JP4668017B2 - ブラシレスdcモータの制御装置 - Google Patents
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Description
この制御装置では、磁極検出用電圧によって界磁方向に磁界を発生させた場合に、発生した磁界の方向と界磁方向が同一方向である飽和状態と、発生した磁界の方向と界磁方向が反対方向である非飽和状態とにおいて各相に流れる相電流の状態が変化することに基づき、ロータの磁極の向きを判別するようになっている。
また、ブラシレスDCモータのステータに通電される電流が過剰に増大すると、この過大な電流によって発生する磁界により、ロータの永久磁石の磁力が低下する減磁が発生する場合ある。ロータの永久磁石は磁石温度が増大することに伴い、減磁され易くなることから、減磁作用が所定の許容範囲以内となる上限電流は、ロータの磁石温度が増大することに伴い、低下傾向に変化することになる。このため、ロータの磁石温度の変化を無視した状態で磁極判別処理を実行すると、磁石温度が相対的に高くなった場合に磁極判別処理の実行時にステータに通電される電流が許容範囲以内の上限電流を超えてしまい、永久磁石が過剰に減磁されてしまう虞がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、磁極判別処理の実行時にロータの永久磁石が過剰に減磁されてしまうことを防止しつつ、判別精度を向上させることが可能なブラシレスDCモータの制御装置を提供することを目的とする。
さらに、起動手段は、磁石温度が所定閾温度を超えた場合には、強制転流つまりロータの磁極位置には関わらずにステータ巻線への通電を順次転流させることによりブラシレスDCモータを起動することから、ステータに対する磁極判別用の界磁電流の通電を不要とし、ステータに通電される電流が相対的に高温状態のブラシレスDCモータに対する所定の許容範囲以内の上限電流を超えてしまうことで永久磁石が過剰に減磁されてしまうことを防止しつつ、内燃機関を的確に始動させることができる。
さらに始動手段は、磁石温度が所定閾温度を超えた場合には、ブラシレスDCモータにより内燃機関を始動させずに、車両に搭載された他の始動装置により内燃機関を始動させることから、ブラシレスDCモータを起動する際のステータに対する磁極判別用の界磁電流の通電を不要とし、ステータに通電される電流が相対的に高温状態のブラシレスDCモータに対する所定の許容範囲以内の上限電流を超えてしまうことで永久磁石が過剰に減磁されてしまうことを防止しつつ、内燃機関を的確に始動させることができる。
さらに、ステータに対する磁極判別用の界磁電流の通電を不要とし、ステータに通電される電流が相対的に高温状態のブラシレスDCモータに対する所定の許容範囲以内の上限電流を超えてしまうことで永久磁石が過剰に減磁されてしまうことを防止しつつ、ブラシレスDCモータを的確に起動することができる。
さらに、請求項2および請求項3に記載の本発明のブラシレスDCモータの制御装置によれば、ブラシレスDCモータを起動する際のステータに対する磁極判別用の界磁電流の通電を不要とし、ステータに通電される電流が相対的に高温状態のブラシレスDCモータに対する所定の許容範囲以内の上限電流を超えてしまうことで永久磁石が過剰に減磁されてしまうことを防止しつつ、内燃機関を的確に始動させることができる。
(ロータ位置検出の原理)
先ず、以下に、ロータ位置検出の原理について説明する。なお、以下の説明では、数式等において文字(例えば、θ)の上にハット記号(^)を付与したものは、文字の右横にハット記号(^)を付与したもの(θ^)と同等である。
但し、Vd_oldは前回の制御サイクルにおけるd軸電圧、Vq_oldは前回の制御サイクルにおけるq軸電圧とした。
次に、ブラシレスDCモータ1を制御するブラシレスDCモータの制御装置10について説明する。
この実施形態によるブラシレスDCモータの制御装置10(以下、単に、モータ制御装置10と呼ぶ)は、例えばハイブリッド車両に内燃機関と共に駆動源として搭載されるブラシレスDCモータ1(以下、単に、モータ1と呼ぶ)を駆動制御するものであって、このモータ1は、内燃機関と直列に直結され、界磁に利用する永久磁石を有するロータ2と、このロータ2を回転させる回転磁界を発生する3相(U相,V相,W相)の各電機子3,4,5とを備えて構成されている。
さらに、磁極判別電流指令部29は、例えば図3に示すように、駆動方式選定部41と、磁極判別電流指令値演算部42とを備えて構成されている。
次に、モータ制御装置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4(a)に示したように、モータ制御装置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(37)式により生成する。
さらに、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、モータ1の始動時に初期のロータ角度(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相,V相,W相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相,V相,W相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相,V相,W相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相,V相,W相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。
磁極判別電流指令値演算部42は、磁極判別処理においてq軸電機子に通電される電流に対する磁極判別電流指令を磁石温度TMに応じて設定しており、例えば磁石温度TMが所定の第1閾温度T1よりも低い所定の第2閾温度T2以上となる場合には、この磁石温度TMの増大に伴い、界磁軸電流が増大するように設定するために、q軸指令電流(Iq_c)に加算される所定の補正電流指令値I1を設定し、この補正電流指令値I1を磁極判別電流指令として第2演算器34に出力する。これにより、第2演算器34では、q軸指令電流Iq_cに補正電流指令値I1が加算された値(Iq_c+I1)が、新たにq軸指令電流Iq_cとして設定される。
一方、磁石温度TMが所定の第1閾温度T1よりも低い所定の第2閾温度T2未満となる場合には、磁極判別電流指令値演算部42は、補正電流指令値I1をゼロとし、第2演算器34において、制御部11から入力されるq軸指令電流Iq_cが補正されないように設定する。
次に、設定された初期位置候補に応じた界磁軸方向の一方および他方に向かう各方向に沿って順次磁界を発生させるための界磁軸電圧(つまり検査用電圧(Hq^))が検査用電圧重畳部21によりq軸電機子に印加(つまりq軸フィードバック電圧(Vq_fb)に加算)される。
そして、検知された磁極の向きおよびこの時点で角度検出部25により検出されるロータ角度(θ)に応じてモータ1を駆動するための駆動指令が、d軸指令電流(Id_c)およびq軸指令電流(Iq_c)として制御部11から出力される。
この判定結果が「YES」の場合には、後述するステップS03に進む。
一方、この判定結果が「NO」の場合には、ステップS02に進む。
そして、ステップS02においては、ロータの永久磁石が高温状態であって磁極判別処理を実行した場合に永久磁石が減磁されてしまう虞があると判断して、磁極判別処理の実行を禁止し、強制転流つまりロータ2の磁極位置には関わらずに各電機子3、4、5への通電を順次転流させることによりモータ1を起動して、あるいは、車両に搭載された他の始動装置9により、内燃機関を始動させ、一連の処理を終了する。
そして、ステップS04においては、磁石温度TMが所定の第1閾温度T1よりも小さい所定の第2閾温度T2未満であるか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、後述するステップS06に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS05に進む。
また、ステップS06においては、制御部11から出力されるq軸指令電流Iq_cに所定の補正電流指令値I1を加算して得た値(Iq_c+I1)を、新たにq軸指令電流Iq_cとして設定し、ステップS07に進む。
そして、ステップS08においては、ロータ角度(θ)および磁極の向きに応じてモータ1を駆動するための駆動指令を出力し、モータ1を始動させると共に、このモータ1の駆動力によって内燃機関を始動させ、一連の処理を終了する。
さらに、イグニッションスイッチがオン状態に設定された車両の始動時あるいは車両のアイドル停止状態からの復帰時等での内燃機関の始動時において、磁極判別電流指令部29は、磁石温度TMが所定の第1閾温度T1以上となる場合には、磁極判別処理の実行を禁止し、強制転流つまりロータ2の磁極位置には関わらずに各電機子3、4、5への通電を順次転流させることによりモータ1を起動して、あるいは、車両に搭載された他の始動装置9により、内燃機関を始動させることから、各電機子3、4、5に対する磁極判別用の界磁電流の通電を不要とし、各電機子3、4、5に通電される電流が相対的に高温状態のモータ1に対する所定の許容範囲以内の上限電流を超えてしまうことでロータ2の永久磁石が過剰に減磁されてしまうことを防止しつつ、内燃機関を的確に始動させることができる。
この上述した実施の形態の第1変形例において、磁極判別電流指令部29は、例えば図7に示すように、車両状態センサ51により検出される車両状態、例えばエンジン水温、エンジン油温、各電機子3、4、5のコイル温度、モータ回転数NM、誘起電圧等の各検出値およびタイマ53から出力される時間情報に基づき、適宜の推定処理により磁石温度TMを推定する温度推定部52と、駆動方式選定部41と、磁極判別電流指令値演算部42とを備えて構成される。
この上述した実施の形態の第2変形例においては、例えば図8に示すように、上述した実施の形態でのステップS04の判定結果が「NO」の場合には、ステップS11に進み、このステップS11においては、予め設定された所定のマップに対するマップ検索あるいは所定の演算式による演算により、磁石温度TMに応じて変化する補正電流指令値I1を算出して、ステップS06に進む。この予め設定された所定のマップあるいは所定の演算式においては、磁石温度TMが増大することに伴い、補正電流指令値I1が増大傾向に変化するように設定されている。
2 ロータ
3,4,5 電機子(ステータ巻線)
10 ブラシレスDCモータの制御装置
25 角度検出部(位置検出手段、磁極判別手段)
29 磁極判別電流指令部(磁極判別電流変更手段)
ステップS02 起動手段、始動手段
ステップS06 磁極判別電流変更手段
Claims (3)
- 永久磁石式のロータを備えたブラシレスDCモータのステータ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位置検出手段を備えるブラシレスDCモータの制御装置であって、
前記ロータの界磁方向に応じた磁極検出用電圧を前記ステータ巻線に印加して前記ロータの磁極の向きを判別する磁極判別手段と、
前記磁極判別手段による磁極判別処理の実行時に、前記ロータの磁石温度が増大することに伴い、界磁軸電流を増大させる磁極判別電流変更手段と、
前記磁石温度が所定閾温度を超えた場合に、前記磁極判別手段による磁極判別処理の実行を禁止し、強制転流により前記ブラシレスDCモータを起動させる起動手段とを備え、
前記磁極判別電流変更手段は、前記磁石温度が前記所定閾温度よりも低い第2閾温度以上の場合に、前記界磁軸電流を増大させており、
前記所定閾温度は、前記磁極判別処理の実行時に前記ステータ巻線に通電される電流により前記ロータの磁石が減磁される場合に対応する磁石温度であることを特徴とするブラシレスDCモータの制御装置。 - 前記ロータは車両の駆動軸および内燃機関のクランク軸に連結され、前記ブラシレスDCモータは車両を走行駆動可能かつ前記内燃機関を始動可能であり、
前記磁極判別電流変更手段は、前記磁石温度が所定閾温度未満の場合に、前記ブラシレスDCモータを起動して該ブラシレスDCモータにより前記内燃機関を始動させる際の前記磁極判別手段による磁極判別処理の実行時に、前記ロータの磁石温度が増大することに伴い、界磁軸電流が増大するように設定することを特徴とする請求項1に記載のブラシレスDCモータの制御装置。 - 前記磁石温度が所定閾温度を超えた場合に、車両に搭載された始動装置により前記内燃機関を始動させる始動手段を備えることを特徴とする請求項2に記載のブラシレスDCモータの制御装置。
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