JP4263582B2 - ブラシレスモータ制御装置 - Google Patents
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Description
ところが、このような制御装置では、モータを希望のトルクや回転数で回転させることができるものの、モータの駆動を開始した当初(始動時)において、磁極判別処理によりロータの磁極の向きを判別するまでに時間がかかるという問題があった。具体的には、電圧指令値Vq’を算出するためにPI制御を行うと、電圧指令値Vq’が算出されるまでの時定数が長く、モータ電流(実電流)の正負両方向のピーク電流が短時間では安定しない。そのため、電流により発生した磁界も安定せず、磁界が安定するまで正確な磁極判別処理ができないため、ロータの磁極の向きを判別するまでに時間がかかっていた。
また、簡単な構成で容易にロータの位置に基づいて界磁電流指令値を変更することができるので、ロータ角度の全周に渡り、磁極判別能力を安定させることができると共に減磁作用を抑制することができるという効果が得られる。
先ず、本発明の実施例について説明する前に、本発明の基本的な考え方を図1を参照して説明する。図1は、DCブラシレスモータの構成図及び等価回路を示す図である。なお、以下の説明において、文字の上にハット記号(^)を付与したものは数式においてはイメージ図により表現できるが、文書上では文字の上にハット記号(^)を付与することができないので、文字の右横にハット記号(^)を付与して表す。具体的には、例えば文字が(θ)である場合はシータハットは(θ^)のように表現する。
次に、本発明の実施例の一例について図1から図3を参照して説明する。図2は、本発明の一実施例のブラシレスモータ制御装置の構成を示すブロック図である。なお、本実施例のブラシレスモータ制御装置は、特にEV(Electric Vehicles)やHEV(Hybrid Electric Vehicles )等の車両に搭載して利用することが有用であり、一例として、ブラシレスモータ制御装置がEVやHEVに搭載された場合について説明する。また、図3は検査用電圧の周期と検査用電圧及びdq軸電流の推移を示した図である。
次に、モータコントローラ10におけるロータ角度(θ)の検出処理の詳細について説明する。なお、モータ1のロータ角度の推定値(θ^)の初期値は「0」とする。
まず、検査用電圧重畳部21は、図3(a)に示したように、モータコントローラ10の制御サイクル(Δt)のn周期分を1周期とする検査用電圧Hdq^(Hd^、Hq^)を、以下の(39)式により生成する。
出されるロータ角度の位相を強制的にずらして、検出誤差を減少させることができる。
ところで、ロータ2の回転に伴うインダクタンス変動は、ロータ角度θの1/2周期なので、上述の処理により算出されるロータ角度θの演算値は、電気角0〜180[度]、または電気角180〜360[度]の両領域で同値となる。従って、DCブラシレスモータ1の始動時に初期ロータ角度θを電気角0〜360[度]の範囲で検出するには、ロータ2の磁極の向きを判別する磁極判別処理を実行し、ロータ角度θの演算値が、電気角0〜180[度]、または電気角180〜360[度]のどちらの領域での値かを判定する必要がある。
(1)「電流により生じた磁界の向き=磁石により生じる磁界の向き」の場合、磁界が飽和状態となるため、U、V、Wの各相の自己インダクタンス直流分lの変動分Δlが大きくなる。
(2)「電流により生じた磁界の向き≠磁石により生じる磁界の向き」の場合、磁界が非飽和状態となるため、U、V、Wの各相の自己インダクタンス直流分lの変動分Δlが小さくなる。
(1)「正方向電流により生じた磁界の向き=磁石により生じる磁界の向き」の場合、磁界が飽和状態となるため、U、V、Wの各相の自己インダクタンス直流分lの変動分Δlが大きくなる。
(2)「負方向電流により生じた磁界の向き≠磁石により生じる磁界の向き」の場合、磁界が非飽和状態となるため、U、V、Wの各相の自己インダクタンス直流分lの変動分Δlが小さくなる。
そこで、本実施例のブラシレスモータ制御装置では、P(比例)制御のみで電圧指令値を算出することにより、モータの始動時にモータ電流(実電流)を短時間で安定させて、磁極判別処理に要する時間を短縮化しつつ、上述の問題を回避して効率よく磁極判別処理を実行するために、複数の電流指令値を用意して、前述の「ロータ角度の検出処理」において算出されたロータ2のロータ角度θの演算値により、q軸指令電流(Iq_c)(=界磁電流指令値)を用意された電流指令値のいずれかに切り換えて制御する。
次に、図面を参照して本実施例のブラシレスモータ制御装置の磁極判別処理動作について具体的に説明する。
図7は、ロータ2のロータ角度θの演算値によりq軸指令電流(Iq_c)を切り換え制御するためにロータ角度θの場合分けを示した図であって、細かく場合分けされたロータ角度θにより、q軸指令電流(Iq_c)に弱設定、中設定、強設定の3個の電流指令値のいずれかを指定する。詳細に説明すると、磁極判別計算結果Aの絶対値が小さい値で安定するロータ角度θ=20〜40[度]、80〜100[度]、140〜160[度]では、q軸指令電流(Iq_c)に電流を多く流す強設定の電流指令値を指定する。また、磁極判別計算結果Aの絶対値が大きい値で安定するロータ角度θ=0〜10[度]、50〜70[度]、110〜130[度]、170〜180[度]では、q軸指令電流(Iq_c)に電流を少なく流す弱設定の電流指令値を指定する。
一方、図8は、本実施例のブラシレスモータ制御装置の磁極判別処理手順を示すフローチャートである。
図8において、まず、角度検出部25は、前述の「ロータ角度の検出処理」によりロータ2のロータ角度θを検出する(ステップS1)。
次に、制御部11は、角度検出部25により検出されたロータ角度θの演算値に対し、予め記憶しておいた上述の図7に示すロータ角度θと複数の電流指令値との対応関係に基づいて、ロータ角度θによりq軸指令電流(Iq_c)を切り換える(ステップS2)。
また、ロータ角度θ=0〜10[度]、50〜70[度]、110〜130[度]、170〜180[度]の場合、q軸指令電流(Iq_c)に弱設定の電流指令値を指定する(ステップS4)。
更に、ロータ角度θ=10〜20[度]、40〜50[度]、70〜80[度]、100〜110[度]、130〜140[度]、160〜170[度]の場合、q軸指令電流(Iq_c)に中設定の電流指令値を指定する(ステップS5)。
一方、角度検出部25は、前述の(36)式に基づいて算出される正方向電流に基づくΔl値により算出される余弦参照値(Vc^)=Vc1、及び負方向電流に基づくΔl値により算出される余弦参照値(Vc^)=Vc2を用いて磁極判別計算結果「A=Vc1−Vc2」を算出する(ステップS7)。
最後に、角度検出部25は、判定されたロータ角度θに基づいてロータ2の初期位置を確定する(ステップS9)。
従って、モータの始動時に、磁極判別処理による減磁作用を抑制し、安定した磁極判別能力を確保しながら短時間でかつ効率良く磁極判別処理を実行し、ロータの位置を正確に検出可能なブラシレスモータ制御装置を実現することができるという効果が得られる。なお、図9は、本実施例のブラシレスモータ制御装置における実際のロータ角度θに対するロータ角度θの演算値、及び実際のロータ角度θに対する磁極判別計算結果Aの値をグラフ化した図である。
従って、ロータ角度θの全周に渡り、磁極判別能力を安定させることができると共に減磁作用を抑制することができるという効果が得られる。
2 ロータ
11 制御部(電流指令制御手段)
Iq_c q軸指令電流(界磁電流指令値)
Claims (1)
- 永久磁石式のロータを備えたブラシレスモータのステータの巻線に高調波電圧を印加し、該高周波電圧により発生したモータ電流から前記ロータの位置を検出するブラシレスモータ制御装置において、
前記ブラシレスモータへのトルク指令値に基づく電流指令値を電圧指令値へ変換する際に、該電圧指令値を比例制御のみで算出し、
前記ロータの磁極の向きを判別する磁極判別処理時に、前記ロータの位置に基づいて界磁電流指令値を変更する電流指令制御手段を備え、
前記電流指令制御手段が、所定の角度範囲毎に予め設定された界磁電流指令値の中から、前記ロータの位置を示すロータ角度に応じた界磁電流指令値を選択することを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
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