出力、および上記入力電圧推定手段により得られた入力電圧の推定値に基づいて、上記モータを制御するための制御信号を生成する制御信号生成手段、
を有するモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ制御装置であって、
上記モータ電流センサの出力に対応するモータ電流測定値を算出するモータ電流算出手段と、
上記モータ位置センサの出力に対応する回転数算出値を算出するモータ回転数算出手段と、
上記モータのモータ電流および回転数の組合せに対してそれぞれ予め算出された入力電圧の推定値を保持するテーブル、
をさらに備え、
上記入力電圧推定手段は、上記モータ電流算出手段およびモータ回転数算出手段の出力に対応する入力電圧の推定値を上記テーブルから取り出して出力する
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
モータの動作を制御するモータ制御方法であって、
上記モータのモータ電流を検出するモータ電流センサおよび上記モータのモータ位置を検出するモータ位置センサの出力に基づいて入力電圧を推定し、
上記モータの動作を指示する指令値、上記モータ電流センサの出力、上記モータ位置センサの出力、および上記入力電圧の推定値に基づいて、上記モータを制御するための制御信号を生成する、
モータ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータを制御する装置および方法に係わり、特に、モータ駆動用の電源電圧が変動し得る系で使用されるモータ制御装置およびモータ制御方法に係わる。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電気自動車（ハイブリッド車両を含む）や各種機械にモータが使用されている。モータは、よく知られているように、ステータおよびロータの磁界の相互作用によって回転するものであるが、これらの磁界の少なくとも一方は、コイルに電流を流すことにより生成される。
【０００３】
図３は、公知のモータ制御装置の構成を示す図である。ここでは、電源（バッテリ）１から与えられる電力を利用してモータ２を駆動するものとする。また、電源１の出力電圧は、例えばモータ２の加減速等により、比較的大きく変動するものとする。
図３において、入力電圧センサ１１は、電源１の電圧（すなわち、当該モータ制御装置またはスイッチング素子回路の入力電圧）を検出する。モータ電流センサ１２は、モータ２の電流を検出する。モータ位置センサ１３は、ロータの位置（すなわち、角度）を検出する。
【０００４】
指令回転数算出部２１は、ユーザからの指令等に基づいて、モータ２の回転数を指示する回転数指令値を生成する。モータ回転数算出部２２は、モータ位置センサ１３の出力に基づいて、モータ２の実際の回転数を表す回転数算出値を算出する。そして、誤差演算部２３は、回転数指令値と回転数算出値との誤差に対応するモータ電流指令値を算出して出力する。
【０００５】
モータ電流算出部２４は、モータ電流センサ１２の出力に基づいて、実際のモータ電流を表すモータ電流測定値を生成する。そして、誤差演算部２５は、モータ電流指令値とモータ電流測定値との誤差に対応するモータ電圧指令値を出力する。
変調率演算部２６は、誤差演算部２５から出力されるモータ電圧指令値および入力電圧センサ１１により検出された実際の入力電圧値に基づいて、変調率データを生成する。また、ＰＷＭ処理部２７は、変調率データに基づいて、スイッチング素子回路１４に与えるべきＰＷＭ信号を生成する。そして、スイッチング素子回路１４は、そのＰＷＭ信号に従って、モータ２に必要な電流を供給する。
【０００６】
このように、図３に示すモータ制御装置は、入力電圧、モータ電流、モータ位置をモニタし、それらに基づいてモータ２をフィードバック制御する。これにより、モータ２は、指定された回転数で動作する。
なお、上述のようなモータ制御装置は、例えば、特許文献１〜３に記載されている。すなわち、特許文献１に記載の装置は、バッテリ電圧、モータ電流、モータ速度を検出し、それらに基づいて車両の走行用モータを制御する。このとき、検出されたバッテリ電圧に応じて車両の最高速度、モータの最大トルクが設定され、それらの設定値を利用してモータが制御される。また、特許文献２に記載の装置は、入力直流電圧検出器およびモータ電流検出器を備え、それらによる検出値を利用してモータをフィードバック制御する。さらに、特許文献３に記載の装置は、電流検出部、電気角検出部、電源電圧検出部を備え、モータ電流およびモータ位置に基づいて電源電圧の検出誤差を補正しながらモータを制御する。
【特許文献１】特開平５−１３０７０９号公報（図１、段落００１２）
【特許文献２】特開平５−１３７３６７号公報（図１、段落００１３〜００２３）
【特許文献３】特開２０００−３０８３８４号公報（図１、段落００４９〜００５４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、入力電圧が変動し得る系において使用されるモータ制御装置は、入力電圧を検出するセンサ（図３では、入力電圧センサ１１）を備えている。そして、そのようなセンサを用いて検出された電圧値に応じてモータ制御が行われる。
すなわち、入力電圧が変動し得る系において使用されるモータ制御装置は、入力電圧センサを備えているので、部品点数が多く、そのことが低コスト化の障害の１つとなっている。また、入力電圧センサを設けることにより、モータ制御装置内の配線（入力電圧センサとコントローラとを接続する配線など）が増加してしまう。さらに、コントローラ用の電源は、通常、モータ用の電源とは別個に設けられているので、入力電圧センサの出力をコントローラに伝達するためには、何らかの絶縁回路が必要になる。
【０００８】
本発明の課題は、入力電圧が変動し得る系において使用されるモータ制御装置の構成を簡単にし、小型化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のモータ制御装置は、モータ電流センサ、モータ位置センサ、入力電圧推定手段及び制御信号生成手段を有する。モータ電流センサは、モータのモータ電流を検出する。モータ位置センサは、上記モータのモータ位置を検出する。入力電圧推定手段は、上記モータ電流センサおよびモータ位置センサの出力に基づいて入力電圧を推定する。制御信号生成手段は、上記モータの動作を指示する指令値、上記モータ電流センサの出力、上記モータ位置センサの出力、および上記入力電圧推定手段により得られた入力電圧の推定値に基づいて上記モータを制御するための制御信号を生成する。
【００１０】
このモータ制御装置は、入力電圧を検出するセンサを備えておらず、モータ電流センサおよびモータ位置センサの出力に基づいて入力電圧を推定しながらモータを制御する。このため、入力電圧を検出するためのセンサを備えていなくても、入力電圧が変動し得る環境下でモータを適切に制御できる。また、ハードウェア回路（すなわち、入力電圧センサ）が少なくなるので、装置の回路構成が簡単になり、その小型化が図れる。
【００１１】
上記モータ制御装置において、上記モータ電流センサの出力に対応するモータ電流測定値を算出するモータ電流算出手段、上記モータ位置センサの出力に対応する回転数算出値を算出するモータ回転数算出手段、上記モータのモータ電流および回転数の組合せに対してそれぞれ予め算出された入力電圧の推定値を保持するテーブル、をさらに設けるようにしてもよい。この場合、入力電圧推定手段は、モータ電流算出手段およびモータ回転数算出手段の出力に対応する入力電圧の推定値を上記テーブルから取り出して出力する。この構成によれば、入力電圧推定手段の演算量が少なくなるので、処理時間が短くなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、入力電圧が変動し得る系であっても、入力電圧センサを設けることなくモータの回転数を適切に制御できる。この結果、モータ制御装置の構成が簡単になり、小型化が実現される。また、これに伴って、モータ制御装置の低コスト化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の実施形態のモータ制御装置１００の構成を示す図である。尚、図１および図３において共通して使用されている符号は、同じものを示している。すなわち、モータ電流センサ１２、モータ位置センサ１３、スイッチング素子回路１４、指令回転数算出部２１、モータ回転数算出部（モータ回転数算出手段）２２、誤差演算部２３、２５、モータ電流算出部（モータ電流算出手段）２４、変調率演算部２６、及びＰＷＭ処理部２７は、既存の技術を流用することが可能である。よって、これらの構成要素については、必要に応じて説明を加えるが、重複する説明は省略する。
【００１４】
なお、電源１は、特に限定されるものではないが、例えば、２００〜３００Ｖ程度の直流電圧を出力するバッテリである。また、モータ２は、特に限定されるものではないが、例えば、３相交流モータである。
モータ制御装置１００は、必ずしも限定されるものではないが、基本的に、入力電圧が変動し得る系において使用される。ここで、入力電圧が変動し得る系としては、例えば、モータ２が車両の走行用モータであり、電源（バッテリ）１からの電力でモータ２を駆動するシステムが想定される。この場合、例えば、車両を加速する際には電源１からの入力電圧が低下し、車両を減速させる際にはその電圧が上昇する。そして、モータ制御装置１００は、このような要因によって入力電圧が変動しても、ユーザからの指令等に従ってモータの回転数が適切に制御される。
【００１５】
実施形態のモータ制御装置１００は、図３に示した従来の装置と異なり、入力電圧を検出するための入力電圧センサを備えていない。このため、入力電圧は、直接的に検出されることなく、モータ電流センサ１２およびモータ位置センサ１３の出力に基づいて入力電圧推定部３１により推定される。そして、モータ２をフィードバック制御する際に、そのようにして推定される入力電圧推定値が使用される。以下、実施形態のモータ制御装置１００について詳しく説明する。
【００１６】
図１において、指令回転数算出部２１は、例えば、ユーザからの指令に基づいて、モータ２の回転数を指示する回転数指令値を生成する。ここで、ユーザからの指令は、モータ２が車両の走行用モータであるものとすると、例えば、アクセルの踏み角である。一方、モータ位置センサ１３は、モータ２のモータ位置（すなわち、モータ２のロータの角度）を検出する。そして、モータ回転数算出部２２は、モータ位置センサ１３の出力を所定時間毎に読み込み、単位時間当たりの変化量を演算することにより、モータ２の回転数を算出する。以下、この回転数を「回転数算出値」と呼ぶ。そして、誤差演算部２３は、回転数指令値と回転数算出値との誤差からＰＩ（Proportional Integral）制御を用いてモータ電流指令値を生成して出力する。このとき、モータ電流指令値は、例えば、ｄ−ｑ座標系のｄ軸上の値をゼロとした場合のｑ軸上の値として算出される。なお、ｄ−ｑ座標系は、モータ２の電気角の角速度と同じ速度で回転する回転座標系である。
【００１７】
モータ電流センサ１２は、例えばシャント抵抗等により構成され、モータ２の各相の電流（例えば、Ｕ相電流およびＶ相電流）を検出する。また、モータ電流算出部２４は、モータ電流センサ１２により検出された各相の電流を、ｄ−ｑ座標系における電流値に変換してモータ電流測定値として出力する。このとき、モータ電流測定値は、例えば、ｄ−ｑ座標系のｄ軸上の値をゼロとした場合のｑ軸上の値として算出される。そして、誤差演算部２５は、モータ電流指令値とモータ電流測定値との誤差からＰＩ制御を用いてモータ電圧値指令値を生成して出力する。
【００１８】
なお、モータ電圧指令値は、ｄ−ｑ座標系におけるｄ軸成分およびｑ軸成分により表される。このとき、例えば、ｄ軸成分は予め決められた所定値とモータ電流測定値との誤差が表されるようにし、ｑ軸成分はモータ電流指令値とモータ電流測定値との誤差が表されるようにする。
【００１９】
入力電圧推定部（入力電圧推定手段）３１は、公知の技術であるセンサレスモータ制御方式を応用して、モータ回転数算出部２２により算出される回転数算出値およびモータ電流算出部２４により算出されるモータ電流測定値から、入力電圧を推定する。ここで、「センサレスモータ制御方式」とは、モータ位置（ロータの角度）を検出するためのセンサを設けることなく、入力電圧Ｖinおよびモータ電流Ｉに基づいてモータ位置θを推定しながらモータを制御する制御方法のことをいい、例えば、下記の文献に詳しく記載されている。
【００２０】
「速度起電力推定に基づくセンサレス突極形ブラシレスＤＣモータ制御（竹下、市川、李、松井  Ｔ．ＩＥＥ  Ｊａｐａｎ  Ｖｏｌ．１１７−Ｄ，Ｎｏ．１  １９９７）」
ところで、入力電圧が変動し得る系においてモータを制御するためには、図３を参照しながら説明したように、「入力電圧」「モータ電流」「モータ位置」を検出し、それらを利用してフィードバック制御を行う。ところが、センサレスモータ制御方式においては、下式のようにして「入力電圧」および「モータ電流」に基づいて「モータ位置」を推定するようになっている。ここで、「Ｖin」「Ｉ」「θ」は、それぞれ「入力電圧」「モータ電流」「モータ位置」であり、「Ｆ」は、「入力電圧」及び「モータ電流」から「モータ位置」を推定するための公知の関数である。
【００２１】
Ｆ（Ｖin，Ｉ）  →  θ
このように、モータ制御のために使用する上記３つの要素は、必ずしもその全てを直接的に検出する必要はなく、それらのうちの２要素を検出すれば、他の１要素を推定できることが知られている。そこで、実施形態のモータ制御装置では、下式のように、上記３要素のうち、センサを用いて「モータ電流」及び「モータ位置」を検出し、それらに基づいて「入力電圧」を推定する方式を導入している。ここで、「Ｇ」は、「モータ電流」および「モータ位置」から「入力電圧」を推定するための関数であり、上述した公知の関数Ｆから導き出すことができる。
【００２２】
Ｇ（Ｉ，θ）  →  Ｖin
変調率演算部２６は、モータ電圧指令値および入力電圧推定部３１により推定された入力電圧に基づいて、変調率データを生成する。ここで、変調率は、入力電圧の変動を補償するための値であり、入力電圧が高い場合には小さな値となり、入力電圧が低い場合には大きな値になる。そして、ＰＷＭ処理部２７は、変調率データに基づいて、モータを制御するための制御信号として、スイッチング素子回路１４に与えるべきＰＷＭ信号を生成する。なお、このＰＷＭ信号は、Ｕ相用パルス信号、Ｖ相用パルス信号、Ｗ相用パルス信号から構成される。
【００２３】
スイッチング素子回路１４は、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に対応するブリッジ回路を備え、各ブリッジ回路は、それぞれ互いに直列に接続された上アームスイッチおよび下アームスイッチを含んで構成されている。そして、各相毎のＰＷＭ信号が対応するブリッジ回路に与えられると、各スイッチがそのＰＷＭ信号によりオン／オフ動作する。この結果、生成されたＰＷＭ信号に応じた電流がモータ２に供給される。
【００２４】
上記モータ制御装置１００において、フィードバック系は、回転数指令値と回転数算出値との誤差をゼロにするように動作する。したがって、モータ２の回転数は、常に、ユーザからの指令値に一致するように制御される。
なお、指令回転数算出部２１、モータ回転数算出部２２、誤差演算部２３、２５、モータ電流算出部２４、変調率演算部２６、ＰＷＭ処理部２７、入力電圧推定部３１は、上述の動作を実現するように記述されたプログラムおよびそのプログラムを実行するプロセッサにより実現される。そして、指令回転数算出部２１、誤差演算部２３、２５、変調率演算部２６、ＰＷＭ処理部２７により、モータ２を制御するための制御信号（ＰＷＭ信号）を生成する制御信号生成手段が実現される。
【００２５】
このように、実施形態のモータ制御装置１００は、入力電圧を検出するためのセンサを備えておらず、モータ位置およびモータ電流に基づいて入力電圧を推定しながらモータを制御する。このため、モータ制御装置１００は、図３に示す従来の装置と比較すると、ハードウェア回路（すなわち、入力電圧センサ１１）が少なくなり、装置サイズの小型化が図れると共に、低コスト化が実現される。
【００２６】
他方、実施形態のモータ制御装置１００は、図３に示す従来の装置と比較すると、入力電圧推定部３１が追加されている。しかし、入力電圧推定部３１は、予め記述されたプログラムを実行することにより実現されるので、それを設置するためのスペースは不要であり、また、製造コストの増加を招くものではない。
【００２７】
また、実施形態のモータ制御装置１００は、入力電圧センサを備えていないので、装置内の配線の数が少なくなり、また、入力電圧センサとプロセッサとの間を絶縁するための回路も不要となる。
なお、上述の例では、入力電圧推定部３１は、モータ位置およびモータ電流に基づいて予め用意されている関数Ｇを用いて時々刻々と入力電圧の推定値を計算しているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、モータ位置およびモータ電流の各組合せに対して入力電圧の推定値をそれぞれ予め求めておき、その対応関係を図２に示すようなテーブルに保持しておくようにしてもよい。この場合、入力電圧推定部３１は、モータ回転数算出部２２およびモータ電流算出部２４により算出された回転数算出値およびモータ電流測定値をキーとして図２に示すテーブルを参照し、対応する入力電圧推定値を取得する。そして、入力電圧推定部３１は、そのテーブルから取得した推定値を変調率演算部２６に与える。
【００２８】
このような構成とすれば、プロセッサの演算量が少なくなるので、処理時間が短くなる。あるいは、プロセッサの負担が軽くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態のモータ制御装置の構成を示す図である。
【図２】入力電圧推定部が参照するテーブルの実施例である。
【図３】公知のモータ制御装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１          電源
２          モータ
１１        入力電圧センサ
１２        モータ電流センサ
１３        モータ位置センサ
１４        スイッチング素子回路
２１        指令回転数算出部
２２        モータ回転数算出部
２３、２５  誤差演算部
２４        モータ電流算出部
２６        変調率演算部
２７        ＰＷＭ処理部
３１        入力電圧推定部
１００      モータ制御装置
【図１】
2005073377.tif 000003
【図２】
2005073377.tif 000004
【図３】
2005073377.tif 000005