(57)【要約】【課題】モータを素早く起動することが可能なモータ制御装置を提供する。【解決手段】モータ制御装置１００は、３相モータ１０に供給する電圧で規定された制御条件、又は、３相モータ１０に供給する電圧及び３相モータ１０を制御するＰＷＭ信号の周波数の関係で規定された制御条件の少なくともいずれか一方が記憶されてある制御条件記憶部３と、３相モータ１０を動力源とするポンプ３０で流通させる粘性流体の温度に基づいて、制御条件記憶部３から制御条件を抽出する制御条件抽出部２と、３相モータ１０の起動時に、抽出された制御条件に基づくＰＷＭ信号でインバータ１１が有するトランジスタＱ１−Ｑ６を制御するＰＷＭ制御部１と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相モータに供給する電圧で規定された制御条件、又は、前記電圧及び前記３相モータを制御するＰＷＭ信号の周波数の関係で規定された制御条件の少なくともいずれか一方が記憶されてある制御条件記憶部と、
前記３相モータを動力源とするポンプで流通させる粘性流体の温度に基づいて、前記制御条件記憶部から前記制御条件を抽出する制御条件抽出部と、
３相モータの起動時に、前記抽出された制御条件に基づくＰＷＭ信号でインバータが有するスイッチング素子を制御するＰＷＭ制御部と、
を備えるモータ制御装置。
【請求項２】
前記制御条件は、前記粘性流体の温度が高い程、前記電圧が低く規定されている請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記電圧の規定には、ＤＵＴＹ比の規定が含まれる請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記制御条件は、前記粘性流体の温度が低い程、前記周波数が低く規定されている請求項２又は３に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータを早く起動するモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気機器の動力源として、ステータコイルを有するステータと、永久磁石を有するロータと、を備えた３相モータが用いられてきた。このようなロータの回転は、ステータコイルに通電して生じる磁束と永久磁石の磁束との間に作用する引力及び斥力により制御される。このような制御を行うには、ロータの正確な位置を特定し、当該ロータの位置に応じて適切なステータコイルへの通電が必要となる。ロータの正確な位置を検出するために回転センサを設けることが考えられるが、このような方法はコストアップの要因となる。そこで、回転センサを設けずに、ロータの位置を検出する技術が検討されてきた（例えば特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に記載の制御装置は、油圧ポンプを駆動するセンサレスモータを起動するために、温度センサにより測定された作動油温度が第１設定温度より高い場合に、センサレスモータを第１始動転流周波数でのオープンループ制御により起動制御し、起動制御によりセンサレスモータの回転子の回転数が所定回転数に到達した場合にセンサレスモータをクローズドループ制御する。また、作動油温度が第１設定温度より低い場合は、第１始動転流周波数と同一又はそれより低い第２始動転流周波数でのオープンループ制御により起動制御と運転を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１１０３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の制御装置は、上述のように作動油温度を測定し、作動油温度が低い場合には転流周波数を下げてセンサレスモータの起動を行っている。ここで、センサレスモータへの電源供給は、発電機やバッテリから行っているので、出力電圧が変動することがある。例えば、出力電圧が高くなった場合にはセンサレスモータが所期の回転角度よりも回転し過ぎることがある。一方、出力電圧が低くなった場合にはセンサレスモータが回り難くなることがあり、センサレスモータの位置検出に時間がかかり、起動までに時間がかかってしまう。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、出力電圧を転流周波数と共に適切に設定し、モータを素早く位置検出できる粘性流体の温度領域を拡大できるモータ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係るモータ制御装置の特徴構成は、３相モータに供給する電圧で規定された制御条件、又は、前記電圧及び前記３相モータを制御するＰＷＭ信号の周波数の関係で規定された制御条件の少なくともいずれか一方が記憶されてある制御条件記憶部と、前記３相モータを動力源とするポンプで流通させる粘性流体の温度に基づいて、前記制御条件記憶部から前記制御条件を抽出する制御条件抽出部と、３相モータの起動時に、前記抽出された制御条件に基づくＰＷＭ信号でインバータが有するスイッチング素子を制御するＰＷＭ制御部と、を備えている点にある。
【０００８】
このような特徴構成とすれば、粘性流体の温度に応じて３相モータの起動に適した制御条件でＰＷＭ信号を生成することができる。このようなＰＷＭ信号は、３相モータの負荷に対して最適なものであるので、３相モータを素早く位置検出できる粘性流体の温度領域を拡大できる。
【０００９】
また、前記制御条件は、前記粘性流体の温度が高い程、前記電圧が低く規定されていると好適である。
【００１０】
ここで、粘性流体の温度が高い場合には粘性流体の粘度が低いので、３相モータの負荷としては軽くなる。このような構成とすれば、３相モータの出力トルクを小さくすることができるので、３相モータの負荷が軽い場合でも素早く位置検出できる。
【００１１】
また、前記電圧の規定には、ＤＵＴＹ比の規定が含まれると好適である。
【００１２】
このような構成とすれば、ＤＵＴＹ比の設定により３相モータを素早く起動するのに適した電圧を設定することができる。したがって、粘性流体の温度に拘らず、３相モータを素早く位置検出できる。
【００１３】
また、前記制御条件は、前記粘性流体の温度が低い程、前記周波数が低く規定されていると好適である。
【００１４】
ここで、粘性流体の温度が低い場合には粘性流体の粘度が高いので、３相モータの負荷は重くなる。このような構成とすれば、３相モータの出力トルクを大きくすることができるので、負荷が重い場合でも３相モータを素早く位置検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】モータ制御装置の概略構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】１周期分のＰＷＭ信号について示す図である。
【図３】１周期分のパルスについて示す図である。
【図４】制御条件の一例について示す図である。
【図５】制御条件の特性図の例について示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。本発明に係るモータ制御装置１００は、３相モータを動力源とするポンプで流通させる粘性流体の温度に拘らず、確実に３相モータを駆動させる機能を備えている。本実施形態では、ロータに永久磁石が備えられ、ステータにステータコイルが備えられているセンサレスブラシレス３相モータを例に挙げて説明する。また、本実施形態では「粘性流体」の一例として「オイル」の場合を例に挙げて説明する。もちろん、「オイル」以外の「粘性流体」を用いることも可能である。
【００１７】
図１は、本発明に係るモータ制御装置１００の構成を示す概略図である。モータ制御装置１００は、ＰＷＭ制御部１、制御条件抽出部２、制御条件記憶部３、ロータ位置検出部５、インバータ１１を備えて構成される。
【００１８】
本実施形態に係る３相モータ１０は、図示はしないが永久磁石を備えるロータと、当該ロータに回転力を与えるための磁束を発生させるステータとを備える。このステータは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のステータコイル７Ｕ、７Ｖ、７Ｗを備える。各ステータコイルはΔ結線で接続され、インバータ１１に接続される。本実施形態における３相モータ１０は、オイルを流通させるオイルポンプ３０の動力源として使用される。
【００１９】
インバータ１１は３相モータ１０を制御対象とし、直流電圧を交流電圧に変換する。このため、インバータ１１は周波数変換部として機能する。直流電圧はインバータ１１に接続される電源１２から供給される。インバータ１１は電源１２の正端子側に接続されたハイサイドのトランジスタＱ１、Ｑ３、Ｑ５と、電源１２の負端子側に接続されたローサイドのトランジスタＱ２、Ｑ４、Ｑ６と、の合計６つのトランジスタＱ１−Ｑ６で構成される。
【００２０】
例えば、トランジスタＱ１及びトランジスタＱ４のみを同時にオンさせると、３相モータ１０が有する３つの端子のうち２つの端子間に通電が行われる。３つの端子とは、Ｕ相端子４１、Ｖ相端子４２、及びＷ相端子４３である。トランジスタＱ１及びトランジスタＱ４のみを同時にオンさせた場合に係る２つの端子とは、Ｖ相端子４２及びＷ相端子４３である。したがって、トランジスタＱ１及びトランジスタＱ４のみを同時にオンさせると、Ｖ相端子４２とＷ相端子４３との間に通電される。この通電により、トランジスタＱ１、ステータコイル７Ｖ、トランジスタＱ４を介して電流が流れると共に、トランジスタＱ１、ステータコイル７Ｕ、ステータコイル７Ｗ、トランジスタＱ４を介して電流が流れる。
【００２１】
一方、トランジスタＱ３及びトランジスタＱ２のみを同時にオンさせた場合にも、Ｖ相端子４２とＷ相端子４３との間に通電される。この場合には、トランジスタＱ３、ステータコイル７Ｖ、トランジスタＱ２を介して電流が流れると共に、トランジスタＱ３、ステータコイル７Ｗ、ステータコイル７Ｕ、トランジスタＱ２を介して電流が流れる。
【００２２】
ここで、トランジスタＱ１及びトランジスタＱ４のみをオンさせた場合と、トランジスタＱ３及びトランジスタＱ２のみをオンさせた場合とでは、各ステータコイルに流れる電流の方向が異なる。そのため、各ステータコイルには電流の流れる方向に応じた磁束が生じ、当該磁束とロータが備える永久磁石との間で引力及び斥力が発生することとなる。したがって、トランジスタＱ１−Ｑ６の中から選択されたハイサイドのトランジスタとローサイドのトランジスタとで形成される上下対トランジスタを順次オンさせることにより、ロータが回転力を得ることができる。
【００２３】
なお、トランジスタＱ１−Ｑ６には、コレクタ端子にカソード端子が、またエミッタ端子にアノード端子が接続されるように夫々ダイオードＤ１−Ｄ６が配設されている。ここで、各ステータコイルには、通電中にエネルギーが蓄えられるが、これらのダイオードＤ１−Ｄ６は各ステータコイルの通電を停止した際に当該エネルギーに起因して発生する逆起電力によって周辺部品に悪影響を及ぼさないようにするために配設されるものである。
【００２４】
このようなトランジスタＱ１−Ｑ６に対する一連の制御は、ＰＷＭ制御部１により行われる。ＰＷＭ制御部１は、所定の周波数を有するＰＷＭ信号でインバータ１１が有するスイッチング素子を制御する。インバータ１１が有するスイッチング素子とは、本実施形態では上述のトランジスタＱ１−Ｑ６が相当する。したがって、ＰＷＭ制御部１は、インバータ１１が有するトランジスタＱ１−Ｑ６をＰＷＭ制御によって動作させる。
【００２５】
ＰＷＭ制御部１から出力される、１周期分のＰＷＭ信号の一例が図２に示される。（ａ）はトランジスタＱ１に対するＰＷＭ信号であり、（ｂ）はトランジスタＱ３に対するＰＷＭ信号であり、（ｃ）はトランジスタＱ５に対するＰＷＭ信号である。また、（ｄ）はトランジスタＱ２に対するＰＷＭ信号であり、（ｅ）はトランジスタＱ４に対するＰＷＭ信号であり、（ｆ）はトランジスタＱ６に対するＰＷＭ信号である。特に、トランジスタＱ１、Ｑ３、及びＱ５に対するＰＷＭ信号は、複数のパルスを含んで構成され、このようなパルスに応じて各トランジスタの導通状態（オン／オフ）が制御される。
【００２６】
図１に戻り、ロータ位置検出部５は、３相モータ１０の回転に伴い、各ステータコイル７Ｕ，７Ｖ，７Ｗに発生する逆起電圧と、予め設定された基準電圧との比較結果に基づきロータの位置検出を行う。より具体的には、ロータ位置検出部５は、ロータが予め設定された位置に達したことを検出する。この検出については、公知の技術を用いることが可能である。よって、ここでは説明は省略する。ロータ位置検出部５は、得られた検出結果をＰＷＭ制御部１に伝達する。ＰＷＭ制御部１は、ロータ位置検出部５から伝達される検出結果に基づきＰＷＭ制御を行う。
【００２７】
ここで、本発明に係るモータ制御装置１００は、オイルポンプ３０で流通されるオイルの温度に基づくＰＷＭ信号を出力する。これにより、オイルの温度に拘らず、３相モータ１０が素早く位置検出できることが可能となる。以下、このような起動制御について説明する。
【００２８】
本実施形態では、オイルポンプ３０により流通されるオイルの温度を検出する温度センサ４０が備えられている。温度センサ４０は、公知のものを用いることが可能である。温度センサ４０による検出結果は、温度情報として後述する制御条件抽出部２に伝達される。
【００２９】
制御条件記憶部３は、３相モータ１０に供給する電圧及び３相モータ１０を制御するＰＷＭ信号の周波数の関係で規定された制御条件が記憶されている。３相モータ１０に供給する電圧とは、インバータ１１からの出力である。ここで、上述のように３相モータ１０は、複数のパルスを含むＰＷＭ信号を用いてＰＷＭ制御される。図３には、ＰＷＭ信号を構成する複数のパルスのうち、１周期分のパルス（図２におけるＢに対応）が示される。パルスの振幅は電源１２から出力される電圧Ｖに対応する。パルスの１周期（Ｂ）には、振幅が電圧ＶとなるオンＤＵＴＹと、振幅が０となるオフＤＵＴＹとが含まれる。したがって、３相モータ１０の供給される電圧は、電源１２から出力される電圧Ｖと、オンＤＵＴＹとにより定まる。
【００３０】
より具体的には、例えば、電源１２の出力電圧が１２Ｖとする。３相モータ１２に６Ｖを供給する場合には、オンＤＵＴＹを５０％とすることで、６Ｖに相当する電圧を供給することができる。また、３相モータ１２に４Ｖを供給する場合には、オンＤＵＴＹを３３．３％とすることで、４Ｖに相当する電圧を供給することができる。更に、３相モータ１２に８Ｖを供給する場合には、オンＤＵＴＹを６６．６％とすることで、８Ｖに相当する電圧を供給することができる。
【００３１】
また、上述の相当する電圧を高くすれば、ステータコイルに流れる電流量が増えるため、ステータコイルと永久磁石との間に作用する引力及び斥力が強くなり、結果誘起電圧が大きくなり、始動トルクが大きくなる。一方、上述の相当する電圧を低くすれば、ステータコイルに流れる電流量が減るため、ステータコイルと永久磁石との間に作用する引力及び斥力が弱くなり、結果誘起電圧が小さくなり、始動トルクが小さくなる。
【００３２】
３相モータ１０を制御する周波数とは、図２に示されるトランジスタＱ１−Ｑ６を１周期に亘る制御に係る周波数である。すなわち、図２に係るＰＷＭ信号の周期がＡであるとすると、周波数は１／Ａとなる。例えば、周波数を高くすればロータの回転が速くなる。一方、周波数を低くすればロータの回転が遅くなる。
【００３３】
ＰＷＭ信号は、このように３相モータ１０に供給する電圧と周波数との関係で規定され、オイルの温度に関連付けられて制御条件記憶部３に記憶される。本実施形態では、制御条件は、粘性流体（オイル）の温度が高い程、電圧が低く規定されている。また、粘性流体（オイル）の温度が低い程、周波数が低く規定されている。更に、電圧は上述のように、ＤＵＴＹ比によって設定されるので、電圧の規定には、ＤＵＴＹ比の規定が含まれる。
【００３４】
図４には、制御条件記憶部３に記憶されている制御条件の一例が示される。図４に示されるように、例えば、オイルの温度ＴOがＴ以上である時の制御条件「４Ｖ／２０Ｈｚ」と、オイルの温度ＴOがＴ未満である時の制御条件「８Ｖ／１０Ｈｚ」と、が記憶されている。
【００３５】
制御条件抽出部２は、粘性流体（オイル）の温度に基づいて、制御条件記憶部３から制御条件を抽出する。制御条件抽出部２には、上述のように温度センサ４０から、オイルの温度を示す温度情報が伝達される。また、制御条件記憶部３には、オイルの温度に関連付けられて制御条件が記憶されている。したがって、制御条件抽出部２は、温度情報により示されるオイルの温度に対応する制御条件を制御条件記憶部３から抽出する。抽出された制御条件は、ＰＷＭ制御部１に伝達される。
【００３６】
ＰＷＭ制御部１は、３相モータ１０の起動時に、抽出された制御条件に基づくＰＷＭ信号でインバータ１１が有するトランジスタＱ１−Ｑ６を制御する。抽出された制御条件とは、制御条件抽出部２から伝達された制御条件である。ＰＷＭ制御部１は、このような制御条件で規定されたＰＷＭ信号を生成し、トランジスタＱ１−Ｑ６を制御する。このようなＰＷＭ信号は、オイルの温度に適した制御条件であるので、確実に３相モータ１０を起動させることができる。ＰＷＭ制御部１は、３相モータ１０が起動した後は、図示しない上位システムとしての制御手段からの命令に基づき、ＰＷＭ信号を生成し３相モータ１１を回転制御する。
【００３７】
このように本発明に係るモータ制御装置１００によれば、オイルの温度に応じて３相モータ１０の起動に適した制御条件でＰＷＭ信号を生成することができる。このようなＰＷＭ信号は、３相モータ１０の負荷に対して最適なものであるので、３相モータ１０を素早く位置検出できるオイルの油温領域を拡大できる。
【００３８】
〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、制御条件記憶部３は、３相モータ１０に供給する電圧及び３相モータ１０を制御するＰＷＭ信号の周波数の関係で規定された制御条件が記憶されてあるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるもではない。制御条件記憶部３は、３相モータ１０に供給する電圧で規定された制御条件のみが規定されている構成とすることも当然に可能である。すなわち、ＰＷＭ信号の周波数は、オイルの温度に拘らず一定とすることも可能である。
【００３９】
更には、制御条件記憶部３は、３相モータ１０に供給する電圧で規定された制御条件と、３相モータ１０に供給する電圧及び前記３相モータを制御するＰＷＭ信号の周波数の関係で規定された制御条件と、双方が記憶されてある構成とすることも可能である。係る場合、制御条件抽出部２が、オイルの温度に基づき、電圧で規定された制御条件、又は、３相モータ１０に供給する電圧及び前記３相モータを制御するＰＷＭ信号の周波数の関係で規定された制御条件を選択し、当該選択された中から適切な制御条件を抽出する構成とすることが可能である。
【００４０】
上記実施形態では、制御条件はオイルの温度が高い程、電圧が低く規定されると共に、オイルの温度が低い程、周波数が低く規定されているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。オイルの温度が高い程、電圧が低く規定されると共に、周波数は一定に規定することも当然に可能である。
【００４１】
上記実施形態では、制御条件記憶部３には、オイルの温度ＴOがＴ以上である時の制御条件「４Ｖ／２０Ｈｚ」と、オイルの温度ＴOがＴ未満である時の制御条件「８Ｖ／１０Ｈｚ」と、が記憶されているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。オイルの温度ＴOに応じて、３以上の区分で記憶する構成とすることも可能である。
【００４２】
また、図５に示されるような例えば縦軸をオイルの温度とし、横軸を制御条件とする特性図の形態で記憶しておくことも当然に可能である。更には、図示はしないがＸ軸をオイルの温度とし、Ｙ軸を電圧とし、Ｚ軸をする周波数とする３次元マップの形態で記憶しておくことも当然に可能である。
【００４３】
本発明は、モータを早く起動するモータ制御装置に用いることが可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１：ＰＷＭ制御部
２：制御条件抽出部
３：制御条件記憶部
１０：３相モータ
１１：インバータ
３０：オイルポンプ（ポンプ）
１００：モータ制御装置
Ｑ１−Ｑ６：トランジスタ（スイッチング素子）
【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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