JP5988081B2 - Motor control device - Google Patents
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Description
この発明は、三相ブラシレスモータを駆動するためのモータ制御装置に関する。三相ブラシレスモータは、たとえば、電動パワーステアリング装置における操舵補助力の発生源として利用される。 The present invention relates to a motor control device for driving a three-phase brushless motor. A three-phase brushless motor is used, for example, as a generation source of steering assist force in an electric power steering apparatus.
下記特許文献1には、三相ブラシレスモータの駆動回路内の1個のスイッチング素子が開放故障した場合または同相の2つのスイッチング素子が開放故障した場合において、他の正常な二相によって三相ブラシレスモータを駆動(二相駆動)できるモータ制御装置が開示されている。 In Patent Document 1 below, when one switching element in the drive circuit of a three-phase brushless motor has an open failure or when two switching elements in the same phase have an open failure, the other two phases cause a three-phase brushless. A motor control device that can drive a motor (two-phase drive) is disclosed.
この発明の目的は、新たな制御方式で三相ブラシレスモータを二相駆動できるモータ制御装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a motor control device capable of two-phase driving a three-phase brushless motor by a new control method.
上記の目的を達成するための請求項1に記載の発明は、三相ブラシレスモータ(18)を二相駆動するためのモータ制御装置(12)であって、2個のスイッチング素子(31UH,31UL;31VH,31VL;31WH,31WL)が直列に接続された直列回路を三相の各相に対応して3組備え、かつ電源(33)と接地(34)においてそれらの直列回路が並列接続されている駆動回路(30)と、前記三相ブラシレスモータを正転方向に回転させるときには、予め定められた正転用の二相通電パターン(P2vCW;P2wCW;P2uCW)にしたがって前記駆動回路内のスイッチング素子を制御し、前記三相ブラシレスモータを逆転方向に回転させるときには、予め定められた逆転用の二相通電パターン(P2vCCW;P2wCCW;P2uCCW)にしたがって前記駆動回路内のスイッチング素子を制御する制御手段(43)とを含み、二相駆動時に使用されない相を不使用相とし、120度通電方式における正転用の三相通電パターン(P3CW)において、不使用相に対応するスイッチング素子がPWM制御またはオンされる期間では、不使用相以外の相に電流が流れるように、当該不使用相に対応するスイッチング素子を不使用相以外の相に対応するスイッチング素子に置き換えた通電パターンを正転用の基本二相通電パターン(P2voCW;P2woCW;P2uoCW)とし、120度通電方式における逆転用の三相通電パターン(P3CCW)において、不使用相に対応するスイッチング素子がPWM制御またはオンされる期間では、不使用相以外の相に電流が流れるように、当該不使用相に対応するスイッチング素子を不使用相以外の相に対応するスイッチング素子に置き換えた通電パターンを逆転用の基本二相通電パターン(P2voCCW;P2woCCW;P2uoCCW)とすると、前記正転用の二相通電パターンは、前記正転用の基本二相通電パターンの位相を、任意の第1方向に第1の所定角度だけシフトさせた通電パターンであり、前記逆転用の二相通電パターンは、前記逆転用の基本二相通電パターンの位相を、前記第1方向と同じ方向に第2の所定角度だけシフトさせた通電パターンであり、前記第1の所定角度および前記第2の所定角度は、前記三相ブラシレスモータを前記正転用の二相通電パターンおよび前記逆転用の二相通電パターンを用いて二相駆動した場合、不使用相以外の一方の相の界磁巻線に流れる電流によってロータに与えられる回転力と、不使用相以外の他方の相の界磁巻線に流れる電流によってロータに与えられる回転力との大きさが同じで方向が逆になるようなロータ回転角位置を不感点とすると、前記第1の所定角度および前記第2の所定角度は、前記不感点を中心とした所定幅の角度範囲において前記正転用の二相通電パターンと前記逆転用の二相通電パターンとが互いに異なる通電パターンとなるような角度に設定されている、モータ制御装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is a motor control device (12) for driving a three-phase brushless motor (18) in two phases, comprising two switching elements (31 UH , 31 UL ; 31 VH , 31 VL ; 31 WH , 31 WL ) in series corresponding to each of the three phases, and three sets of them in the power source (33) and ground (34) When rotating the three-phase brushless motor in the forward rotation direction with the drive circuit (30) in which a series circuit is connected in parallel, a predetermined two-phase energization pattern for forward rotation (P2v CW ; P2w CW ; P2u CW ) When the three-phase brushless motor is rotated in the reverse direction by controlling the switching element in the drive circuit according to the above, a predetermined two-phase energization pattern for reverse rotation (P2v CCW ; P2w CCW ; P2u CCW ), and a control means (43) for controlling the switching element in the drive circuit, and a phase not used during two-phase driving is set as an unused phase, In the three-phase energization pattern (P3 CW ), the switching element corresponding to the unused phase so that the current flows in the phase other than the unused phase in the period in which the switching element corresponding to the unused phase is PWM-controlled or turned on. An energization pattern in which is replaced with a switching element corresponding to a phase other than the unused phase is a basic two-phase energization pattern (P2vo CW ; P2wo CW ; P2uo CW ) for normal rotation, and a three-phase energization pattern for reversal in the 120-degree energization method in (P3 CCW), the switching element corresponding to the unused phase is PWM controlled or oN During the period, the basic two-phase energization for reversing the energization pattern in which the switching element corresponding to the unused phase is replaced with the switching element corresponding to the phase other than the unused phase so that the current flows in the phase other than the unused phase. Assuming a pattern (P2vo CCW ; P2wo CCW ; P2uo CCW ), the two-phase energization pattern for forward rotation shifts the phase of the basic two-phase energization pattern for forward rotation by a first predetermined angle in an arbitrary first direction. The reverse two-phase energization pattern is an energization pattern obtained by shifting the phase of the reverse basic two-phase energization pattern by a second predetermined angle in the same direction as the first direction. Ah is, the first predetermined angle and said second predetermined angle, the two-phase current supply path of the two-phase current supply pattern and the reverse rotation of the forward rotation of the three-phase brushless motor When the two-phase drive is used, the rotational force applied to the rotor by the current flowing in the field winding of one phase other than the unused phase and the field winding of the other phase other than the unused phase If the rotor rotation angle position where the magnitude of the rotational force applied to the rotor by the flowing current is the same and the direction is reversed is the dead point, the first predetermined angle and the second predetermined angle are The motor control device is set to an angle such that the two-phase energization pattern for normal rotation and the two-phase energization pattern for reverse rotation are different from each other in an angle range of a predetermined width centered on a point. . In addition, although the alphanumeric character in parentheses represents a corresponding component in an embodiment described later, of course, the scope of the present invention is not limited to the embodiment. The same applies hereinafter.
前記正転用の二相通電パターンおよび前記逆転用の二相通電パターンを用いて、三相ブラシレスモータを二相駆動した場合、所定の2つのロータ回転角位置において、一方の相の界磁巻線に流れる電流によってロータに与えられる回転力と、他方の相の界磁巻線に流れる電流によってロータに与えられる回転力との大きさが同じで方向が逆になる。このようなロータ回転角位置を、「不感点」ということにする。 When a three-phase brushless motor is driven in two phases using the two-phase energization pattern for forward rotation and the two-phase energization pattern for reverse rotation, the field winding of one phase at two predetermined rotor rotational angle positions The rotational force applied to the rotor by the current flowing in the rotor and the rotational force applied to the rotor by the current flowing in the field winding of the other phase are the same and the directions are reversed. Such a rotor rotation angle position is referred to as a “dead point”.
三相ブラシレスモータが不感点で停止した場合には、2つの相の界磁巻線に電流を流しても、ロータが回転されなくなるおそれがある。しかしながら、三相ブラシレスモータが不感点付近で停止した場合でも、2つの相の界磁巻線に流れる電流の方向が切り換えられると、その過程において、2つの相の界磁巻線に流れる電流によってロータにそれぞれ与えられる回転力の大きさのバランスがくずれる。このため、三相ブラシレスモータは、不感点を脱出できる。 When the three-phase brushless motor stops at a dead point, the rotor may not be rotated even if a current is passed through the field windings of the two phases. However, even when the three-phase brushless motor stops near the dead point, if the direction of the current flowing through the two-phase field windings is switched, the current flowing through the two-phase field windings in the process The balance of the magnitude of the rotational force applied to each rotor is lost. For this reason, the three-phase brushless motor can escape the dead point.
この発明では、不感点を中心とする所定幅の角度範囲においては、正転用の二相用通電パターンと逆転用の二相用通電パターンとが、互いに異なる通電パターンとなる。したがって、不感点付近で、正転用の二相用通電パターンと逆転用の二相用通電パターンとの間で通電パターンが切り換えられた場合には、界磁巻線に流れる電流の方向を確実に切り換えることができる。このため、三相ブラシレスモータが不感点付近で停止したとしても、不感点を脱出しやすくなる。 In the present invention, the normal rotation two-phase energization pattern and the reverse rotation two-phase energization pattern are different from each other in an angle range with a predetermined width centered on the dead point. Therefore, when the energization pattern is switched between the forward rotation two-phase energization pattern and the reverse rotation two-phase energization pattern in the vicinity of the dead point, the direction of the current flowing in the field winding is surely ensured. Can be switched. For this reason, even if the three-phase brushless motor stops near the dead point, it becomes easier to escape the dead point.
請求項2記載の発明は、前記第1の所定角度および前記第2の所定角度が、電気角で0度よりも大きく、60度より小さい、請求項1に記載のモータ制御装置である。
請求項3記載の発明は、前記第1の所定角度および前記第2の所定角度が、電気角で30度である、請求項2に記載のモータ制御装置である。
請求項4記載の発明は、前記不使用相が、前記複数のスイッチング素子のうちの1つのスイッチング素子または同相の2つのスイッチング素子が開放故障している相である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のモータ制御装置である。
The invention according to
A third aspect of the present invention is the motor control device according to the second aspect, wherein the first predetermined angle and the second predetermined angle are 30 degrees in electrical angle.
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the unused phase is a phase in which one switching element or two in-phase switching elements of the plurality of switching elements are in an open failure state. The motor control device according to claim 1.
以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明の一実施形態に係るモータ制御装置が適用された、電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
電動パワーステアリング装置1は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール2と、このステアリングホイール2の回転に連動して転舵輪3を転舵する転舵機構4と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構5とを備えている。ステアリングホイール2と転舵機構4とは、ステアリングシャフト6および中間軸7を介して機械的に連結されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an electric power steering device to which a motor control device according to an embodiment of the present invention is applied.
The electric power steering apparatus 1 includes a
ステアリングシャフト6は、ステアリングホイール2に連結された入力軸8と、中間軸7に連結された出力軸9とを含む。入力軸8と出力軸9とは、トーションバー10を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。
ステアリングシャフト6の周囲には、トルクセンサ11が配置されている。トルクセンサ11は、入力軸8および出力軸9の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール2に与えられた操舵トルクTを検出する。この実施形態では、トルクセンサ11の出力信号は、ステアリングホイール2が左方向(正転方向)に操舵された場合には、零以上の値となり、ステアリングホイール2に加えられた操舵トルクが大きいほど大きくなるように変化する。また、トルクセンサ11の出力信号は、ステアリングホイール2が右方向(逆転方向)に操舵された場合には、零未満の値となり、ステアリングホイール2に加えられた操舵トルクが大きいほど小さくなるように変化する。
The
A
転舵機構4は、ピニオン軸13と、転舵軸としてのラック軸14とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸14の各端部には、タイロッド15およびナックルアーム(図示略)を介して転舵輪3が連結されている。ピニオン軸13は、中間軸7に連結されている。ピニオン軸13は、ステアリングホイール2の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸13の先端には、ピニオン16が連結されている。
The steered
ラック軸14は、自動車の左右方向に沿って直線状にのびている。ラック軸14の軸方向の中間部には、ピニオン16に噛み合うラック17が形成されている。このピニオン16およびラック17によって、ピニオン軸13の回転がラック軸14の軸方向移動に変換される。ラック軸14を軸方向に移動させることによって、転舵輪3を転舵することができる。
The
ステアリングホイール2が操舵(回転)されると、この回転が、ステアリングシャフト6および中間軸7を介して、ピニオン軸13に伝達される。そして、ピニオン軸13の回転は、ピニオン16およびラック17によって、ラック軸14の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪3が転舵される。
操舵補助機構5は、操舵補助用の電動モータ18と、電動モータ18の出力トルクを転舵機構4に伝達するための減速機構19とを含む。電動モータ3は、この実施形態では、三相ブラシレスモータからなる。電動モータ18の近傍には、電動モータ18のロータの回転角(電気角)を検出するための、例えばレゾルバからなる回転角センサ23が配置されている。減速機構19は、ウォーム軸20と、このウォーム軸20と噛み合うウォームホイール21とを含むウォームギア機構からなる。減速機構19は、伝達機構ハウジングとしてのギヤハウジング22内に収容されている。
When the
The steering assist mechanism 5 includes an
ウォーム軸20は、電動モータ18によって回転駆動される。また、ウォームホイール21は、ステアリングシャフト6とは同方向に回転可能に連結されている。ウォームホイール21は、ウォーム軸20によって回転駆動される。
電動モータ18によってウォーム軸20が回転駆動されると、ウォームホイール21が回転駆動され、ステアリングシャフト6が回転する。そして、ステアリングシャフト6の回転は、中間軸7を介してピニオン軸13に伝達される。ピニオン軸13の回転は、ラック軸14の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪3が転舵される。すなわち、電動モータ18によってウォーム軸2を回転駆動することによって、転舵輪3が転舵されるようになっている。
The
When the
電動モータ18は、モータ制御装置としてのECU(電子制御ユニット:Electronic Control Unit)12によって制御される。ECU12には、トルクセンサ11の出力信号、回転角センサ23の出力信号、車速センサ24の出力信号等が入力されている。ECU12は、トルクセンサ11によって検出される操舵トルク、車速センサ24によって検出される車速等に基いて、電動モータ18を制御する。
The
図2は、モータ制御装置としてのECU12の電気的構成を示す概略図である。
ECU12は、電動モータ18の駆動電力を生成する駆動回路30と、駆動回路30を制御するための制御部40とを備えている。制御部40は、CPUとこのCPUの動作プログラム等を記憶したメモリとを含むマイクロコンピュータで構成されている。
電動モータ18は、図3に示すように、U相界磁巻線18U、V相界磁巻線18V、W相界磁巻線18Wを有するステータ72と、永久磁石が固定されたロータ71とを備えている。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an electrical configuration of the
The
As shown in FIG. 3, the
駆動回路30は、三相ブリッジインバータ回路である。この駆動回路30では、電動モータ18のU相に対応した一対のFET(電界効果トランジスタ)31UH,31ULの直列回路と、V相に対応した一対のFET31VH,31VLの直列回路と、W相に対応した一対のFET31WH,31WLの直列回路とが、直流電源33と接地34との間に並列に接続されている。また、各FET31UH〜31WLには、それぞれ回生ダイオード32UH〜32WLが、接地34側から直流電源33側に順方向電流が流れるような向きで、並列に接続されている。
The
以下において、各相の一対のFETのうち、電源33側のものを「ハイサイドFET」といい、接地34側のものを「ローサイドFET」という場合がある。また、6つのFET31UH〜31WLを総称する場合には、「FET31」ということにする。同様に、6つの回生ダイオード32UH〜32WLを総称する場合には、「回生ダイオード32」ということにする。
Hereinafter, among the pair of FETs of each phase, the one on the
電動モータ18のU相界磁巻線18Uは、U相に対応した一対のFET31UH,31ULの間の接続点に接続されている。電動モータ18のV相界磁巻線18Vは、V相に対応した一対のFET31VH,31VLの間の接続点に接続されている。電動モータ18のW相界磁巻線18Wは、W相に対応した一対のFET31WH,31WLの間の接続点に接続されている。各相の界磁巻線18U,18V,18Wと駆動回路30とを接続するための各接続線には、各相の相電流IU,IV,IWを検出するための電流センサ51U,51V,51Wが設けられている。
The U-phase field winding 18U of the
制御部40は、メモリに格納された所定の動作プログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、故障判定部41と、正弦波駆動部42と、二相駆動部43とが含まれる。
正弦波駆動部42は、FET31に故障が発生していない通常時(正常時)において、各FET31を制御することにより、電動モータ18を正弦波駆動方式で三相駆動するものである。正弦波駆動部42には、トルクセンサ11によって検出される操舵トルクと、車速センサ23によって検出される車速と、電流センサ51U,51V,51Wによって検出される各相の相電流IU,IV,IWと、回転角センサ23によって検出されるロータ回転角が入力される。正弦波駆動部42は、たとえば、180°通電方式によって電動モータ18を正弦波駆動するものである。正弦波駆動部42は、たとえば、操舵トルクと電流指令値(目標アシストトルク)との関係を車速毎に記憶したマップと、トルクセンサ11によって検出された操舵トルクと、車速センサ23によって検出された車速とに基づいて、電流指令値を決定する。そして、正弦波駆動部42は、電流指令値と、相毎に検出される相電流と、回転角センサ23によって検出されるロータ回転角とに基いて、電動モータ18に流れるモータ電流が電流指令値に近づくように、各FET31をPWM(Pulse Width Modulation)制御する。
The
The sine
故障判定部41には、図示しない相電圧検出回路によって検出される各相の相電圧VU,VV,VWが入力される。故障判定部41は、各相の相電圧VU,VV,VWに基づいて、電動モータ18の異常が検出されたときに、電動モータ18を停止させるための制御、FET31に開放故障が発生しているか否かの判定、FET31に開放故障が発生している場合に開放故障が発生しているFET31の特定等を行う。
The
二相駆動部43には、トルクセンサ11によって検出される操舵トルクと、回転角センサ23によって検出されるロータ回転角が入力される。二相駆動部43は、故障判定部41によって、FET31に開放故障が発生していると判定され、その開放故障が発生しているFET31が特定された場合に、正常な2相で電動モータ18を駆動させるものである。より具体的には、6つのFET31のうちの1つのFET31または同相の2つのFET31が開放故障した場合において、故障判定部41によって開放故障が発生しているFET31が特定されたときに、二相駆動部43は、正常な2相で電動モータ18を駆動させる。
The two-
図4は、故障が発生したときのモータ制御部40の動作を示すフローチャートである。
故障判定部41は、電動モータ18が正弦波駆動部42によって正弦波駆動されている場合に、電動モータ18に動作不良(故障)が発生したことを検出すると、正弦波駆動部42にモータ停止指令に与える(ステップS1)。正弦波駆動部42は、故障判定部41からのモータ停止指令を受信すると、正弦波駆動を中止して、全てのFET31をオフにさせる。これにより、電動モータ18が停止する。
FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the
When the
この後、故障判定部41は、相電圧VU,VV,VWに基いて、開放故障が発生している可能性があるか否かを判別する(ステップS2)。具体的には、故障判定部41は、相電圧VU,VV,VWのいずれかが、所定のグランドレベルVG(たとえば0.5[V])より大きくかつ所定の電源レベルVB(たとえば5.0[V])より低ければ、開放故障が発生している可能性があると判別する。この判別が妥当な理由について、説明する。ハイサイドFET31UH,31VH,31WHのいずれかに短絡故障が生じている場合には、各相電圧VU,VV,VWは所定の電源レベルVB以上となり、ローサイドFET31UL,31VL,31WLのいずれかに短絡故障が生じている場合には、各相電圧VU,VV,VWは所定のグランドレベルVG以下となる。したがって、各相電圧VU,VV,VWが、所定のグランドレベルVGより大きくかつ所定の電源レベルVBより低い場合には、いずれのFET31にも短絡故障が生じていないので、開放故障が発生している可能性があると判別できる。なお、この判別は、全ての相電圧を調べる必要はなく、いずれか一相の相電圧を調べることにより行うことができる。
Thereafter, the
開放故障が発生している可能性がないと判別された場合には(ステップS2:NO)、故障判定部41は、後述する二相駆動制御以外の処理(以下、「他の処理」という)を行なう(ステップS6)。この「他の処理」には、何ら処理を行なわないことも含まれる。開放故障が発生している可能性があると判別された場合には(ステップS2:YES)、故障判定部41は、故障箇所の特定処理を行なう(ステップS3)。具体的には、故障判定部41は、各FET31を個別にオンしていく。ハイサイドFET31UH,31VH,31WHを個別にオンした場合に、各相電圧VU,VV,VWが所定の電源レベルVB以上に変化した場合には、当該FETは正常であり、ローサイドFET31UL,31VL,31WLを個別にオンした場合に、各相電圧VU,VV,VWが所定のグラウンドレベルVG以下に変化した場合には、当該FETは正常である。したがって、故障判定部41は、各FET31を個別にオンしたときに、各相電圧VU,VV,VWに変化がない場合には、当該FETが開放故障していると判定する。なお、この判定は、全ての相電圧を調べる必要はなく、いずれか一相の相電圧を調べることにより行うことができる。
When it is determined that there is no possibility that an open failure has occurred (step S2: NO), the
故障判定部41は、故障箇所の特定処理によって開放故障が発生しているFET31を特定できなかった場合には(ステップS4:NO)、二相駆動制御以外の処理(「他の処理」)を行なう(ステップS6)。一方、故障箇所の特定処理によって開放故障が発生しているFET31を特定できた場合には(ステップS4:YES)、故障判定部41は二相駆動部43に二相駆動制御を開始させる(ステップS5)。ただし、開放故障が発生しているFET31が1つだけである場合または開放故障が発生しているFET31が同相の2つのFET31だけである場合において、開放故障が発生しているFET31を特定できた場合にのみ、ステップS5に移行して二相駆動制御が開始される。3相のうちの2相以上においてFETが開放故障している場合には、開放故障が発生しているそれらのFET31を特定できた場合であっても、ステップS5に移行せずに、ステップS6に移行する。
When the
ステップS5においては、具体的には、故障判定部41は、二相駆動部43に、開放故障が発生しているFET31に対応する相を通知する。これにより、二相駆動部43は、二相駆動制御を開始する。以下において、開放故障が発生しているFET31に対応する相を「故障相」といい、それ以外の相を「正常相」という場合がある。
以下、二相駆動部43による二相駆動制御について説明する。二相駆動部43は、予め設定された正転用の二相通電パターンおよび逆転用の二相通電パターンに従って、電動モータ18を二相駆動するための制御信号を生成する。この制御信号によって、駆動回路30内のFET31が制御される。正転用の二相通電パターンおよび逆転用の二相通電パターンは、故障相毎に設定されている。
In step S5, specifically, the
Hereinafter, the two-phase drive control by the two-
具体的には、二相駆動部43は、トルクセンサ11によって検出される操舵トルクの方向に基づいて、電動モータ18を回転させるべき方向を決定する。検出操舵トルクの方向が左方向であれば、左方向の操舵を補助するモータトルクを発生させるための回転方向(正転方向)が電動モータ18を回転させるべき回転方向として決定され、検出操舵トルクの方向が右方向であれば、右方向の操舵を補助するモータトルクを発生させるための回転方向(逆転方向)が電動モータ18を回転させるべき回転方向として決定される。
Specifically, the two-
また、二相駆動部43は、トルクセンサ11によって検出された操舵トルク(検出操舵トルク)に基づいて電動モータ18に供給すべき電流に対応した電圧指令値を設定する。この実施形態では、二相駆動部43は、図5に示すように、検出操舵トルクに比例した電圧指令値を設定する。また、二相駆動部43は、電圧指令値に応じたPWMデューティを設定し、設定されたデューティでパルス変調された矩形波駆動信号を生成する。そして、この矩形波駆動信号と、電動モータ18を回転させるべき方向と、故障相に対応した正転用の二相通電パターンおよび逆転用二相通電パターンとに基づいて、二相駆動部43は二相駆動のための制御信号を生成する。
Further, the two-
以下、この実施形態で用いられる正転用の二相通電パターンおよび逆転用の二相通電パターンについて説明する。まず、図6を参照して、V相が故障相(不使用相)である場合に用いられる正転用の二相通電パターンP2vCWおよび逆転用の二相通電パターンP2vCCWの作成方法について説明する。
図6の(a)は、正常時に電動モータ18を正転方向に回転させた場合の誘起電圧波形を示している。U相、V相およびW相の誘起電圧を、それぞれEU,EV,EWで表すことにする。
Hereinafter, the two-phase energization pattern for forward rotation and the two-phase energization pattern for reverse rotation used in this embodiment will be described. First, with reference to FIG. 6, a description will be given of a method of creating a normal rotation two-phase energization pattern P2v CW and a reverse rotation two-phase energization pattern P2v CCW used when the V-phase is a failure phase (unused phase). .
FIG. 6A shows an induced voltage waveform when the
図6の(b)および(c)は、それぞれ、120度通電方式で電動モータを三相駆動する場合に用いられる一般的な正転用の三相通電パターンP3CWおよび逆転用の三相通電パターンP3CCWを示している。正転用の三相通電パターンP3CWと逆転用の三相通電パターンP3CCWとを総称する場合には、「三相通電パターンP3」ということにする。 (B) and (c) of FIG. 6 are respectively a general three-phase energization pattern P3 CW for normal rotation and a three-phase energization pattern for reverse rotation used when the electric motor is three-phase driven by the 120-degree energization method. P3 CCW is shown. The three-phase energization pattern P3 CW for forward rotation and the three-phase energization pattern P3 CCW for reverse rotation are collectively referred to as “three-phase energization pattern P3”.
図6の(d)および(e)は、それぞれ、V相が故障相である場合に用いられる正転用の基本二相通電パターンP2voCWおよび逆転用の基本二相通電パターンP2voCCWを示している。正転用の基本二相通電パターンP2voCWと逆転用の基本二相通電パターンP2voCCWとを総称する場合には、「基本二相通電パターンP2vo」ということにする。 (D) and (e) of FIG. 6 respectively show a basic two-phase energization pattern P2vo CW for forward rotation and a basic two-phase energization pattern P2vo CCW for reverse rotation that are used when the V phase is a failure phase. . The basic two-phase energization pattern P2vo CW for normal rotation and the basic two-phase energization pattern P2vo CCW for reverse rotation are collectively referred to as “basic two-phase energization pattern P2vo”.
図6の(f)および(g)は、それぞれ、V相が故障相である場合に用いられる正転用の二相通電パターンP2vCWおよび逆転用の二相通電パターンP2vCCWを示している。正転用の二相通電パターンP2vCWと逆転用の二相通電パターンP2vCCWとを総称する場合には、「二相通電パターンP2v」ということにする。
図6の(h)は、V相が故障相である場合に電動モータ18を正転方向に回転させた場合の誘起電圧波形を示している。
(F) and (g) of FIG. 6 respectively show a two-phase energization pattern P2v CW for forward rotation and a two-phase energization pattern P2v CCW for reverse rotation used when the V phase is a failure phase. The two-phase energization pattern P2v CW for normal rotation and the two-phase energization pattern P2v CCW for reverse rotation are collectively referred to as “two-phase energization pattern P2v”.
FIG. 6H shows an induced voltage waveform when the
図6では、正常時に電動モータ18を正転方向に回転させた場合において、U相の誘起電圧が負から正へと変化する点がロータ回転角(電気角)の0度として設定されている。なお、電動モータ18を逆転方向に回転させた場合のロータ回転角に対する各相の誘起電圧波形は、電動モータ18を正転方向に回転させた場合の対応する相の誘起電圧波形を正負反転させた波形となる。
In FIG. 6, when the
各通電パターンP3CW,P3CCW,P2voCW,P2voCCW,P2vCW,P2vCCWの上段は、対応する電気角の区間においてPWM制御されるハイサイドFET31UH,31VH,31WHの相(U,VおよびW)を表している。各通電パターンP3CW,P3CCW,P2voCW,P2voCCW,P2vCW,P2vCCWの下段は、対応する電気角の区間においてオンされるローサイドFET31UL,31VL,31WLの相(U,VおよびW)を表している。例えば、正転用の三相通電パターンP3CWでは、ロータ回転角が30度から90度までの区間では、U相に対応するハイサイドFET31UHがPWM制御され、V相に対応するローサイドFET31VLがオンとされる。
The upper stage of each energization pattern P3 CW , P3 CCW , P2vo CW , P2vo CCW , P2v CW , P2v CCW is the phase of the
120度通電方式で電動モータ18を三相駆動する場合の一般的な制御方法について説明する。電動モータ18を正転方向に回転させる場合には、正転用の三相通電パターンP3CWにしたがって制御信号が生成され、電動モータ18を逆転方向に回転させる場合には、逆転用の三相通電パターンP3CCWにしたがって制御信号が生成される。
いずれの場合にも、各相のハイサイドFET31UH,31VH,31WHに対して、それぞれ120度の電気角の期間に渡って、PWMパルスからなる矩形波駆動信号が出力されることになる。各相のハイサイドFET31UH,31VH,31WHにPWMパルスが与えられる120度の期間は、120度ずつ位相がずれている。つまり、ハイサイドFET31UH,31VH,31WHは、120度ずつ位相がずらされた各120度の期間に、循環的にPWM制御される。このPWM制御される各120度の期間に、PWMデューティに応じた電圧が電動モータ18の各相に印加される。
A general control method when the
In either case, a rectangular wave drive signal composed of a PWM pulse is output to the high-
一方、各相のローサイドFET31UL,31VL,31WLは、各相のハイサイドFET31UH,31VH,31WHがPWM制御される期間から電気角で60度シフトされた120度の期間に渡ってオン状態とされ、残余の期間はオフ状態とされる。つまり、ローサイドFET31UL,31VL,31WLがオン状態となる120度の期間は、120度ずつ位相がすれている。つまり、ローサイドFET31UL,31VL,31WLは、120度ずつ位相がすらされた各120度の期間に、循環的にオン状態となる。したがって、ロータが電気角で60度回転する毎に、PWM制御されるハイサイドFETとオン状態とされるローサイドFETの組合せが切り替えられる。つまり、PWM制御されるハイサイドFETとオン状態とされるローサイドFETの組合せは、6種類ある。
On the other hand, the low-
基本二相通電パターンP2voは、三相通電パターンP3に基づいて作成される。基本二相通電パターンP2voは、二相駆動であるため、PWM制御されるハイサイドFETとオン状態とされるローサイドFETの組合せは、2種類のみである。具体的には、U相のハイサイドFET31UHがPWM制御され、W相のローサイドFET31WLがオンされるパターン(以下、「第1UWパターン」という)と、W相のハイサイドFET31WHがPWM制御され、U相のローサイドFET31ULがオンされるパターン(以下、「第2UWパターン」という)とがある。なお、第1UWパターンにおいて、ローサイドFET31WLを、ハイサイドFET31UHと同様にPWM制御してもよい。また、第2UWパターンにおいて、ローサイドFET31ULを、ハイサイドFET31WHと同様にPWM制御してもよい。
The basic two-phase energization pattern P2vo is created based on the three-phase energization pattern P3. Since the basic two-phase energization pattern P2vo is two-phase driving, there are only two types of combinations of the high-side FET that is PWM-controlled and the low-side FET that is turned on. Specifically, the U-phase high-
正転用の基本二相通電パターンP2voCWは、正転用の三相通電パターンP3CWから作成される。具体的には、正転用の三相通電パターンP3CWにおいて故障相であるV相に対応するFET31VH,FET31VLがPWM制御またはオンされる期間では、正常相(U相およびW相)に電流が流れるように、故障相に対応するFETが正常相に対応するFETに置き換えられる。これにより、正転用の基本二相通電パターンP2voCWが作成される。
The basic two-phase energization pattern P2vo CW for forward rotation is created from the three-phase energization pattern P3 CW for forward rotation. Specifically, in the period during which the
正転用の三相通電パターンP3CWにおいて、V相に対応するハイサイドFET31VHがPWM制御される電気角の期間は、150度から210度までの区間と、210度から270度までの区間である。正転用の基本二相通電パターンP2voCWでは、150度から210度までの区間においては、V相に対応するハイサイドFET31VHに代わってU相に対応するハイサイドFET31UHがPWM制御される。そして、210度から270度までの区間においては、V相に対応するハイサイドFET31VHに代わってW相に対応するハイサイドFET31WHがPWM制御される。
In the three-phase energization pattern P3 CW for forward rotation, the electrical angle period during which the high-
また、正転用の三相通電パターンP3CWにおいて、V相に対応するローサイドFET31VLがオンされる電気角の期間は、330度から30度までの区間(330度〜360度および0度〜30度の区間)と、30度から90度までの区間である。正転用の基本二相通電パターンP2voCWでは、330度から30度までの区間においては、V相に対応するローサイドFET31VLに代わってU相に対応するローサイドFET31ULがオンされる。そして、30度から90度までの区間においては、V相に対応するローサイドFET31VLに代わってW相に対応するローサイドFET31WLがオンされる。
In the three-phase energization pattern P3 CW for normal rotation, the electrical angle period during which the low-
なお、90度から150度までの区間および270度から330度までの区間においては、正転用の基本二相通電パターンP2voCWは、正転用の三相通電パターンP3CWと同じである。以上により、V相が故障相である場合の正転用の基本二相通電パターンP2voCWでは、30度から210度までの期間の通電パターンが第1UWパターンとなり、210度から30度までの期間(210度〜360度および0度から30度の期間)の通電パターンが第2UWパターンとなる。 In the section from 90 degrees to 150 degrees and the section from 270 degrees to 330 degrees, the basic two-phase conduction pattern P2vo CW for normal rotation is the same as the three-phase conduction pattern P3 CW for forward rotation. Thus, in the basic two-phase energization pattern P2vo CW for normal rotation when the V phase is a failure phase, the energization pattern in the period from 30 degrees to 210 degrees becomes the first UW pattern, and the period from 210 degrees to 30 degrees ( The energization pattern of 210 degrees to 360 degrees and a period of 0 degrees to 30 degrees) becomes the second UW pattern.
逆転用の基本二相通電パターンP2voCCWは、逆転用の三相通電パターンP3CCWから作成される。具体的には、逆転用の三相通電パターンP3CCWにおいて故障相であるV相に対応するFET31VH,FET31VLがPWM制御またはオンされる期間では、正常相(U相およびW相)に電流が流れるように、故障相に対応するFETが正常相に対応するFETに置き換えられる。これにより、逆転用の基本二相通電パターンP2voCCWが作成される。
The reverse basic two-phase energization pattern P2vo CCW is created from the reverse three-phase energization pattern P3 CCW . Specifically, in the period during which the
逆転用の三相通電パターンP3CCWにおいて、V相に対応するハイサイドFET31VHがPWM制御される電気角の期間は、330度から30度までの区間(330度〜360度および0度〜30度の区間)と、30度から90度までの区間である。逆転用の基本二相通電パターンP2voCCWでは、330度から30度までの区間においては、V相に対応するハイサイドFET31VHに代わってU相に対応するハイサイドFET31UHがPWM制御される。そして、30度から90度までの区間においては、V相に対応するハイサイドFET31VHに代わってW相に対応するハイサイドFET31WHがPWM制御される。
In the three-phase energization pattern P3 CCW for reverse rotation , the electrical angle period during which the high-
また、逆転用の三相通電パターンP3CCWにおいて、V相に対応するローサイドFET31VLがオンされる電気角の期間は、150度から210度までの区間と、210度から270度までの区間である。逆転用の基本二相通電パターンP2voCCWでは、150度から210度までの区間においては、V相に対応するローサイドFET31VLに代わってU相に対応するローサイドFET31ULがオンされる。そして、210度から270度までの区間においては、V相に対応するローサイドFET31VLに代わってW相に対応するローサイドFET31WLがオンされる。
In the three-phase energization pattern P3 CCW for reverse rotation, the electrical angle period during which the low-
なお、90度から150度までの区間および270度から330度までの区間においては、逆転用の基本二相通電パターンP2voCCWは、逆転用の三相通電パターンP3CCWと同じである。以上により、V相が故障相である場合の逆転用の基本二相通電パターンP2voCCWでは、210度から30度までの期間(210度〜360度および0度〜30度の期間)の通電パターンが第1UWパターンとなり、30度から210度までの期間の通電パターンが第2UWパターンとなる。 In the section from 90 degrees to 150 degrees and the section from 270 degrees to 330 degrees, the reverse basic two-phase energization pattern P2vo CCW is the same as the reverse three-phase energization pattern P3 CCW . As described above, in the basic two-phase energization pattern P2vo CCW for reverse rotation when the V phase is a failure phase, the energization pattern in the period from 210 degrees to 30 degrees (the period from 210 degrees to 360 degrees and from 0 degrees to 30 degrees). Becomes the first UW pattern, and the energization pattern in the period from 30 degrees to 210 degrees becomes the second UW pattern.
正転用の二相通電パターンP2vCWは、正転用の基本二相通電パターンP2voCWの位相を任意の方向(以下、「第1方向」という。この例では電気角が増加する方向。)に第1の所定角度だけシフトさせることにより、作成されている。逆転用の二相通電パターンP2vCCWは、逆転用の基本二相通電パターンP2voCCWの位相を前記第1方向と同じ方向に第2の所定角度だけシフトさせることにより、作成されている。第1の所定角度および第2の所定角度は、この実施形態では、電気角で30度である。なお、第1の所定角度および第2の所定角度は、電気角で0度より大きく60度より小さい範囲内の任意の角度に設定することができる。 Two-phase energization pattern P2v CW of forward rotation, the phase in an arbitrary direction of the basic two-phase energizing pattern P2vo CW of forward rotation (hereinafter, referred to as "first direction". Direction. Electrical angle increases in this example) first to It is created by shifting by a predetermined angle of 1. The reverse two-phase energization pattern P2v CCW is created by shifting the phase of the reverse basic two-phase energization pattern P2vo CCW by the second predetermined angle in the same direction as the first direction. In the present embodiment, the first predetermined angle and the second predetermined angle are 30 degrees in electrical angle. The first predetermined angle and the second predetermined angle can be set to arbitrary angles within the range of greater than 0 degrees and less than 60 degrees in electrical angle.
なお、正転用の基本二相通電パターンP2voCWの位相を前記第1方向と反対の第2方向(電気角が減少する方向)に第1の所定角度だけシフトさせることにより、正転用の二相通電パターンP2vCWを作成するとともに、逆転用の基本二相通電パターンP2voCCWの位相を前記第2方向と同じ方向に第2の所定角度だけシフトさせることにより、逆転用の二相通電パターンP2vCCWを作成してもよい。この場合にも、第1および第2の所定角度は、例えば、電気角で30度に設定される。 In addition, by shifting the phase of the basic two-phase energization pattern P2vo CW for normal rotation by a first predetermined angle in a second direction (direction in which the electrical angle decreases) opposite to the first direction, two phases for normal rotation By creating the energization pattern P2v CW and shifting the phase of the reverse basic two-phase energization pattern P2vo CCW by the second predetermined angle in the same direction as the second direction, the reverse two-phase energization pattern P2v CCW May be created. Also in this case, the first and second predetermined angles are set to, for example, an electrical angle of 30 degrees.
この実施形態では、二相駆動部43は、V相が故障相である場合には、正転用の二相通電パターンP2vCWおよび逆転用の二相通電パターンP2vCCWを用いて、電動モータ18を二相駆動する。つまり、二相駆動部43は、電動モータ18を正転方向に回転させる場合には、正転用の二相通電パターンP2vCWにしたがって制御信号を生成し、電動モータ18を逆転方向に回転させる場合には、逆転用の二相通電パターンP2vCCWにしたがって制御信号を生成する。
In this embodiment, when the V phase is a failure phase, the two-
電動モータ18を正転方向に回転させる場合には、ロータ回転角が60度から240度までの期間においては、U相に対応するハイサイドFET31UHに対して、PWMパルスからなる矩形波駆動信号が出力され、W相に対応するローサイドFET31WLがオンされる。また、ロータ回転角が240度から60度までの期間(240度〜360度および0度〜60度の期間)においては、W相に対応するハイサイドFET31WHに対して、PWMパルスからなる矩形波駆動信号が出力され、U相に対応するローサイドFET31ULがオンされる。
When the
一方、電動モータ18を逆転方向に回転させる場合には、ロータ回転角が60度から240度までの期間においては、W相に対応するハイサイドFET31WHに対して、PWMパルスからなる矩形波駆動信号が出力され、U相に対応するローサイドFET31ULがオンされる。また、ロータ回転角が240度から60度までの期間(240度〜360度および0度〜60度の期間)においては、U相に対応するハイサイドFET31UHに対して、PWMパルスからなる矩形波駆動信号が出力され、W相に対応するローサイドFET31WLがオンされる。
On the other hand, when the
以下、この実施形態の利点について説明する。基本二相通電パターンP2voを用いて、電動モータ18を二相駆動する場合を想定する。この場合には、所定の2つのロータ回転角位置において、正常相の一方の界磁巻線に流れる電流によってロータ71に与えられる回転力と、正常相の他方の界磁巻線に流れる電流によってロータに与えられる回転力との大きさが同じで方向が逆になる。このようなロータ回転角位置を、「不感点」ということにする。
Hereinafter, advantages of this embodiment will be described. It is assumed that the
具体的には、図6の(h)に示すように、2つの正常相の誘起電圧(U相の誘起電圧EUおよびW相の誘起電圧EW)が同じ値となる位置(正常時にはV相の誘起電圧EVがピーク値となる位置)がそれぞれ不感点となる。したがって、V相が故障相である場合には、電気角で210度の位置および30度の位置が、それぞれ不感点となる。
図3は、ロータ71の回転角が210度である状態を示している。この状態で、第1UWパターンに従った通電を行なうと、U相界磁巻線18UおよびW相界磁巻線18Wには、矢印Aで示す方向に電流が流れる。この場合に、U相界磁巻線18Uとロータ71のS極との間に例えば吸引力が働くとすると、W相界磁巻線18Wとロータ71のN極との間にも吸引力が働く。そして、それらの吸引力の大きさがほぼ等しくなる。したがって、ロータ71が図3の状態で停止している場合には、U相界磁巻線18UおよびW相界磁巻線18Wに、矢印Aで示す方向に電流を流しても、ロータ71は回転されない。
Specifically, as shown in FIG. 6 (h), the positions where the induced voltages of the two normal phases (the induced voltage EU of the U phase and the induced voltage E W of the W phase) have the same value (when normal, V position the induced voltage E V is the peak value of the phase) is insensitive point respectively. Therefore, when the V phase is a failure phase, a position of 210 degrees and a position of 30 degrees in electrical angle are insensitive points.
FIG. 3 shows a state where the rotation angle of the
また、この状態で、第2UWパターンに従った通電を行なうと、U相界磁巻線18UおよびW相界磁巻線18Wには、矢印Bで示す方向に電流が流れる。この場合には、U相界磁巻線18Uとロータ71のS極との間に反発力が働くとともに、W相界磁巻線18Wとロータ71のN極との間にも反発力が働く。そして、それらの反発力の大きさがほぼ等しくなる。したがって、ロータ71が図3の状態で停止している場合には、U相界磁巻線18UおよびW相界磁巻線18Wに、矢印Bで示す方向に電流を流しても、ロータ71は回転されない。
In this state, when energization is performed according to the second UW pattern, a current flows in the direction indicated by arrow B through U-phase field winding 18U and W-phase field winding 18W. In this case, a repulsive force acts between the U-phase field winding 18U and the S pole of the
電動モータ18の回転速度が速い場合には、ロータ71はその慣性力によって不感点を通過する。しかし、不感点付近でロータ71を停止させるようなステアリング操作が行なわれた場合には、ロータ71は不感点付近で停止する。そうすると、電動モータ18に電流が供給されたとしても、ロータ71が回転されなくなるおそれがある。つまり、アシストトルクが発生されなくなるおそれがある。
When the rotation speed of the
電動パワーステアリング装置1においては、ステアリングホイール2を停止させているときにも、実際にはステアリングホイール2に加わる操舵トルクの方向が小刻みに変化していることが多い。このため、ロータ71が不感点付近で停止しているときにも、電動モータ18を回転させるべき方向が変化するので、正転用の基本二相用通電パターンP2voCWと逆転用の基本二相用通電パターンP2voCCWとの間で通電パターンが切り換えられることになる。
In the electric power steering apparatus 1, even when the
正転用の基本二相用通電パターンP2voCWと逆転用の基本二相用通電パターンP2vCCWとでは、同じロータ回転角に対する通電パターンが異なるため、これらの間で通電パターンが切り換えられると、界磁巻線18U,18Wに流れる電流の方向が切り換えられるはずである。界磁巻線18U,18Wに流れる電流の方向が切り換えられると、その過程において、一方の界磁巻線18Uに流れる電流によってロータ71に与えられる回転力と、他方の界磁巻線18Uに流れる電流によってロータ71に与えられる回転力との大きさのバランスがくずれる。このため、ロータ71が不感点から脱出可能となる。
The basic two-phase energization pattern P2vo CW for forward rotation and the basic two-phase energization pattern P2v CCW for reverse rotation have different energization patterns for the same rotor rotation angle. The direction of the current flowing through the
しかしながら、正転用の基本二相用通電パターンP2voCWおよび逆転用の基本二相用通電パターンP2voCCWのいずれにおいても、不感点(30度または210度)を境界として、通電パターンが切り換えられている。したがって、不感点付近において、正転用の基本二相用通電パターンP2voCWと逆転用の基本二相用通電パターンP2voCCWとの間で、前記のように通電パターンが切り換えられたとしても、切換え後の通電パターンの内容が同じになる可能性がある。そのため、ロータ71が不感点から脱出できなくなるおそれがある。
However, in both the normal two-phase energization pattern P2vo CW for forward rotation and the basic two-phase energization pattern P2vo CCW for reverse rotation, the energization pattern is switched with the dead point (30 degrees or 210 degrees) as a boundary. . Therefore, even if the energization pattern is switched between the basic two-phase energization pattern P2vo CW for forward rotation and the energization pattern P2vo CCW for reverse rotation near the dead point, There is a possibility that the contents of the energization pattern of the same. Therefore, the
例えば、ロータ回転角が210度付近であるときに、正転用の基本二相用通電パターンP2voCWの30度から210度までの区間の通電パターンである第1UWパターンが適用されているとする。この状態から、逆転用の基本二相用通電パターンP2voCCWに切り換えられた場合に、逆転用の基本二相用通電パターンP2voCCWの210度から30度までの区間の通電パターンである第1UWパターンが適用される可能性がある。また、その逆方向(逆転用から正転用)への通電パターンの切換えもありうる。 For example, it is assumed that when the rotor rotation angle is around 210 degrees, the first UW pattern that is the energization pattern in the section from 30 degrees to 210 degrees of the normal two-phase energization pattern P2vo CW for normal rotation is applied. When switching from this state to the basic two-phase energization pattern P2vo CCW for reverse rotation, the first UW pattern that is the energization pattern in the interval from 210 degrees to 30 degrees of the basic two-phase energization pattern P2vo CCW for reverse rotation May apply. Further, the energization pattern may be switched in the reverse direction (from reverse rotation to forward rotation).
同様に、例えば、ロータ回転角が210度付近であるときに、正転用の基本二相用通電パターンP2voCWの210度から30度までの区間の通電パターンである第2UWパターンが適用されているとする。この状態から、逆転用の基本二相用通電パターンP2voCCWに切り換えられた場合に、逆転用の基本二相用通電パターンP2voCCWの30度から210度までの区間の通電パターンである第2UWパターンが適用される可能性がある。また、その逆方向(逆転用から正転用)への通電パターンの切換えもありうる。 Similarly, for example, when the rotor rotation angle is around 210 degrees, the second UW pattern that is the energization pattern in the section from 210 degrees to 30 degrees of the basic two-phase energization pattern P2vo CW for normal rotation is applied. And When switching from this state to the basic two-phase energization pattern P2vo CCW for reverse rotation, the second UW pattern that is the energization pattern in the interval from 30 degrees to 210 degrees of the basic two-phase energization pattern P2vo CCW for reverse rotation May apply. Further, the energization pattern may be switched in the reverse direction (from reverse rotation to forward rotation).
この実施形態における二相用通電パターンP2vを用いて電動モータ18を二相駆動する場合にも、電気角の30度および210度の位置に、不感点が生じる。しかしながら、この実施形態における二相用通電パターンP2vでは、図6の(f),(g)に示すように、不感点(30度または210度)を中心とする所定幅の角度範囲(0度〜60度または180度〜240度)においては、正転用の二相用通電パターンP2vCWと逆転用の二相用通電パターンP2vCCWとは、互いに異なる通電パターンとなっている。
Even when the
例えば、210度の不感点を中心とする180度〜240度の区間においては、正転用の二相用通電パターンP2vCWは第1UWパターンであり、逆転用の二相用通電パターンP2vCCWは第2UWパターンである。このため、210度の不感点付近で、正転用の二相用通電パターンP2vCWと逆転用の二相用通電パターンP2vCCWとの間で通電パターンが切り換えられた場合には、確実に通電パターンの内容を切換えることができる。つまり、界磁巻線18U,18Wに流れる電流の方向を確実に切り換えることができる。したがって、この実施形態では、基本二相用通電パターンP2voを用いて電動モータ18を二相駆動する場合に比べて、不感点を脱出しやすいという利点がある。
For example, in a section of 180 degrees to 240 degrees centered on a dead point of 210 degrees, the forward rotation two-phase energization pattern P2v CW is the first UW pattern, and the reverse rotation two-phase energization pattern P2v CCW is the first 2UW pattern. Therefore, when the energization pattern is switched between the forward rotation two-phase energization pattern P2v CW and the reverse rotation two-phase energization pattern P2v CCW near the dead point of 210 degrees, the energization pattern is surely The contents of can be switched. That is, the direction of the current flowing through the
次に、図7を参照して、W相が故障相(不使用相)である場合に用いられる正転用の二相通電パターンP2wCWおよび逆転用の二相通電パターンP2wCCWの作成方法について説明する。
図7の(a),(b),(c)は、それぞれ、図6の(a),(b),(c)と同じである。
Next, with reference to FIG. 7, a description will be given of a method of creating a normal rotation two-phase energization pattern P2w CW and a reverse rotation two-phase energization pattern P2w CCW used when the W phase is a failure phase (unused phase). To do.
(A), (b), and (c) in FIG. 7 are the same as (a), (b), and (c) in FIG. 6, respectively.
図7の(d)および(e)は、それぞれ、W相が故障相である場合に用いられる正転用の基本二相通電パターンP2woCWおよび逆転用の基本二相通電パターンP2woCCWを示している。正転用の基本二相通電パターンP2woCWと逆転用の基本二相通電パターンP2woCCWとを総称する場合には、「基本二相通電パターンP2wo」ということにする。 (D) and (e) of FIG. 7 respectively show a basic two-phase energization pattern P2wo CW for normal rotation and a basic two-phase energization pattern P2wo CCW for reverse rotation used when the W phase is a failure phase. . The basic two-phase energization pattern P2wo CW for normal rotation and the basic two-phase energization pattern P2wo CCW for reverse rotation are collectively referred to as “basic two-phase energization pattern P2wo”.
図7の(f)および(g)は、それぞれ、W相が故障相である場合に用いられる正転用の二相通電パターンP2wCWおよび逆転用の二相通電パターンP2wCCWを示している。正転用の二相通電パターンP2wCWと逆転用の二相通電パターンP2wCCWとを総称する場合には、「二相通電パターンP2w」ということにする。
図7の(h)は、W相が故障相である場合に電動モータ18を正転方向に回転させた場合の誘起電圧波形を示している。
(F) and (g) of FIG. 7 respectively show a two-phase energization pattern P2w CW for normal rotation and a two-phase energization pattern P2w CCW for reverse rotation used when the W phase is a failure phase. The two-phase energization pattern P2w CW for forward rotation and the two-phase energization pattern P2w CCW for reverse rotation are collectively referred to as “two-phase energization pattern P2w”.
(H) in FIG. 7 shows an induced voltage waveform when the
基本二相通電パターンP2woは、三相通電パターンP3に基づいて作成される。基本二相通電パターンP2woは、二相駆動であるため、PWM制御されるハイサイドFETとオン状態とされるローサイドFETの組合せは、2種類のみである。具体的には、U相のハイサイドFET31UHがPWM制御され、V相のローサイドFET31VLがオンされるパターン(以下、「第1UVパターン」という)と、V相のハイサイドFET31VHがPWM制御され、U相のローサイドFET31ULがオンされるパターン(以下、「第2UVパターン」という)とがある。なお、第1UVパターンにおいて、ローサイドFET31VLを、ハイサイドFET31UHと同様にPWM制御してもよい。また、第2UVパターンにおいて、ローサイドFET31ULを、ハイサイドFET31VHと同様にPWM制御してもよい。
The basic two-phase energization pattern P2wo is created based on the three-phase energization pattern P3. Since the basic two-phase energization pattern P2wo is two-phase driving, there are only two types of combinations of the high-side FET that is PWM-controlled and the low-side FET that is turned on. Specifically, the U-phase high-
正転用の基本二相通電パターンP2woCWは、正転用の三相通電パターンP3CWから作成される。具体的には、正転用の三相通電パターンP3CWにおいて故障相であるW相に対応するFET31WH,FET31WLがPWM制御またはオンされる期間では、正常相(U相およびV相)に電流が流れるように、故障相に対応するFETが正常相に対応するFETに置き換えられる。これにより、正転用の基本二相通電パターンP2woCWが作成される。
The basic two-phase energization pattern P2wo CW for normal rotation is created from the three-phase energization pattern P3 CW for normal rotation. Specifically, in the period during which the
図7(d)に示すように、W相が故障相である場合の正転用の基本二相通電パターンP2woCWでは、330度から150度までの期間(330度〜360度および0度〜150度の期間)の通電パターンが第1UVパターンとなり、150度から330度までの期間の通電パターンが第2UVパターンとなる。
逆転用の基本二相通電パターンP2woCCWは、逆転用の三相通電パターンP3CCWから作成される。具体的には、逆転用の三相通電パターンP3CCWにおいて故障相であるW相に対応するFET31WH,FET31WLがPWM制御またはオンされる期間では、正常相(U相およびV相)に電流が流れるように、故障相に対応するFETが正常相に対応するFETに置き換えられる。これにより、逆転用の基本二相通電パターンP2woCCWが作成される。
As shown in FIG. 7D, in the basic two-phase energization pattern P2wo CW for forward rotation when the W phase is a failure phase, periods from 330 degrees to 150 degrees (330 degrees to 360 degrees and 0 degrees to 150 degrees). Current period) is a first UV pattern, and a current pattern between 150 degrees and 330 degrees is a second UV pattern.
The basic two-phase energization pattern P2wo CCW for reverse rotation is created from the three-phase energization pattern P3 CCW for reverse rotation. Specifically, in the period in which the
図7(e)に示すように、W相が故障相である場合の逆転用の基本二相通電パターンP2woCCWでは、150度から330度までの期間の通電パターンが第1UVパターンとなり、330度から150度までの期間(330度〜360度および0度〜150度の期間)の通電パターンが第2UVパターンとなる。
正転用の二相通電パターンP2wCWは、正転用の基本二相通電パターンP2woCWの位相を任意の方向(以下、「第1方向」という。この例では電気角が増加する方向。)に第1の所定角度だけシフトさせることにより、作成されている。逆転用の二相通電パターンP2wCCWは、逆転用の基本二相通電パターンP2woCCWの位相を前記第1方向と同じ方向に第2の所定角度だけシフトさせることにより、作成されている。第1の所定角度および第2の所定角度は、この実施形態では、電気角で30度である。なお、第1の所定角度および第2の所定角度は、電気角で0度より大きく60度より小さい範囲内の任意の角度に設定することができる。
As shown in FIG. 7 (e), in the basic two-phase energization pattern P2wo CCW for reversal when the W phase is a failure phase, the energization pattern in the period from 150 degrees to 330 degrees is the first UV pattern, which is 330 degrees To 150 degrees (330 degrees to 360 degrees and 0 degrees to 150 degrees) energization pattern is the second UV pattern.
Two-phase energization pattern P2w CW of forward rotation, the phase in an arbitrary direction of the basic two-phase energizing pattern P2wo CW of forward rotation (hereinafter, referred to as "first direction". Direction. Electrical angle increases in this example) first to It is created by shifting by a predetermined angle of 1. The reverse two-phase energization pattern P2w CCW is created by shifting the phase of the reverse basic two-phase energization pattern P2wo CCW by the second predetermined angle in the same direction as the first direction. In the present embodiment, the first predetermined angle and the second predetermined angle are 30 degrees in electrical angle. The first predetermined angle and the second predetermined angle can be set to arbitrary angles within the range of greater than 0 degrees and less than 60 degrees in electrical angle.
なお、正転用の基本二相通電パターンP2woCWの位相を前記第1方向と反対の第2方向(電気角が減少する方向)に第1の所定角度だけシフトさせることにより、正転用の二相通電パターンP2wCWを作成するとともに、逆転用の基本二相通電パターンP2woCCWの位相を前記第2方向と同じ方向に第2の所定角度だけシフトさせることにより、逆転用の二相通電パターンP2wCCWを作成してもよい。この場合にも、第1および第2の所定角度は、例えば、電気角で30度に設定される。 In addition, by shifting the phase of the basic two-phase energization pattern P2wo CW for normal rotation by a first predetermined angle in a second direction (direction in which the electrical angle decreases) opposite to the first direction, two phases for normal rotation By creating the energization pattern P2w CW and shifting the phase of the reverse basic two-phase energization pattern P2wo CCW by the second predetermined angle in the same direction as the second direction, the reverse two-phase energization pattern P2w CCW May be created. Also in this case, the first and second predetermined angles are set to, for example, an electrical angle of 30 degrees.
電動モータ18を、二相通電パターンP2wを用いて二相駆動する場合には、電気角の150度の位置と330度の位置とに不感点が生じる。しかしながら、二相用通電パターンP2wでは、図7の(f),(g)に示すように、不感点(150度または330度)を中心とする所定幅の角度範囲(120度〜180度または300度〜360度)においては、正転用の二相用通電パターンP2wCWと逆転用の二相用通電パターンP2wCCWとは、互いに異なる通電パターンとなっている。このため、不感点を脱出しやすくなる。
When the
次に、図8を参照して、U相が故障相(不使用相)である場合に用いられる正転用の二相通電パターンP2uCWおよび逆転用の二相通電パターンP2uCCWの作成方法について説明する。
図8の(a),(b),(c)は、それぞれ、図6の(a),(b),(c)と同じである。
Next, with reference to FIG. 8, a description will be given of a method for creating a normal rotation two-phase energization pattern P2u CW and a reverse rotation two-phase energization pattern P2u CCW used when the U phase is a failure phase (unused phase). To do.
(A), (b), and (c) in FIG. 8 are the same as (a), (b), and (c) in FIG. 6, respectively.
図8の(d)および(e)は、それぞれ、U相が故障相である場合に用いられる正転用の基本二相通電パターンP2uoCWおよび逆転用の基本二相通電パターンP2uoCCWを示している。正転用の基本二相通電パターンP2uoCWと逆転用の基本二相通電パターンP2uoCCWとを総称する場合には、「基本二相通電パターンP2uo」ということにする。 (D) and (e) in FIG. 8 respectively show a basic two-phase energization pattern P2uo CW for normal rotation and a basic two-phase energization pattern P2uo CCW for reverse rotation used when the U phase is a failure phase. . The basic two-phase energization pattern P2uo CW for normal rotation and the basic two-phase energization pattern P2uo CCW for reverse rotation are collectively referred to as “basic two-phase energization pattern P2uo”.
図8の(f)および(g)は、それぞれ、U相が故障相である場合に用いられるの正転用の二相通電パターンP2uCWおよび逆転用の二相通電パターンP2uCCWを示している。正転用の二相通電パターンP2uCWと逆転用の二相通電パターンP2uCCWとを総称する場合には、「二相通電パターンP2u」ということにする。
図8の(h)は、U相が故障相である場合に電動モータ18を正転方向に回転させた場合の誘起電圧波形を示している。
(F) and (g) of FIG. 8 respectively show a two-phase energization pattern P2u CW for normal rotation and a two-phase energization pattern P2u CCW for reverse rotation that are used when the U phase is a failure phase. The two-phase energization pattern P2u CW for normal rotation and the two-phase energization pattern P2u CCW for reverse rotation are collectively referred to as “two-phase energization pattern P2u”.
FIG. 8H shows an induced voltage waveform when the
基本二相通電パターンP2uoは、三相通電パターンP3に基づいて作成される。基本二相通電パターンP2uoは、二相駆動であるため、PWM制御されるハイサイドFETとオン状態とされるローサイドFETの組合せは、2種類のみである。具体的には、V相のハイサイドFET31VHがPWM制御され、W相のローサイドFET31WLがオンされるパターン(以下、「第1VWパターン」という)と、W相のハイサイドFET31WHがPWM制御され、V相のローサイドFET31VLがオンされるパターン(以下、「第2VWパターン」という)とがある。なお、第1VWパターンにおいて、ローサイドFET31WLを、ハイサイドFET31VHと同様にPWM制御してもよい。また、第2VWパターンにおいて、ローサイドFET31VLを、ハイサイドFET31WHと同様にPWM制御してもよい。
The basic two-phase energization pattern P2uo is created based on the three-phase energization pattern P3. Since the basic two-phase energization pattern P2uo is two-phase driving, there are only two types of combinations of the high-side FET that is PWM controlled and the low-side FET that is turned on. Specifically, the V-phase high-
正転用の基本二相通電パターンP2uoCWは、正転用の三相通電パターンP3CWから作成される。具体的には、正転用の三相通電パターンP3CWにおいて故障相であるU相に対応するFET31UH,FET31ULがPWM制御またはオンされる期間では、正常相(V相およびW相)に電流が流れるように、故障相に対応するFETが正常相に対応するFETに置き換えられる。これにより、正転用の基本二相通電パターンP2uoCWが作成される。
The basic two-phase energization pattern P2uo CW for normal rotation is created from the three-phase energization pattern P3 CW for normal rotation. Specifically, in the period in which the
図8(d)に示すように、U相が故障相である場合の正転用の基本二相通電パターンP2uoCWでは、90度から270度までの期間の通電パターンが第1VWパターンとなり、270度から90度までの期間(270度〜360度および0度〜90度の期間)の通電パターンが第2VWパターンとなる。
逆転用の基本二相通電パターンP2uoCCWは、逆転用の三相通電パターンP3CCWから作成される。具体的には、逆転用の三相通電パターンP3CCWにおいて故障相であるU相に対応するFET31UH,FET31ULがPWM制御またはオンされる期間では、正常相(V相およびW相)に電流が流れるように、故障相に対応するFETが正常相に対応するFETに置き換えられる。これにより、逆転用の基本二相通電パターンP2uoCCWが作成される。
As shown in FIG. 8D, in the normal two-phase energization pattern P2uo CW for normal rotation when the U phase is a failure phase, the energization pattern in the period from 90 degrees to 270 degrees is the first VW pattern, and is 270 degrees To 90 degrees (270 degrees to 360 degrees and 0 degrees to 90 degrees) energization pattern is the second VW pattern.
The basic two-phase energization pattern P2uo CCW for reverse rotation is created from the three-phase energization pattern P3 CCW for reverse rotation. Specifically, in the period in which the
図8(e)に示すように、U相が故障相である場合の逆転用の基本二相通電パターンP2uoCCWでは、270度から90度までの期間(270度〜360度および0度〜90度の期間)の通電パターンが第1VWパターンとなり、90度から270度までの期間の通電パターンが第2VWパターンとなる。
正転用の二相通電パターンP2uCWは、正転用の基本二相通電パターンP2uoCWの位相を任意の方向(以下、「第1方向」という。この例では電気角が増加する方向。)に第1の所定角度だけシフトさせることにより、作成されている。逆転用の二相通電パターンP2uCCWは、逆転用の基本二相通電パターンP2uoCCWの位相を前記第1方向と同じ方向に第2の所定角度だけシフトさせることにより、作成されている。第1の所定角度および第2の所定角度は、この実施形態では、電気角で30度である。なお、第1の所定角度および第2の所定角度は、電気角で0度より大きく60度より小さい範囲内の任意の角度に設定することができる。
As shown in FIG. 8E, in the basic two-phase energization pattern P2uo CCW for reversal when the U phase is a failure phase, periods from 270 degrees to 90 degrees (270 degrees to 360 degrees and 0 degrees to 90 degrees). Current period) is the first VW pattern, and the current pattern during the period from 90 degrees to 270 degrees is the second VW pattern.
Two-phase energization pattern P2u CW of forward rotation, the phase in an arbitrary direction of the basic two-phase energizing pattern P2uo CW of forward rotation (hereinafter, referred to as "first direction". Direction. Electrical angle increases in this example) first to It is created by shifting by a predetermined angle of 1. The reverse two-phase energization pattern P2u CCW is created by shifting the phase of the reverse basic two-phase energization pattern P2uo CCW by the second predetermined angle in the same direction as the first direction. In the present embodiment, the first predetermined angle and the second predetermined angle are 30 degrees in electrical angle. The first predetermined angle and the second predetermined angle can be set to arbitrary angles within the range of greater than 0 degrees and less than 60 degrees in electrical angle.
なお、正転用の基本二相通電パターンP2uoCWの位相を前記第1方向と反対の第2方向(電気角が減少する方向)に第1の所定角度だけシフトさせることにより、正転用の二相通電パターンP2uCWを作成するとともに、逆転用の基本二相通電パターンP2uoCCWの位相を前記第2方向と同じ方向に第2の所定角度だけシフトさせることにより、逆転用の二相通電パターンP2uCCWを作成してもよい。この場合にも、第1および第2の所定角度は、例えば、電気角で30度に設定される。 In addition, by shifting the phase of the basic two-phase energization pattern P2uo CW for normal rotation by a first predetermined angle in a second direction (direction in which the electrical angle decreases) opposite to the first direction, two phases for normal rotation By creating the energization pattern P2u CW and shifting the phase of the reverse basic two-phase energization pattern P2uo CCW by the second predetermined angle in the same direction as the second direction, the reverse two-phase energization pattern P2u CCW May be created. Also in this case, the first and second predetermined angles are set to, for example, an electrical angle of 30 degrees.
電動モータ18を、二相通電パターンP2uを用いて二相駆動する場合には、電気角の90度の位置と270度の位置とに不感点が生じる。しかしながら、二相用通電パターンP2uでは、図8の(f),(g)に示すように、不感点(90度または270度)を中心とする所定幅の角度範囲(60度〜120度または240度〜300度)においては、正転用の二相用通電パターンP2uCWと逆転用の二相用通電パターンP2uCCWとは、互いに異なる通電パターンとなっている。このため、不感点を脱出しやすくなる。
When the
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、U相、V相およびW相に対応するFET31のうちの1つの相に対応するFET31が開放故障した場合に、電動モータ18を2相駆動する場合について説明したが、U相、V相およびW相に対応するFET31が全て正常な場合に、電動モータ18を2相駆動させる場合にもこの発明を適用することができる。
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form. For example, in the above-described embodiment, the case where the
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
また、この発明は、電動パワーステアリング装置以外の用途に使用されている電動モータに対しても、適用することが可能である。
In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
The present invention can also be applied to an electric motor that is used for purposes other than the electric power steering apparatus.
12…ECU、18…電動モータ、30…駆動回路、31 …FET、33…電源、34…接地、40…制御部、43…二相駆動部 12 ... ECU, 18 ... electric motor, 30 ... drive circuit, 31 ... FET, 33 ... Power supply, 34 ... Ground, 40 ... Control part, 43 ... Two-phase drive part
Claims (4)
2個のスイッチング素子が直列に接続された直列回路を三相の各相に対応して3組備え、かつ電源と接地間においてそれらの直列回路が並列接続されている駆動回路と、
前記三相ブラシレスモータを正転方向に回転させるときには、予め定められた正転用の二相通電パターンにしたがって前記駆動回路内のスイッチング素子を制御し、前記三相ブラシレスモータを逆転方向に回転させるときには、予め定められた逆転用の二相通電パターンにしたがって前記駆動回路内のスイッチング素子を制御する制御手段とを含み、
二相駆動時に使用されない相を不使用相とし、120度通電方式における正転用の三相通電パターンにおいて、不使用相に対応するスイッチング素子がPWM制御またはオンされる期間では、不使用相以外の相に電流が流れるように、当該不使用相に対応するスイッチング素子を不使用相以外の相に対応するスイッチング素子に置き換えた通電パターンを正転用の基本二相通電パターンとし、120度通電方式における逆転用の三相通電パターンにおいて、不使用相に対応するスイッチング素子がPWM制御またはオンされる期間では、不使用相以外の相に電流が流れるように、当該不使用相に対応するスイッチング素子を不使用相以外の相に対応するスイッチング素子に置き換えた通電パターンを逆転用の基本二相通電パターンとすると、前記正転用の二相通電パターンは、前記正転用の基本二相通電パターンの位相を、任意の第1方向に第1の所定角度だけシフトさせた通電パターンであり、前記逆転用の二相通電パターンは、前記逆転用の基本二相通電パターンの位相を、前記第1方向と同じ方向に第2の所定角度だけシフトさせた通電パターンであり、
前記第1の所定角度および前記第2の所定角度は、前記三相ブラシレスモータを前記正転用の二相通電パターンおよび前記逆転用の二相通電パターンを用いて二相駆動した場合、不使用相以外の一方の相の界磁巻線に流れる電流によってロータに与えられる回転力と、不使用相以外の他方の相の界磁巻線に流れる電流によってロータに与えられる回転力との大きさが同じで方向が逆になるようなロータ回転角位置を不感点とすると、前記第1の所定角度および前記第2の所定角度は、前記不感点を中心とした所定幅の角度範囲において前記正転用の二相通電パターンと前記逆転用の二相通電パターンとが互いに異なる通電パターンとなるような角度に設定されている、モータ制御装置。 A motor control device for two-phase driving a three-phase brushless motor,
A drive circuit comprising three sets of series circuits each having three switching elements connected in series corresponding to each of the three phases, and the series circuits connected in parallel between the power source and the ground;
When rotating the three-phase brushless motor in the forward direction, the switching element in the drive circuit is controlled according to a predetermined two-phase energization pattern for forward rotation, and when rotating the three-phase brushless motor in the reverse direction. Control means for controlling the switching elements in the drive circuit in accordance with a predetermined two-phase energization pattern for reverse rotation,
In the three-phase energization pattern for forward rotation in the 120-degree energization method, a phase that is not used at the time of two-phase drive is regarded as an unused phase. In order to allow a current to flow in a phase, a conduction pattern obtained by replacing a switching element corresponding to the unused phase with a switching element corresponding to a phase other than the unused phase is set as a basic two-phase conduction pattern for normal rotation. In the three-phase energization pattern for reverse rotation, in the period when the switching element corresponding to the unused phase is PWM-controlled or turned on, the switching element corresponding to the unused phase is set so that the current flows in the phase other than the unused phase. When the energization pattern replaced with a switching element corresponding to a phase other than the unused phase is a basic two-phase energization pattern for reverse rotation, The two-phase energization pattern for forward rotation is an energization pattern obtained by shifting the phase of the basic two-phase energization pattern for forward rotation by a first predetermined angle in an arbitrary first direction, and the two-phase energization for reverse rotation. pattern, the phase of the fundamental two-phase energization pattern for the reverse rotation, Ri energization pattern der obtained by the second predetermined angle shifted in the same direction as the first direction,
The first predetermined angle and the second predetermined angle are not used when the three-phase brushless motor is driven in two phases using the two-phase energization pattern for forward rotation and the two-phase energization pattern for reverse rotation. The magnitude of the rotational force applied to the rotor by the current flowing in the field winding of one phase other than that and the rotational force applied to the rotor by the current flowing in the field winding of the other phase other than the unused phase is If the rotor rotation angle position that is the same and reverse in direction is set as a dead point, the first predetermined angle and the second predetermined angle are used for the forward rotation in an angle range of a predetermined width centered on the dead point. The motor control device is set at an angle such that the two-phase energization pattern and the two-phase energization pattern for reverse rotation are different from each other .
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