JP2005192338A - ブラシレスモータの駆動方法およびブラシレスモータの駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ブラシレスモータの広範な回転数において、効率を向上させ、消費電流を低減すると共に、モータ回転数の変化に対する応答性も確保することができるブラシレスモータの駆動方法および駆動制御装置を得る。
【解決手段】 目標モータ回転数と実際の回転数の偏差により求めた制御パラメータ、すなわち、Ｐ項（比例項）、Ｉ項（積分項）、Ｄ項（微分項）を用いて、ＰＷＭ駆動回路の通電位相角を制御することにより、モータ効率の向上と、回転数応答性の向上の両立を図るものである。
【選択図】図２

Description

この発明は、ブラシレスモータの駆動方法、および、ブラシレスモータの駆動制御装置に関し、特に、ブラシレスモータを用いた油圧式パワーステアリング装置に用いて好適な、ブラシレスモータの駆動方法および駆動制御装置に関するものである。

ブラシレスモータを用いた油圧式パワーステアリング装置では、油圧ポンプをブラシレスモータにより駆動し、車速、あるいは舵角速度等の車両走行条件に応じた油圧によって所要のアシスト力を得ている電動ポンプ式のものがある。
この種の油圧式パワーステアリング装置では、車速或いは舵角速度と目標とするモータの回転数との関係を予めメモリに記憶しておく。そして、モータ回転位置検出センサを介してモータの回転数を検出し、検出した実際の回転数と、メモリの目標回転数との偏差を求め、偏差が常に所定値以下になるようにモータの回転数を制御し、必要なアシスト力を得るようにしている。（例えば、特許文献１参照）
また、下記特許文献２には、ブラシレスモータの回転数及び電流をもとに、モータ駆動回路の通電位相角を制御することが記載されている。

特開平１０−７０８９４号公報（段落番号０００３及び図６） 特開平７−３３７０６７号公報（段落番号０００９）

ところで、上記特許文献１の従来技術においては、ブラシレスモータを駆動する駆動回路の、ＰＷＭ駆動タイミング（通電位相角）を固定の角度で行なう為、一定回転速度で回転するモータにおいては問題ないが、可変速の必要なモータでは効率低下、消費電流の増加する領域が問題となる。
また、上記特許文献２の従来技術においては、モータ駆動回路の通電位相角を、モータの回転数及び電流をもとに制御することが記載されており、各回転数での定常運転状態での効果（効率向上、消費電流低減）は認められるが、より広範な回転数範囲を制御するためには、さらに応答性を向上させる必要がある。

この発明は、上記のような従来装置の課題を解決するためになされたもので、ブラシレスモータの広範な回転数範囲において、効率を向上させ、消費電流を低減することができると共に、モータ回転数の変化に対する応答性も確保することができるブラシレスモータの駆動方法および駆動制御装置を提供することを目的とする。
また、電動ポンプ駆動用のブラシレスモータを用いた油圧式パワーステアリング装置に用いて好適な、ブラシレスモータの駆動方法および駆動制御装置を提供することを目的とする。

（１） この発明に係わるブラシレスモータの駆動方法は、目標モータ回転数と実際の回転数との偏差に応じて制御パラメータを算出し、この制御パラメータに基いて、ＰＷＭ駆動を行なう駆動回路によりブラシレスモータの回転数を制御すると共に、上記ブラシレスモータの回転位置を検出する回転位置検出センサの回転位置信号に基いて、上記駆動回路の通電位相角を制御するようにしたブラシレスモータの駆動方法において、上記制御パラメータに基いて操作量を演算し、この操作量を基に、予め作成しておいた上記操作量と進角量との対応マップから進角量を演算し、この演算した進角情報で、上記回転位置信号に基いて設定された上記駆動回路の通電位相角を補正するようにした駆動方法である。

（２） また、この発明は、上記（１）のブラシレスモータの駆動方法において、上記操作量は、上記制御パラメータのうち、比例制御を行う比例項、積分制御を行う積分項、および微分制御を行う微分項の、少なくとも一つの項を用いて演算し、この操作量を基に、予め作成しておいた操作量と進角量との対応マップを用いて進角量を演算するようにしたものである。

（３） また、この発明に係わるブラシレスモータの駆動制御装置は、目標モータ回転数と実際の回転数との偏差に応じて回転数制御手段により制御パラメータを算出し、この制御パラメータに基いてＰＷＭ制御手段により駆動回路を制御し、ブラシレスモータの回転数を制御すると共に、上記ブラシレスモータの回転位置を検出する回転位置検出センサの回転位置信号に基き、上記駆動回路の通電位相角を制御するようにしたブラシレスモータの駆動制御装置において、上記回転数制御手段により算出した制御パラメータに基いて、進角量を演算すると共に、この演算した進角情報を上記ＰＷＭ制御手段に与える位相制御手段を備え、上記ＰＷＭ制御手段は、上記位相制御手段からの情報に基いて、上記回転位置信号に基いて設定された上記駆動回路の通電位相角を補正するよう構成したものである。

（４） また、この発明は、上記（３）のブラシレスモータの駆動制御装置において、上記位相制御手段は、上記制御パラメータのうち、比例制御を行う比例項、積分制御を行う積分項、および微分制御を行う微分項の、少なくとも一つの項を用いて操作量を演算し、この操作量を基に、予め作成しておいた操作量と進角量との対応マップを用いて進角量を演算するよう構成したものである。

この発明のブラシレスモータの駆動方法および駆動制御装置によれば、ブラシレスモータの広範な回転数範囲において、駆動回路の通電位相角（ＰＷＭ駆動タイミング）を制御することにより、モータの効率を向上させ、消費電流を低減することができる。
また、駆動回路の通電位相角を、回転数制御の制御パラメータを用いて補正することにより、回転数変化に対する応答性も確保することができる。

さらに、この発明によれば、ブラシレスモータを用いた油圧式パワーステアリング装置に用いて好適な、ブラシレスモータの駆動方法および駆動制御装置を得ることができる。

実施の形態１．
モータの回転数制御は、通常、目標モータ回転数と実際の回転数の偏差を０とするように、駆動トランジスタをＰＷＭ駆動する。一般的にはこの偏差に応じてＰＩＤ制御（Ｐは比例制御、Ｉは積分制御、Ｄは微分制御）を行う。しかし、これだけではモータ駆動回路の通電位相角は一定であるため、上述した従来の課題を解決するためには、何らかの手段を用いて通電位相角を制御する必要がある。
この発明では、目標モータ回転数と実際の回転数の偏差により求めた制御パラメータ、すなわち、Ｐ項（比例項）、Ｉ項（積分項）、Ｄ項（微分項）を用いて、通電位相角を制御することにより、モータ効率の向上と、回転数応答性の向上の両立を図るものである。
以下、図１〜図６に従って、この発明の実施の形態１におけるブラシレスモータの駆動方法および駆動制御装置について説明する。なお、図中、同一符号は、同一あるいは相当部分を示す。

図１は、この発明を適用した、電動ポンプ駆動用のブラシレスモータを用いた油圧式パワーステアリング装置の構成を示す図である。
図１において、ステアリングギヤ１は、図示しない自動車等の車両の左、右操舵輪にナックルアームを介して連結されるタイロッド２が設けられている。
このステアリングギヤ１は、周知のように、舵取りハンドル３の舵取り操作が、ステアリングシャフト４により伝達されることにより油圧流路を切換える流路切換弁と、舵取り操作をタイロッド２側に伝達する伝達部と、左、右室のいずれかに油圧を導入することで舵取り操作に応じたアシスト力を発生させるパワーシリンダを備えている。
また、オイルポンプ部１０は、電動モータにより駆動されてステアリングギヤ１に油圧配管９を介して圧油を送るものであり、オイルポンプ５と、これを駆動する電動モータであるＤＣブラシレスモータ６と、ポンプ５の周囲を覆うケーシングによるオイルタンク８、さらにこの電動モータを最適に制御するコントローラ７によって構成されている。

図２は、上述のブラシレスモータ６の駆動制御を行うコントローラ７の制御ブロック図である。
このブラシレスモータ６は、同図に示すように３相モータであり、図示しない６個のパワートランジスタからなる駆動回路７２によりＰＷＭ駆動される。
目標回転数演算手段７３は、車両の舵取り操作に伴う舵角及び舵角速度を検出する舵角センサ１１と、車速を検出する車速センサ１２の信号に基づき、予めメモリに記憶された目標とするモータの回転数を演算する。
一方、ブラシレスモータ６のロータ回転位置は、回転位置検出センサ７１により検出される。この回転位置検出センサ７１からの回転位置信号は、回転数演算手段７４に入力され、この信号を基に実際の回転数が演算される。
次いで、上述の目標回転数演算手段７３で演算された目標回転数と、回転数演算手段７４で演算された実際の回転数との偏差が、回転数制御手段７５に入力される。
この回転数制御手段７５、及び、ＰＷＭ制御手段７６は、例えば、特開２００１−１０３７７６号公報に示されるように、モータの実際の回転数をフィードバックして目標回転数との回転偏差に基づき、比例制御と積分制御により制御電圧を設定し、これにより駆動回路のＰＷＭ駆動を制御し、モータの回転数を制御するように構成することできる。
また、この発明の実施の形態１においては、上記回転偏差に基づく比例項、及び積分項等の制御パラメータを回転数制御手段７５で演算し、この結果から、ＰＷＭ駆動デューティ
(ｄｕｔｙ)の演算を、ＰＷＭ制御手段７６にて行っている。
そして、本発明においては、回転数制御手段７５で求めた回転偏差に基づく比例項、積分項、微分項等の制御パラメータを基に、駆動回路の最適な通電位相角（ＰＷＭ駆動タイミング）を位相制御手段７７にて求め、その結果をＰＷＭ制御手段７６にて反映する。

以下に位相制御手段７７における、駆動回路の通電位相角（ＰＷＭ駆動タイミング）の制御方法について説明する。
図３は、ブラシレスモータにおける、ＰＷＭ駆動回路の駆動デューティ（ｄｕｔｙ）と、通電位相角（ＰＷＭ駆動タイミング）、およびモータ回転数の関係を示している。
モータの出力（回転数）は、ＰＷＭ駆動デューティの増加とともに上昇し、また、同一駆動デューティでは、位相角の進角とともに増加する。
したがって、モータの回転数制御を行う場合、位相角を進めなくてもモータ出力が負荷トルクを上回る領域（駆動デューティ＜１００％）では、効率が良い（駆動電流の少ない）位相角（進角量の小さい）で駆動を行う。
負荷トルクがモータ出力を上回る領域（駆動デューティ＞１００％）では、位相角を進めて、モータ出力を増加させる。
ここで、駆動デューティ（ｄｕｔｙ）とは、モータ回転数制御における目標回転数と実際の回転数の偏差に基づく、比例項、積分項、微分項等の制御パラメータを、モータ駆動回路の通電率に変換したものである。

次に、図４の制御フローを用いて、位相制御手段７７およびＰＷＭ制御手段７６の動作について説明する。
（１） ＰＷＭ制御手段７６は、ステップ１０１において、回転数制御手段７５にて演算した制御パラメータ（比例項（Ｐ項）、積分項（Ｉ項））を読み込む。
（２） ステップ１０２において、ステップ１０１にて読み込んだ制御パラメータをもとにＰＷＭ駆動デューティを演算する。
（３） 一方、位相制御手段７７は、ステップ１０３において、ステップ１０１と同様に制御パラメータを読み込む。
（４） ステップ１０４において、この制御パラメータをもとに操作量を演算する。この実施の形態１においては、操作量は比例項（Ｐ項）と積分項（Ｉ項）の和である。
（５） ステップ１０５において、あらかじめ作成した、コントローラ７の図示しないメモリに記憶してある進角マップから、上記操作量をもとに進角量を求める。
図５は、この進角マップの一例を示すもので、操作量が１００％を超えると進角量を増加させるように設定してある。
（６） ＰＷＭ制御手段７６のステップ１０６では、上記ステップ１０５で求めた進角量を読み込む。
（７） ステップ１０７においては、上記進角量をもとに通電位相角（ＰＷＭ駆動タイミング）を演算する。

尚、上記ステップ１０４においては、操作量を、制御パラメータの比例項（Ｐ項）と積分項（Ｉ項）の和としているが、他に微分項（Ｄ項）を加えても良い。
また、各項の和とせず、各項に係数を掛けたもの、あるいは各項の積をもとに演算を行うことも可能である。

図６は、上述した実施の形態１のブラシレスモータの駆動制御装置を用いて、ブラシレスモータの回転数応答性を確認した結果の一例を示すものである。
モータ目標回転数を１０００ｒｐｍから４９００ｒｐｍにステップ的に変化させたときの、実回転数（図６（ａ））、制御パラメータの比例項（Ｐ項）、積分項（Ｉ項）、駆動デューティ（同図（ｂ））、及び進角量（同図（ｃ））をそれぞれ表わしている。
図６から明らかなように、応答性を確保する為に、目標回転数変化直後は、駆動デューティを１００％にすると共に、比例項（Ｐ項）に応じた進角量によって駆動し、その後、積分項（Ｉ項）に応じた進角量によって回転数を維持している。
この進角量は、従来の最大モータ出力に合わせた進角量より小さいものとなっているため、モータの消費電流は低減しているものである。

以上のように、この発明の実施の形態１によるブラシレスモータの駆動方法および駆動制御装置は、通常の、回転位置検出センサの回転位置信号に基く、駆動回路の通電位相角制御（ＰＷＭ駆動タイミング）に加えて、目標モータ回転数と実際の回転数の偏差により求めた制御パラメータ、すなわち、Ｐ項（比例項）、Ｉ項（積分項）、Ｄ項（微分項）を用いて、通電位相角を決定し、この通電位相角情報に基いて、上記回転位置信号に基いて設定された通電位相角を補正するものである。
したがって、この発明によれば、ブラシレスモータの広範な回転数範囲において、駆動回路の通電位相角（ＰＷＭ駆動タイミング）を制御することにより、モータの効率を向上させ、消費電流を低減することができる。
また、駆動回路の通電位相角を、回転数制御の制御パラメータを用いて補正することにより、回転数変化に対する応答性も確保することができる。

さらに、この発明によれば、電動ポンプ駆動用のブラシレスモータを用いた油圧式パワーステアリング装置に用いて好適な、ブラシレスモータの駆動方法および駆動制御装置を得ることができる。

この発明は、例えば、ブラシレスモータを用いた油圧式パワーステアリング装置に
適用することができる。

この発明を適用した電動ポンプ油圧式パワーステアリング装置の構成図である。 この発明の実施の形態１によるブラシレスモータの駆動制御装置の制御ブロック図である。 ブラシレスモータにおける、駆動回路の駆動デューティと、通電位相角（ＰＷＭ駆動タイミング）、およびモータ回転数の関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態１における、位相制御手段およびＰＷＭ制御手段の動作を説明する制御フローである。 この発明の実施の形態１において用いられる進角マップの一例を示す図である。 この発明の実施の形態１によるブラシレスモータの回転数応答性を示すグラフである。

符号の説明

６：ブラシレスモータ、７：コントローラ、１０：オイルポンプ部、１１：舵角センサ、１２：車速センサ、７１：回転位置検出センサ、７２：駆動回路、７３：目標回転数演算手段、７４：回転数演算手段、７５：回転数制御手段、７６：ＰＷＭ制御手段、
７７：位相制御手段。

Claims (9)

1. 目標モータ回転数と実際の回転数との偏差に応じて制御パラメータを算出し、この制御パラメータに基いて、ＰＷＭ駆動を行なう駆動回路によりブラシレスモータの回転数を制御すると共に、上記ブラシレスモータの回転位置を検出する回転位置検出センサの回転位置信号に基いて、上記駆動回路の通電位相角を制御するようにしたブラシレスモータの駆動方法において、上記制御パラメータに基いて操作量を演算し、この操作量を基に、予め作成しておいた上記操作量と進角量との対応マップから進角量を演算し、この演算した進角情報で、上記回転位置信号に基いて設定された上記駆動回路の通電位相角を補正するようにしたことを特徴とするブラシレスモータの駆動方法。
2. 上記操作量は、上記制御パラメータのうち、比例制御を行う比例項、積分制御を行う積分項、および微分制御を行う微分項の、少なくとも一つの項を用いて演算し、この操作量を基に、予め作成しておいた操作量と進角量との対応マップを用いて進角量を演算するものであることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータの駆動方法。
3. 上記操作量は、上記制御パラメータの、比例制御を行う比例項、積分制御を行う積分項、および微分制御を行う微分項を用いて演算し、この操作量を基に、予め作成しておいた操作量と進角量との対応マップを用いて進角量を演算するものであることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータの駆動方法。
4. 上記制御パラメータに基いて、上記駆動回路の駆動デューティを演算し、この駆動デューティが所定値以上の時に駆動回路の通電位相角を補正するようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のブラシレスモータの駆動方法。
5. 目標モータ回転数と実際の回転数との偏差に応じて回転数制御手段により制御パラメータを算出し、この制御パラメータに基いてＰＷＭ制御手段により駆動回路を制御し、ブラシレスモータの回転数を制御すると共に、上記ブラシレスモータの回転位置を検出する回転位置検出センサの回転位置信号に基き、上記駆動回路の通電位相角を制御するようにしたブラシレスモータの駆動制御装置において、上記回転数制御手段により算出した制御パラメータに基いて、進角量を演算すると共に、この演算した進角情報を上記ＰＷＭ制御手段に与える位相制御手段を備え、上記ＰＷＭ制御手段は、上記位相制御手段からの情報に基いて、上記回転位置信号に基いて設定された上記駆動回路の通電位相角を補正するようにしたことを特徴とするブラシレスモータの駆動制御装置。
6. 上記位相制御手段は、上記制御パラメータのうち、比例制御を行う比例項、積分制御を行う積分項、および微分制御を行う微分項の、少なくとも一つの項を用いて操作量を演算し、この操作量を基に、予め作成しておいた操作量と進角量との対応マップを用いて進角量を演算するよう構成したことを特徴とする請求項５記載のブラシレスモータの駆動制御装置。
7. 上記位相制御手段は、上記制御パラメータの、比例制御を行う比例項、積分制御を行う積分項、および微分制御を行う微分項を用いて操作量を演算し、この操作量を基に、予め作成しておいた操作量と進角量との対応マップを用いて進角量を演算するよう構成したことを特徴とする請求項５記載のブラシレスモータの駆動制御装置。
8. 上記ＰＷＭ制御手段は、上記制御パラメータに基いて、上記駆動回路の駆動デューティを演算し、この駆動デューティが所定値以上の時に駆動回路の通電位相角を補正するよう構成したことを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれかに記載のブラシレスモータの駆動制御装置。
9. 油圧ポンプ駆動用のブラシレスモータに、請求項５〜請求項８のいずれかに記載の駆動制御装置を備えた油圧式パワーステアリング装置。

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