JP2007215306A - Controlling device for motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば電動パワーステアリング装置において操舵トルクを発生するために用いられる、三相ブラシレスモータを制御するためのモータ用制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device for controlling a three-phase brushless motor, for example, used for generating steering torque in an electric power steering device.
三相ブラシレスモータの出力をフィードバック制御する場合、そのモータの電機子捲線を構成する三相のコイルそれぞれにおける相電流を個別に求める必要がある。 When feedback control is performed on the output of a three-phase brushless motor, it is necessary to individually obtain the phase current in each of the three-phase coils constituting the armature winding of the motor.
三相のコイル全てにおける相電流を検出する場合、電流検出部の数が多くなるために制御装置のコスト低減や小型化が妨げられる。そこで、二相のコイルにおける相電流を検出し、残りの相のコイルにおける相電流を演算により求めることが提案されている（特許文献１参照）。
上記従来技術においては、二相のコイルにおける相電流を検出するために２つの電流検出部が必要であるので、十分にコスト低減や小型化を図ることができない。本発明は、上記問題を解決することのできるモータ用制御装置を提供することを目的とする。 In the above-described prior art, two current detectors are required to detect the phase current in the two-phase coil, and therefore it is not possible to sufficiently reduce the cost or reduce the size. It is an object of the present invention to provide a motor control device that can solve the above problems.
本発明は、三相ブラシレスモータの出力を、そのモータの電機子捲線を構成する三相のコイルそれぞれにおける相電流に応じてフィードバック制御するモータ用制御装置において、三相のコイルそれぞれにおける相電流、端子電圧、および速度起電力の間の予め定めた関係を記憶する記憶部と、三相のコイルそれぞれにおける端子電圧を求める電圧決定部と、三相のコイルそれぞれにおける速度起電力を求める速度起電力決定部と、一相のコイルにおける相電流を検出する電流検出部と、相電流が検出されない残りの二相のコイルそれぞれにおける相電流を、前記記憶部に記憶された関係、求められた端子電圧、求められた速度起電力、および検出された相電流から演算により求める相電流演算部とを備えている。
本発明によれば、一相のコイルにおける相電流を検出するだけで、残りの二相のコイルにおける相電流を演算により求めることができる。
The present invention provides a motor control device that feedback-controls the output of a three-phase brushless motor in accordance with the phase current in each of the three-phase coils constituting the armature winding of the motor, the phase current in each of the three-phase coils, A storage unit that stores a predetermined relationship between the terminal voltage and the speed electromotive force, a voltage determination unit that determines a terminal voltage in each of the three-phase coils, and a speed electromotive force that calculates the speed electromotive force in each of the three-phase coils The determination unit, the current detection unit for detecting the phase current in the one-phase coil, the phase current in each of the remaining two-phase coils in which the phase current is not detected, the relationship stored in the storage unit, and the obtained terminal voltage A phase current calculation unit that is calculated from the obtained speed electromotive force and the detected phase current.
According to the present invention, the phase current in the remaining two-phase coils can be obtained by calculation only by detecting the phase current in the one-phase coil.
前記記憶部において以下の式（１）〜（３）で表される関係が記憶され、
Ｖｕ＝（Ｒ＋ＰＬ）・Ｉｕ−ＰＭ・（Ｉｖ＋Ｉｗ）／２＋Ｅｕ…（１）
Ｖｖ＝（Ｒ＋ＰＬ）・Ｉｖ−ＰＭ・（Ｉｗ＋Ｉｕ）／２＋Ｅｖ…（２）
Ｖｗ＝（Ｒ＋ＰＬ）・Ｉｗ−ＰＭ・（Ｉｕ＋Ｉｖ）／２＋Ｅｗ…（３）
ここで、Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは三相の前記コイルそれぞれにおける相電流、Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは三相の前記コイルそれぞれにおける端子電圧、Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗは三相の前記コイルそれぞれにおける速度起電力、Ｒは三相の前記コイルそれぞれの捲線抵抗、Ｌは三相の前記コイルそれぞれの自己インダクタンス、Ｍは三相の前記コイル間の相互インダクタンス、Ｐは時間微分演算子であるのが好ましい。
これにより、相電流Ｉｕを検出する電流検出部を設ける場合は、検出した相電流Ｉｕと式（１）と式（２）から相電流Ｉｖを演算により求め、検出した相電流Ｉｕと式（１）と式（３）から相電流Ｉｗを演算により求めることができる。相電流Ｉｖを検出する電流検出部を設ける場合は、検出した相電流Ｉｖと式（１）と式（２）から相電流Ｉｕを演算により求め、検出した相電流Ｉｖと式（２）と式（３）から相電流Ｉｗを演算により求めることができる。相電流Ｉｗを検出する電流検出部を設ける場合は、検出した相電流Ｉｗと式（１）と式（３）から相電流Ｉｕを演算により求め、検出した相電流Ｉｗと式（２）と式（３）から相電流Ｉｖを演算により求めることができる。
なお、式（１）〜（３）の関係は、以下の式（５）で示す三相ブラシレスモータについての公知の回路方程式を展開することで求められる。
In the storage unit, relationships represented by the following formulas (1) to (3) are stored,
Vu = (R + PL) .Iu-PM. (Iv + Iw) / 2 + Eu (1)
Vv = (R + PL) .Iv-PM. (Iw + Iu) / 2 + Ev (2)
Vw = (R + PL) * Iw-PM * (Iu + Iv) / 2 + Ew (3)
Here, Iu, Iv, and Iw are phase currents in each of the three-phase coils, Vu, Vv, and Vw are terminal voltages in the respective three-phase coils, and Eu, Ev, and Ew are speed causes in the respective three-phase coils. It is preferable that power, R is a winding resistance of each of the three-phase coils, L is a self-inductance of each of the three-phase coils, M is a mutual inductance between the three-phase coils, and P is a time differential operator.
Thus, when a current detection unit for detecting the phase current Iu is provided, the phase current Iv is obtained from the detected phase current Iu and the expressions (1) and (2) by calculation, and the detected phase current Iu and the expression (1 ) And formula (3), the phase current Iw can be obtained by calculation. When a current detection unit for detecting the phase current Iv is provided, the phase current Iu is obtained by calculation from the detected phase current Iv and the expressions (1) and (2), and the detected phase current Iv, the expressions (2), and From (3), the phase current Iw can be obtained by calculation. In the case of providing a current detector for detecting the phase current Iw, the phase current Iu is obtained from the detected phase current Iw and the expressions (1) and (3) by calculation, and the detected phase current Iw, the expressions (2) and (2) are calculated. From (3), the phase current Iv can be obtained by calculation.
In addition, the relationship of Formula (1)-(3) is calculated | required by developing the well-known circuit equation about the three-phase brushless motor shown by the following formula | equation (5).
前記記憶部において上記の式（１）〜（３）の中の少なくとも２つの式と以下の式（４）で表される関係が記憶されるのが好ましい。
Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０…（４）
式（４）は三相ブラシレスモータにおいて成立する。
これにより、相電流Ｉｕを検出する電流検出部を設ける場合は、検出した相電流Ｉｕと式（１）と式（４）からモータインピーダンスとしてＲ＋Ｐ（Ｌ＋Ｍ／２）を演算により求め、求めたモータインピーダンスと式（２）および式（４）から相電流Ｉｖを演算により求め、検出した相電流Ｉｕと演算により求めた相電流Ｉｖと式（４）から相電流Ｉｗを演算により求めることができる。
相電流Ｉｖを検出する電流検出部を設ける場合は、検出した相電流Ｉｖと式（２）と式（４）からモータインピーダンスとしてＲ＋Ｐ（Ｌ＋Ｍ／２）を演算により求め、求めたモータインピーダンスと式（１）および式（４）から相電流Ｉｕを演算により求め、検出した相電流Ｉｖと演算により求めた相電流Ｉｕと式（４）から相電流Ｉｗを演算により求めることができる。
相電流Ｉｗを検出する電流検出部を設ける場合は、検出した相電流Ｉｗと式（３）と式（４）からモータインピーダンスとしてＲ＋Ｐ（Ｌ＋Ｍ／２）を演算により求め、求めたモータインピーダンスと式（１）および式（４）から相電流Ｉｕを演算により求め、検出した相電流Ｉｗと演算により求めた相電流Ｉｕと式（４）から相電流Ｉｖを演算により求めることができる。
It is preferable that the storage unit stores at least two of the above formulas (1) to (3) and the relationship represented by the following formula (4).
Iu + Iv + Iw = 0 (4)
Equation (4) holds for a three-phase brushless motor.
As a result, when a current detection unit for detecting the phase current Iu is provided, R + P (L + M / 2) is obtained as a motor impedance from the detected phase current Iu and equations (1) and (4) by calculation, and the obtained motor The phase current Iv can be obtained by calculation from the impedance and the equations (2) and (4), and the phase current Iw can be obtained from the detected phase current Iu, the calculated phase current Iv and the equation (4).
In the case of providing a current detection unit for detecting the phase current Iv, R + P (L + M / 2) is obtained as a motor impedance from the detected phase current Iv and equations (2) and (4), and the obtained motor impedance and equation The phase current Iu can be obtained by calculation from (1) and formula (4), and the phase current Iw can be obtained by calculation from the detected phase current Iv, the phase current Iu obtained by calculation and formula (4).
When a current detection unit for detecting the phase current Iw is provided, R + P (L + M / 2) is obtained as a motor impedance from the detected phase current Iw and Equations (3) and (4), and the obtained motor impedance and equation The phase current Iu can be obtained by calculation from the equations (1) and (4), and the phase current Iv can be obtained by calculation from the detected phase current Iw, the phase current Iu obtained by the calculation, and equation (4).
本発明のモータ用制御装置によれば、電流検出部は一相のコイルにおける相電流を検出すれば足りるのでコスト低減、小型化を図ることができる。 According to the motor control device of the present invention, it is sufficient for the current detection unit to detect the phase current in the one-phase coil, so that the cost can be reduced and the size can be reduced.
図１に示す第１実施形態の車両用ラックピニオン式電動パワーステアリング装置１０１は、操舵により回転するステアリングシャフト１０３と、ステアリングシャフト１０３に設けられるピニオン１０３ａと、ピニオン１０３ａに噛み合うラック１０４と、操舵補助力発生用の三相ブラシレスモータ１と、モータ１の出力をラック１０４に伝達するネジ機構１１０とを備える。ラック１０４の両端は操舵用車輪（図示省略）に連結される。操舵によるピニオン１０３ａの回転により、ラック１０４が車両幅方向に沿い移動し、このラック１０４の移動により舵角が変化する。
A vehicle rack and pinion type electric
モータ１は、ラック１０４を覆うハウジング１０８に固定されるステータ１ａと、ハウジング１０８にベアリング１０８ａ、１０８ｂを介して回転可能に支持される筒状ロータ１ｂと、ロータ１ｂに取り付けられるマグネット１ｃとを有する。ステータ１ａは、モータ１の電機子捲線を構成する三相のコイルを含む。本実施形態においては、三相のコイルとしてＵ相コイル、Ｖ相コイル、およびＷ相コイルを有する。ロータ１ｂはラック１０４を囲む。ロータ１ｂの回転位置を検出する回転位置検出部がレゾルバ２により構成されている。
The
ネジ機構１１０は、ラック１０４の外周に一体的に形成されたボールスクリューシャフト１１０ａと、ボールスクリューシャフト１１０ａにボールを介してねじ合わされるボールナット１１０ｂとを有する。ボールナット１１０ｂはロータ１ｂに連結されている。これにより、モータ１がボールナット１１０ｂを回転させることによりラック１０４の長手方向に沿う操舵補助力が付与される。モータ１はモータ用制御装置１０に接続される。
The
図２は、制御装置１０の機能ブロックを示す。制御装置１０は、電流検出部１１、信号処理部１２、および駆動部１３を有する。制御装置１０に、レゾルバ２、ステアリングシャフト１０３により伝達される操舵トルクを検出するトルクセンサ７、車速を検出する車速センサ８が接続される。
FIG. 2 shows functional blocks of the
電流検出部１１は、一相のコイルにおける相電流を検出するもので、本実施形態においてはＵ相コイルに流れる相電流を検出する。電流検出部１１としては公知のものを用いることができ、電流検出器１１ａと、電流検出器１１ａによる電流検出信号をＡＤ変換するＡＤ変換器１１ｂを有する。
The
信号処理部１２は、例えばマイクロコンピュータにより構成され、目標電流演算部１５、三相目標電流演算部１６、三相のコイルそれぞれに対応するＰＩ（比例積分）演算部１７ｕ、１７ｖ、１７ｗ、三相のコイルそれぞれに対応するＰＷＭ（パルス幅変調）制御部１８ｕ、１８ｖ、１８ｗ、三相のコイルそれぞれに対応する偏差演算部１９ｕ、１９ｖ、１９ｗ、及び相電流演算部２０を有する。
The
目標電流演算部１５は、トルクセンサ７により検知される操舵トルクと、車速センサ８により検出される車速に基づいて、モータ１の目標電流Ｉ* を演算する。目標電流Ｉ* の演算は公知の方法で行うことができ、例えば、操舵トルクの大きさが大きく、車速が小さい程に目標電流Ｉ* は大きくされる。
The target
三相目標電流演算部１６は、目標電流Ｉ* とレゾルバ２により検出されたロータ１ｂの回転位置とに基づき、三相のコイルそれぞれにおける目標相電流Ｉｕ* 、Ｉｖ* 、Ｉｗ* を演算する。三相目標電流演算部１６における演算は公知の方法で行うことができる。
The three-phase target
偏差演算部１９ｕ、１９ｖ、１９ｗはそれぞれ、Ｕ相コイルにおける目標相電流Ｉｕ* と電流検出部１１による検出相電流Ｉｕとの偏差δＩｕ、Ｖ相コイルにおける目標相電流Ｉｖ* と相電流演算部２０により演算された相電流Ｉｖとの偏差δＩｖ、およびＷ相コイルにおける目標相電流Ｉｗ* と相電流演算部２０により演算された相電流Ｉｗとの偏差δＩｗを演算する。
ＰＩ演算部１７ｕ、１７ｖ、１７ｗはそれぞれ、偏差演算部１９ｕ、１９ｖ、１９ｗにおいて演算された偏差δＩｕ、δＩｖ、δＩｗのＰＩ演算を行うことで、Ｕ相コイルへの目標印加電圧Ｖｕ* 、Ｖ相コイルへの目標印加電圧Ｖｖ* 、及びＷ相コイルへの目標印加電圧Ｖｗ* を演算する。
The
ＰＷＭ制御部１８ｕ、１８ｖ、１８ｗはそれぞれ、ＰＩ演算部１７ｕ、１７ｖ、１７ｗにおいて演算された目標印加電圧Ｖｕ* 、Ｖｖ* 、Ｖｗ* に対応するデューティ比を有するパルス信号であるＰＷＭ制御信号を形成する。
The
相電流演算部２０は、Ｖ相コイルにおける相電流ＩｖとＷ相コイルにおける相電流Ｉｗを演算するため、三相のコイルそれぞれにおける相電流、端子電圧、および速度起電力の間の予め定めた関係を記憶する記憶部としても機能し、上記の式（１）〜（３）で表される関係を記憶する。なお、本実施形態においては、ＩｕはＵ相コイルを流れる相電流、ＩｖはＶ相コイルを流れる相電流、ＩｗはＷ相コイルを流れる相電流、ＶｕはＵ相コイルにおける端子電圧、ＶｖはＶ相コイルにおける端子電圧、ＶｗはＷ相コイルにおける端子電圧、ＥｕはＵ相コイルに誘起される速度起電力、ＥｖはＶ相コイルに誘起される速度起電力、ＥｗはＷ相コイルに誘起される速度起電力、ＭはＵ相コイルとＶ相コイルとの間、Ｕ相コイルとＷ相コイルとの間、およびＶ相コイルとＷ相コイルとの間それぞれの相互インダクタンスとされる。
Since the phase
相電流演算部２０は、Ｖ相コイルにおける相電流ＩｖとＷ相コイルにおける相電流Ｉｗを、記憶した式（１）〜（３）の関係、電流検出部１１により検出されたＵ相コイルに流れる相電流Ｉｕ、三相のコイルそれぞれにおける端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ、三相のコイルそれぞれにおける速度起電力Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗから演算する。
すなわち、式（１）と式（２）からＩｗを消去すると以下の式（６）となる。
Ｉｖ＝〔（Ｖｖ−Ｅｖ）−（Ｖｕ−Ｅｕ）〕／〔Ｒ＋Ｐ（Ｌ＋Ｍ／２）〕＋Ｉｕ…（６）
また、式（１）と式（３）からＩｖを消去すると以下の式（７）となる。
Ｉｗ＝〔（Ｖｗ−Ｅｗ）−（Ｖｕ−Ｅｕ）〕／〔Ｒ＋Ｐ（Ｌ＋Ｍ／２）〕＋Ｉｕ…（７）
式（６）を用いて相電流Ｉｖを演算により求め、式（７）を用いて相電流Ｉｗを演算により求めることができる。
The phase
That is, when Iw is deleted from the expressions (1) and (2), the following expression (6) is obtained.
Iv = [(Vv−Ev) − (Vu−Eu)] / [R + P (L + M / 2)] + Iu (6)
Further, when Iv is eliminated from the equations (1) and (3), the following equation (7) is obtained.
Iw = [(Vw−Ew) − (Vu−Eu)] / [R + P (L + M / 2)] + Iu (7)
The phase current Iv can be obtained by calculation using Equation (6), and the phase current Iw can be obtained by calculation using Equation (7).
相電流Ｉｖ、Ｉｗの演算に用いられる端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗそれぞれは、相電流演算部２０において、ＰＩ演算部１７ｕ、１７ｖ、１７ｗにおいて演算された目標印加電圧Ｖｕ* 、Ｖｖ* 、Ｖｗ* に対応するＰＷＭ制御用デューティ比Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗに、バッテリーＥの電圧Ｖｅを乗じた値Ｄｕ・Ｖｅ、Ｄｖ・Ｖｅ、Ｄｗ・Ｖｅとして求められる。これにより本実施形態においては、相電流演算部２０は三相のコイルそれぞれにおける端子電圧を求める電圧決定部としても機能する。なお、三相のコイルそれぞれにおける端子電圧を求める電圧決定部として、各端子電圧を直接に検出する電圧センサを設けてもよい。
The terminal voltages Vu, Vv, Vw used for the calculation of the phase currents Iv, Iw are the target applied voltages Vu * , Vv * , Vw * calculated by the
相電流Ｉｖ、Ｉｗの演算に用いられる各速度起電力Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗは、相電流演算部２０において、レゾルバ２から時系列に入力されるロータ１ｂの回転位置の変化からロータ１ｂの回転速度ωを求め、求めた回転速度ωにモータ１に固有の逆起電力定数Ｋｅを乗じた値Ｋｅ・ωとして求められる。これにより本実施形態においては、相電流演算部２０は三相のコイルそれぞれにおける速度起電力を求める速度起電力決定部としても機能する。
The respective speed electromotive forces Eu, Ev, Ew used for the calculation of the phase currents Iv, Iw are the rotational speeds of the rotor 1b from the change of the rotational position of the rotor 1b inputted in time series from the
駆動部１３は、電力供給用スイッチング素子として、インバータ回路を構成する一対のＵ相用ＦＥＴ１３ｕ１、ＦＥＴ１３ｕ２、一対のＶ相用ＦＥＴ１３ｖ１、ＦＥＴ１３ｖ２、および一対のＷ相用ＦＥＴ１３ｗ１、ＦＥＴ１３ｗ２を有する。バッテリーＥにより各相のコイルに印加される電圧が目標印加電圧Ｖｕ* 、Ｖｖ* 、Ｖｗ* になるように、駆動部１３の、各ＦＥＴ１３ｕ１、１３ｕ２、１３ｖ１、１３ｖ２、１３ｗ１、１３ｗ２がＰＷＭ制御信号により開閉される。すなわち、インバータ回路におけるＵ相の上アームＦＥＴ１３ｕ１のゲートに入力されるＰＷＭ制御信号と下アームＦＥＴ１３ｕ２のゲートに入力されるＰＷＭ制御信号は、一方がハイパルスである時は他方がローパルスとされ、一方の立ち下がり時と他方の立ち上がり時との間にデッドタイムが設定される。Ｖ相、Ｗ相においても同様である。各相における上アームＦＥＴ１３ｕ１、１３ｖ１、１３ｗ１のゲートに入力されるＰＷＭ制御信号のデューティ比は、デッドタイムを無視すれば、目標印加電圧Ｖｕ* 、Ｖｖ* 、Ｖｗ* が０である時は０．５、目標印加電圧Ｖｕ* 、Ｖｖ* 、Ｖｗ* がモータ１を回転させるための最大値である時は１、最小値である時は０とされる。これにより、モータ１への電力供給ラインに配置される電力供給用スイッチング素子をＰＷＭ制御信号により開閉することで、モータ１の出力が三相のコイルそれぞれにおける相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに応じてフィードバック制御される。
The
図３に示すフローチャートは制御装置１０による制御手順を示す。
車両のイグニッションスイッチのオン等により制御が開始されると、初期設定が行われ（ステップＳ１）、各センサによる検出値が読み込まれ（ステップＳ２）、操舵トルクと車速に応じて目標電流Ｉ* が演算される（ステップＳ３）。その演算された目標電流Ｉ* とロータ１ｂの回転位置とに基づき目標相電流Ｉｕ* 、Ｉｖ* 、Ｉｗ* が演算される（ステップＳ４）。また、三相のコイルそれぞれにおける端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗが演算され（ステップＳ５）、三相のコイルそれぞれにおける速度起電力Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗが演算され（ステップＳ６）、演算された端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗと演算された速度起電力Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗ、およびＵ相コイルに流れる検出相電流Ｉｕから、Ｖ相コイルにおける相電流ＩｖとＷ相コイルにおける相電流Ｉｗが演算される（ステップＳ７）。なお、制御開始当初においては、相電流Ｉｖ、Ｉｗの演算に必要な目標印加電圧Ｖｕ* 、Ｖｖ* 、Ｖｗ* として初期設定値を用いればよく、その初期設定値は例えば零とされる。次に、Ｕ相コイルにおける目標相電流Ｉｕ* と検出相電流Ｉｕとの偏差δＩｕ、Ｖ相、Ｗ相コイルにおける目標相電流Ｉｖ* 、Ｉｗ* と演算により求められた相電流Ｉｖ、Ｉｗとの偏差δＩｖ、偏差δＩｗが演算され（ステップＳ８）、演算された偏差δＩｕ、δＩｖ、δＩｗに応じた目標印加電圧Ｖｕ* 、Ｖｖ* 、Ｖｗ* が演算される（ステップＳ９）。バッテリーＥにより各相のコイルに印加される電圧が目標印加電圧Ｖｕ* 、Ｖｖ* 、Ｖｗ* になるように、各ＦＥＴ１３ｕ１〜１３ｗ２がＰＷＭ制御信号により開閉されることでモータ１が駆動される（ステップＳ１０）。次に、例えばイグニッションスイッチの開閉状態により制御が終了されるか否かが判断され、終了しない場合はステップＳ２に戻る（ステップＳ１１）。
The flowchart shown in FIG. 3 shows a control procedure by the
When the control is started by turning on the ignition switch of the vehicle or the like, initial setting is performed (step S1), the detection value by each sensor is read (step S2), and the target current I * is set according to the steering torque and the vehicle speed. Calculation is performed (step S3). Based on the calculated target current I * and the rotational position of the rotor 1b, the target phase currents Iu * , Iv * , Iw * are calculated (step S4). Further, terminal voltages Vu, Vv, Vw in each of the three-phase coils are calculated (step S5), speed electromotive forces Eu, Ev, Ew in each of the three-phase coils are calculated (step S6), and the calculated terminal voltages are calculated. The phase current Iv in the V-phase coil and the phase current Iw in the W-phase coil are calculated from the speed electromotive forces Eu, Ev, Ew calculated as Vu, Vv, Vw and the detected phase current Iu flowing in the U-phase coil ( Step S7). At the beginning of the control, initial setting values may be used as the target applied voltages Vu * , Vv * , Vw * necessary for calculating the phase currents Iv, Iw, and the initial setting values are set to zero, for example. Next, the deviation δIu between the target phase current Iu * and the detected phase current Iu in the U-phase coil, the target phase currents Iv * and Iw * in the V-phase and W-phase coils, and the phase currents Iv and Iw obtained by the calculation Deviation δIv and deviation δIw are calculated (step S8), and target applied voltages Vu * , Vv * and Vw * corresponding to the calculated deviations δIu, δIv and δIw are calculated (step S9). Each FET 13u1 to 13w2 is opened and closed by a PWM control signal so that the voltage applied to the coils of each phase by the battery E becomes the target applied voltages Vu * , Vv * and Vw * , thereby driving the motor 1 ( Step S10). Next, for example, it is determined whether or not the control is ended depending on the open / closed state of the ignition switch. If not, the process returns to step S2 (step S11).
上記実施形態によれば、三相の中のＵ相コイルにおける相電流Ｉｕを検出するだけで、相電流が検出されない残りの二相のコイルにおける相電流Ｉｖ、Ｉｗを演算により求めることができる。 According to the above embodiment, the phase currents Iv and Iw in the remaining two-phase coils in which no phase current is detected can be obtained by calculation only by detecting the phase current Iu in the U-phase coil in the three phases.
図４は本発明の第２実施形態を示す。第２実施形においては、ロータ１ｂの有する界磁（マグネット１ｃ）の磁束方向に沿う軸をｄ軸、ｄ軸とロータ１ｂの回転軸とに直交する軸をｑ軸として、ｄｑ座標において目標電流Ｉ* から目標印加電圧Ｖｕ* 、Ｖｖ* 、Ｖｗ* を求める演算を行う。第２実施形態においては、第１実施形態における三相目標電流演算部１６、各ＰＩ演算部１７ｕ、１７ｖ、１７ｗ、各偏差演算部１９ｕ、１９ｖ、１９ｗに代えて、ｄｑ軸目標電流演算部５０、相電流座標変換部５１、ｄ軸偏差演算部５２ｄ、、ｑ軸偏差演算部５２ｑ、ｄ軸ＰＩ演算部５３ｄ、ｑ軸ＰＩ演算部５３ｑ、および目標電圧座標変換部５４を有する。
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the axis along the magnetic flux direction of the field (magnet 1c) of the rotor 1b is the d axis, the axis orthogonal to the d axis and the rotation axis of the rotor 1b is the q axis, and the target current in the dq coordinates. target applied voltage Vu * from I *, Vv *, performs computation for obtaining the Vw *. In the second embodiment, in place of the three-phase target
目標電流演算部１５により演算された目標電流Ｉ* はｄｑ軸目標電流演算部５０に入力される。ｄｑ軸目標電流演算部５０は、ｄ軸方向の磁界を生成するｄ軸目標電流Ｉｄ* と、ｑ軸方向の磁界を生成するｑ軸目標電流Ｉｑ* を演算する。ｄｑ軸目標電流演算部５０における演算は公知の演算式を用いて行うことができる。
The target current I * calculated by the target
電流検出部１１により検出された相電流Ｉｕと相電流演算部２０により演算された相電流Ｉｖ、Ｉｗは相電流座標変換部５１に入力される。相電流座標変換部５１は、ｄ軸方向の磁界を生成するｄ軸電流Ｉｄとｑ軸方向の磁界を生成するｑ軸電流Ｉｑを、電流検出部１１により検出された相電流Ｉｕ、相電流演算部２０により演算された相電流Ｉｖ、Ｉｗ、レゾルバ２により検出されたロータ１ｂの回転位置から演算する。相電流座標変換部５１における演算は公知の演算式を用いて行うことができる。
The phase current Iu detected by the
偏差演算部５２ｄは、ｄ軸目標電流Ｉｄ* とｄ軸電流Ｉｄの偏差δＩｄを求め、その偏差δＩｄのＰＩ演算がｄ軸ＰＩ演算部５３ｄにおいて行われることでｄ軸目標電圧Ｖｄ* が求められる。ｑ軸偏差演算部５２ｑは、ｑ軸目標電流Ｉｑ* とｑ軸電流Ｉｑの偏差δＩｑを求め、その偏差δＩｑのＰＩ演算がｑ軸ＰＩ演算部５３ｑにおいて行われることでｑ軸目標電圧Ｖｑ* が求められる。
The
目標電圧座標変換部５４は、ｄ軸目標電圧Ｖｄ* 、ｑ軸目標電圧Ｖｑ* 、およびレゾルバ２により検出されたロータ１ｂの回転位置から、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルへの目標印加電圧Ｖｕ* 、Ｖｖ* 、Ｖｗ* を演算する。目標電圧座標変換部５４における演算は公知の演算式を用いて行えばよい。これにより第２実施形態においては、第１実施形態における各目標相電流Ｉｕ* 、Ｉｖ* 、Ｉｗ* に代えてｄ軸とｑ軸における目標電流Ｉｄ* 、Ｉｑ* が演算され、各相電流Ｉｖ、Ｉｗの演算後にｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑが演算され、第１実施形態における各偏差δＩｕ、δＩｖ、δＩｗに代えて演算されたｄ軸とｑ軸における偏差δＩｄ、δＩｑに応じて、目標印加電圧Ｖｕ* 、Ｖｖ* 、Ｖｗ* が演算される。他は第１実施形態と同様とされる。
The target voltage coordinate
本発明は上記各実施形態に限定されない。例えば、実際のモータにおいてはＵ相、Ｖ相、Ｗ相の区別があることから、電流検出部によりＶ相コイルにおける相電流ＩｖやＷ相コイルにおける相電流Ｉｗを検出できる。
すなわち、第１変形例として、電流検出部によりＵ相コイルにおける相電流Ｉｕに代えてＶ相コイルにおける相電流Ｉｖを検出し、Ｕ相コイルとＷ相コイルにおける相電流Ｉｕ、Ｉｗを演算により求める。この場合、検出した相電流Ｉｖと式（６）から相電流Ｉｕを演算により求め、式（２）と式（３）から求められる下記式（８）と検出した相電流Ｉｖとから相電流Ｉｗを演算により求めることができる。他は第１実施形態あるいは第２実施形態と同様とされる。
Ｉｗ＝〔（Ｖｗ−Ｅｗ）−（Ｖｖ−Ｅｖ）〕／〔Ｒ＋Ｐ（Ｌ＋Ｍ／２）〕＋Ｉｖ…（８）
The present invention is not limited to the above embodiments. For example, since an actual motor has distinction between the U phase, the V phase, and the W phase, the phase current Iv in the V phase coil and the phase current Iw in the W phase coil can be detected by the current detection unit.
That is, as a first modification, the current detection unit detects the phase current Iv in the V-phase coil instead of the phase current Iu in the U-phase coil, and obtains the phase currents Iu and Iw in the U-phase coil and the W-phase coil by calculation. . In this case, the phase current Iu is obtained from the detected phase current Iv and the equation (6) by calculation, and the phase current Iw is calculated from the following equation (8) obtained from the equations (2) and (3) and the detected phase current Iv. Can be obtained by calculation. Others are the same as those in the first or second embodiment.
Iw = [(Vw−Ew) − (Vv−Ev)] / [R + P (L + M / 2)] + Iv (8)
第２変形例として、電流検出部によりＷ相コイルにおける相電流を検出し、Ｕ相コイルとＶ相コイルにおける相電流を演算により求める。この場合、検出した相電流Ｉｗと式（７）から相電流Ｉｕを演算により求め、検出した相電流Ｉｗと式（８）から相電流Ｉｖを演算により求めることができる。他は第１実施形態あるいは第２実施形態と同様とされる。 As a second modification, the current detection unit detects the phase current in the W-phase coil, and obtains the phase current in the U-phase coil and the V-phase coil by calculation. In this case, the phase current Iu can be obtained by calculation from the detected phase current Iw and equation (7), and the phase current Iv can be obtained by calculation from the detected phase current Iw and equation (8). Others are the same as those in the first or second embodiment.
さらに、ブラシレスモータにおいては上記式（４）の関係が成立することから、記憶部に記憶する関係を実施形態とは異なるものとしてもよい。
すなわち変形例として、相電流演算部２０に記憶される三相のコイルそれぞれにおける相電流、端子電圧、および速度起電力の間の予め定めた関係を、上記実施形態の関係に代えて、式（１）〜（３）の中の少なくとも２つの式と式（４）とする。
この場合、式（１）と式（４）からＩｖ、Ｉｗを消去すると以下の式（９）となる。
Ｖｕ＝〔Ｒ＋Ｐ（Ｌ＋Ｍ／２）〕・Ｉｕ＋Ｅｕ…（９）
また、式（２）と式（４）からＩｕ、Ｉｗを消去すると以下の式（１０）となる。
Ｖｖ＝〔Ｒ＋Ｐ（Ｌ＋Ｍ／２）〕・Ｉｖ＋Ｅｖ…（１０）
また、式（３）と式（４）からＩｕ、Ｉｖを消去すると以下の式（１１）となる。
Ｖｗ＝〔Ｒ＋Ｐ（Ｌ＋Ｍ／２）〕・Ｉｗ＋Ｅｗ…（１１）
第３変形例として、式（１）〜（４）を記憶することで、検出した相電流Ｉｕと式（９）を用いてモータインピーダンスとしてＲ＋Ｐ（Ｌ＋Ｍ／２）を演算により求め、式（１０）および式（１１）を用いて相電流Ｉｖ、Ｉｗを演算により求めることができる。
さらなる変形例として、式（１）〜（４）に代えて式（１）、（２）、（４）又は式（１）、（３）、（４）を記憶することで、検出相電流Ｉｕと式（９）からモータインピーダンスとしてＲ＋Ｐ（Ｌ＋Ｍ／２）を求め、式（１０）と式（４）から、又は式（１１）と式（４）から相電流Ｉｖ、Ｉｗを求めることができる。
Furthermore, since the relationship of said Formula (4) is materialized in a brushless motor, the relationship memorize | stored in a memory | storage part is good also as a thing different from embodiment.
That is, as a modified example, a predetermined relationship among the phase current, the terminal voltage, and the speed electromotive force in each of the three-phase coils stored in the phase
In this case, when Iv and Iw are deleted from the expressions (1) and (4), the following expression (9) is obtained.
Vu = [R + P (L + M / 2)] · Iu + Eu (9)
Further, when Iu and Iw are deleted from the expressions (2) and (4), the following expression (10) is obtained.
Vv = [R + P (L + M / 2)]. Iv + Ev (10)
Further, when Iu and Iv are eliminated from the equations (3) and (4), the following equation (11) is obtained.
Vw = [R + P (L + M / 2)] · Iw + Ew (11)
As a third modified example, by storing the equations (1) to (4), R + P (L + M / 2) is obtained as a motor impedance using the detected phase current Iu and the equation (9), and the equation (10 ) And formula (11), the phase currents Iv and Iw can be obtained by calculation.
As a further modification, the detected phase current is stored by storing the formulas (1), (2), (4) or the formulas (1), (3), (4) instead of the formulas (1) to (4). Obtaining R + P (L + M / 2) as motor impedance from Iu and Equation (9), and obtaining phase currents Iv and Iw from Equation (10) and Equation (4) or from Equation (11) and Equation (4). it can.
第４変形例として、電流検出部によりＵ相コイルにおける相電流Ｉｕに代えてＶ相コイルにおける相電流Ｉｖを検出する以外は第３変形例と同様とする。この場合、式（１）〜（４）を記憶することで、検出した相電流Ｉｖと式（１０）を用いてモータインピーダンスとしてＲ＋Ｐ（Ｌ＋Ｍ／２）を演算により求め、式（９）および式（１１）を用いて相電流Ｉｕ、Ｉｗを演算により求めることができる。
さらなる変形例として、式（１）〜（４）に代えて式（１）、（２）、（４）又は式（２）、（３）、（４）を記憶することで、検出相電流Ｉｖと式（１０）からモータインピーダンスとしてＲ＋Ｐ（Ｌ＋Ｍ／２）を求め、式（９）と式（４）から、又は式（１１）と式（４）から相電流Ｉｕ、Ｉｗを求めることができる。
The fourth modification is the same as the third modification except that the current detection unit detects the phase current Iv in the V-phase coil instead of the phase current Iu in the U-phase coil. In this case, by storing the equations (1) to (4), R + P (L + M / 2) is obtained as a motor impedance using the detected phase current Iv and the equation (10), and the equations (9) and (9) are obtained. Using (11), the phase currents Iu and Iw can be obtained by calculation.
As a further modification, the detection phase current is stored by storing the expressions (1), (2), (4) or the expressions (2), (3), (4) instead of the expressions (1) to (4). Obtaining R + P (L + M / 2) as motor impedance from Iv and Equation (10), and obtaining phase currents Iu and Iw from Equation (9) and Equation (4) or from Equation (11) and Equation (4). it can.
第５変形例として、電流検出部によりＵ相コイルにおける相電流Ｉｕに代えてＷ相コイルにおける相電流Ｉｗを検出する以外は第３変形例と同様とする。この場合、式（１）〜（４）を記憶することで、検出した相電流Ｉｗと式（１１）を用いてモータインピーダンスとしてＲ＋Ｐ（Ｌ＋Ｍ／２）を演算により求め、式（９）および式（１０）を用いて相電流Ｉｕ、Ｉｖを演算により求めることができる。
さらなる変形例として、式（１）〜（４）に代えて式（１）、（３）、（４）又は式（２）、（３）、（４）を記憶することで、検出相電流Ｉｗと式（１１）からモータインピーダンスとしてＲ＋Ｐ（Ｌ＋Ｍ／２）を求め、式（９）と式（４）から、又は式（１０）と式（４）から相電流Ｉｕ、Ｉｖを求めることができる。
The fifth modification is the same as the third modification except that the current detection unit detects the phase current Iw in the W-phase coil instead of the phase current Iu in the U-phase coil. In this case, by storing the equations (1) to (4), R + P (L + M / 2) is obtained as a motor impedance by using the detected phase current Iw and the equation (11), and the equations (9) and (9) are obtained. Using (10), the phase currents Iu and Iv can be calculated.
As a further modification, the detection phase current is stored by storing the expressions (1), (3), (4) or the expressions (2), (3), (4) instead of the expressions (1) to (4). R + P (L + M / 2) is obtained as motor impedance from Iw and formula (11), and phase currents Iu and Iv are obtained from formula (9) and formula (4) or from formula (10) and formula (4). it can.
また、本発明の制御装置により制御されるモータの用途は特に限定されない。 Moreover, the use of the motor controlled by the control device of the present invention is not particularly limited.
１…ブラシレスモータ、１ａ…ステータ、１０…制御装置、１１…電流検出部、２０…相電流演算部（記憶部、電圧決定部、速度起電力決定部）
DESCRIPTION OF
Claims (3)
三相のコイルそれぞれにおける相電流、端子電圧、および速度起電力の間の予め定めた関係を記憶する記憶部と、
三相のコイルそれぞれにおける端子電圧を求める電圧決定部と、
三相のコイルそれぞれにおける速度起電力を求める速度起電力決定部と、
一相のコイルにおける相電流を検出する電流検出部と、
相電流が検出されない残りの二相のコイルそれぞれにおける相電流を、前記記憶部に記憶された関係、求められた端子電圧、求められた速度起電力、および検出された相電流から演算により求める相電流演算部とを備えるモータ用制御装置。 In the motor control device that feedback-controls the output of the three-phase brushless motor according to the phase current in each of the three-phase coils constituting the armature winding of the motor,
A storage unit for storing a predetermined relationship among the phase current, the terminal voltage, and the speed electromotive force in each of the three-phase coils;
A voltage determining unit for determining a terminal voltage in each of the three-phase coils;
A speed electromotive force determination unit for obtaining a speed electromotive force in each of the three-phase coils;
A current detection unit for detecting a phase current in a one-phase coil;
The phase current in each of the remaining two-phase coils in which no phase current is detected is calculated from the relationship stored in the storage unit, the obtained terminal voltage, the obtained speed electromotive force, and the detected phase current. A motor control device comprising a current calculation unit.
Ｖｕ＝（Ｒ＋ＰＬ）・Ｉｕ−ＰＭ・（Ｉｖ＋Ｉｗ）／２＋Ｅｕ…（１）
Ｖｖ＝（Ｒ＋ＰＬ）・Ｉｖ−ＰＭ・（Ｉｗ＋Ｉｕ）／２＋Ｅｖ…（２）
Ｖｗ＝（Ｒ＋ＰＬ）・Ｉｗ−ＰＭ・（Ｉｕ＋Ｉｖ）／２＋Ｅｗ…（３）
ここで、Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは三相の前記コイルそれぞれにおける相電流、Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは三相の前記コイルそれぞれにおける端子電圧、Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗは三相の前記コイルそれぞれにおける速度起電力、Ｒは三相の前記コイルそれぞれの捲線抵抗、Ｌは三相の前記コイルそれぞれの自己インダクタンス、Ｍは三相の前記コイル間の相互インダクタンス、Ｐは時間微分演算子である請求項１に記載のモータ用制御装置。 In the storage unit, relationships represented by the following formulas (1) to (3) are stored,
Vu = (R + PL) .Iu-PM. (Iv + Iw) / 2 + Eu (1)
Vv = (R + PL) .Iv-PM. (Iw + Iu) / 2 + Ev (2)
Vw = (R + PL) * Iw-PM * (Iu + Iv) / 2 + Ew (3)
Here, Iu, Iv, and Iw are phase currents in each of the three-phase coils, Vu, Vv, and Vw are terminal voltages in the respective three-phase coils, and Eu, Ev, and Ew are speed causes in the respective three-phase coils. 2. The power, R is a winding resistance of each of the three-phase coils, L is a self-inductance of each of the three-phase coils, M is a mutual inductance between the three-phase coils, and P is a time differentiation operator. The control apparatus for motors as described.
Ｖｕ＝（Ｒ＋ＰＬ）・Ｉｕ−ＰＭ・（Ｉｖ＋Ｉｗ）／２＋Ｅｕ…（１）
Ｖｖ＝（Ｒ＋ＰＬ）・Ｉｖ−ＰＭ・（Ｉｗ＋Ｉｕ）／２＋Ｅｖ…（２）
Ｖｗ＝（Ｒ＋ＰＬ）・Ｉｗ−ＰＭ・（Ｉｕ＋Ｉｖ）／２＋Ｅｗ…（３）
Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０…（４）
ここで、Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは三相の前記コイルそれぞれにおける相電流、Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは三相の前記コイルそれぞれにおける端子電圧、Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗは三相の前記コイルそれぞれにおける速度起電力、Ｒは三相の前記コイルそれぞれの捲線抵抗、Ｌは三相の前記コイルそれぞれの自己インダクタンス、Ｍは三相の前記コイル間の相互インダクタンス、Ｐは時間微分演算子である請求項１に記載のモータ用制御装置。 As the current detection unit, at least two of the following formulas (1) to (3) and a relationship represented by the following formula (4) are stored in the storage unit,
Vu = (R + PL) .Iu-PM. (Iv + Iw) / 2 + Eu (1)
Vv = (R + PL) .Iv-PM. (Iw + Iu) / 2 + Ev (2)
Vw = (R + PL) * Iw-PM * (Iu + Iv) / 2 + Ew (3)
Iu + Iv + Iw = 0 (4)
Here, Iu, Iv, and Iw are phase currents in each of the three-phase coils, Vu, Vv, and Vw are terminal voltages in the respective three-phase coils, and Eu, Ev, and Ew are speed causes in the respective three-phase coils. 2. The power, R is a winding resistance of each of the three-phase coils, L is a self-inductance of each of the three-phase coils, M is a mutual inductance between the three-phase coils, and P is a time differentiation operator. The control apparatus for motors as described.
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