JP6467892B2

JP6467892B2 - モータ制御装置

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Publication number: JP6467892B2
Application number: JP2014243871A
Authority: JP
Inventors: 俊典中島
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-12-02
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2019-02-13
Anticipated expiration: 2034-12-02
Also published as: JP2016111725A

Description

本発明は、モータ制御装置に関する。

車両用エアコンの送風に用いられるブロアモータ（以下、「モータ」と略記）の制御装置は、エアコンＥＣＵ（Electronic Control Unit）から受信した回転指令信号（ＳＩ信号）及びホール素子等で検知したモータの回転速度に基づいて、モータの回転を制御する。具体的には、モータ制御装置は、回転速度の指令値であるＳＩ信号とホール素子等で検知したモータの回転速度との偏差を解消するＰＩ制御を用いてモータの回転速度を制御している。

モータ制御装置が適切な制御を実行するためには、エンジンその他の機器から発生する電磁ノイズの影響を受けないことが求められるので、モータ制御装置は、金属等の電磁ノイズを遮蔽できる材質のケースでカバーされることが多い。しかしながら、ケースに収めることでモータ制御装置を電磁ノイズから保護できるものの、エアコンＥＣＵとモータ制御装置とを接続するワイヤハーネスから電磁ノイズが侵入する場合があった。

図７は制御装置に入力されるＳＩ信号の一例を示した概略図であり、（Ａ）は、電磁ノイズの影響がない場合、（Ｂ）は、電磁ノイズの影響がある場合を各々示している。図７（Ａ）に示したように、ＳＩ信号はハイレベルの信号とローレベルの信号とを繰り返すパルス信号であり、デューティ比はｔ２／ｔ１で示される。しかしながら、図７（Ｂ）に示したように電磁ノイズの影響がある場合には、ＳＩ信号が電磁ノイズによって撹乱され、ハイレベル信号が低下している。その結果、モータ制御装置は、モータの回転を正常に制御できなくなるという問題点があった。

ワイヤハーネスに金属箔又は金属網等による電磁シールドを施すことにより、電磁ノイズの影響を防止することができる。しかしながら、ワイヤハーネスへの電磁シールドの追加により製品の製造コストが嵩むという問題点があった。

特許文献１には、図７（Ｂ）のように、電磁ノイズによってＳＩ信号が撹乱された場合には、モータの回転を停止させる制御するモータ制御装置の発明が開示されている。

特開２０１０−４６１０号公報

しかしながら、特許文献１に記載のモータ制御装置は、電磁ノイズによるＳＩ信号の撹乱以外に問題がない場合であってもモータを停止させるので、モータの回転を継続させたい場合に難がある。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、電磁ノイズの影響があった場合にモータの回転を継続できるモータ制御装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載のモータ制御装置は、電圧レベルがハイレベルとローレベルとに周期的に変化する指令信号の前記ハイレベルが閾値以上の場合に、前記指令信号のデューティ比に基づいてモータに印加する電圧を制御すると共に、前記ハイレベルが前記閾値未満に低下した場合に、前記ハイレベルが前記閾値未満に低下する直前のデューティ比及び目標回転速度の少なくとも一方に基づいてモータに印加する電圧を制御すると共に、前記指令信号が周期的に変化せずかつ前記ハイレベルが前記閾値以上の状態が一定時間以上連続した場合に、前記ハイレベルが前記閾値以上の状態が一定時間以上連続する直前のデューティ比及び前記目標回転速度の少なくとも一方に基づいて前記モータに印加する電圧を制御する制御部と、前記ハイレベルが前記閾値未満の状態が所定時間以上継続した場合に、前記モータの回転を停止させると共に、前記ハイレベルが前記閾値以上の状態が一定時間以上連続する直前のデューティ比及び前記目標回転速度の少なくとも一方に基づいて所定時間モータに印加する電圧を制御した後も前記ハイレベルが前記閾値以上の状態が連続した場合に、前記モータの回転を停止させる停止部と、を含む。

このモータ制御装置は、電磁ノイズ等の影響により、指令信号のハイレベルが閾値未満となった場合でも、指令信号のハイレベルが閾値未満である状態が所定時間以内であれば、閾値未満となる直前のデューティ比に基づいてモータに印加する電圧を制御する。その結果、電磁ノイズの影響があった場合にモータの回転を継続することができる。

また、このモータ制御装置によれば、閾値以上の状態が一定時間以上連続する指令信号の入力が所定時間以内であれば、閾値以上の状態が連続する指令信号が入力される直前のデューティ比に基づいてモータに印加する電圧を制御する。その結果、閾値以上の状態が連続する指令信号が、電磁ノイズ等の影響による誤信号であった場合でも、モータの回転を継続することができる。

請求項２記載のモータ制御装置は、請求項１記載のモータ制御装置において、前記指令信号は、上位制御装置から入力された信号である。

このモータ制御装置によれば、上位制御装置から入力された指令信号が電磁ノイズによって撹乱された場合であっても、モータの回転を継続することができる。

本発明の実施の形態に係るモータ制御装置を用いたモータユニットの構成を示す概略図である。本発明の実施の形態に係るモータ制御装置の概略を示す図である。本発明の実施の形態に係るモータ制御装置の異常停止動作の処理の一例を示したフローチャートである。本発明の実施の形態におけるＳＩ信号と判定電圧との一態様を示す概略図である。本発明の実施の形態に係るモータ制御装置によるモータの正常停止動作の処理の一例を示したフローチャートである。本発明の実施の形態に係るモータ停止信号の一例を示す概略図である。制御装置に入力されるＳＩ信号の一例を示した概略図であり、（Ａ）は、電磁ノイズの影響がない場合、（Ｂ）は、電磁ノイズの影響がある場合を各々示している。

図１は、本実施の形態に係るモータ制御装置２０を用いたモータユニット１０の構成を示す概略図である。図１の本実施の形態に係るモータユニット１０は、一例として車両用エアコンの送風に用いられる、いわゆるブロアモータのユニットである。

本実施の形態に係るモータユニット１０は、ステータ１４の外側にロータ１２が設けられた、アウターロータ構造の三相モータに係るものである。ステータ１４はコア部材に導線が巻かれた電磁石であって、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相を構成している。

ステータ１４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各々は、後述するモータ制御装置２０の制御により、電磁石で発生する磁界の極性が切り替えられることにより、いわゆる回転磁界を発生する。

ロータ１２の内側（図示せず）にはロータマグネットが設けられており、ロータマグネットは、ステータ１４で生じた回転磁界に対応することにより、ロータ１２を回転させる。

ロータ１２にはシャフト１６が設けられており、ロータ１２と一体になって回転する。図１には示していないが、本実施の形態ではシャフト１６には、いわゆるシロッコファン等の多翼ファンが設けられ、当該多翼ファンがシャフト１６と共に回転することにより、車両用エアコンにおける送風が可能となる。

ステータ１４は、上ケース１８を介して、モータ制御装置２０に取り付けられる。モータ制御装置２０は、モータ制御装置２０の基板２２と、基板２２上の素子から生じる熱を放散するヒートシンク２４とを備えている。

ロータ１２、ステータ１４及びモータ制御装置２０を含んで構成されるモータユニット１０には、下ケース２８が取り付けられる。

図２は、本実施の形態に係るモータ制御装置２０の概略を示す図である。モータ制御装置２０に含まれる制御回路５０は、上位の制御装置であるエアコンＥＣＵ８２から入力された指令信号に基づいて、モータ８０の回転速度の制御を行う回路である。制御回路５０内には、モータ８０の回転制御に係る演算処理を行うマイクロコンピュータ３０が設けられている。

また制御回路５０は、ダイオード４６を介して供給された制御電圧Ｖｃｃを安定化させるためのレギュレータ５２を備え、レギュレータ５２を介してマイクロコンピュータ３０に制御電圧Ｖｃｃが印加される。

制御回路５０には、レギュレータ５２で安定化される前の電圧を検知する制御電圧検出部５４があり、制御電圧検出部５４が検知した電圧値はマイクロコンピュータ３０に入力される。マイクロコンピュータ３０は、制御電圧検出部５４を介して入力された電圧値によって、電源であるバッテリ（図示せず）の電圧（＋Ｖｂａｔ）の変動を検知し、プリドライバ５６を介してインバータ回路４０に出力するデューティ比を調整する。例えば、バッテリの電圧が低下している場合であれば、プリドライバ５６を介してインバータ回路４０に出力するデューティ比を大きくし、バッテリの電圧が上昇している場合であれば、プリドライバ５６を介してインバータ回路４０に出力するデューティ比を小さくする。

レギュレータ５２で安定化された制御電圧Ｖｃｃは、レベルシフタ６０への電力供給を制御するスタンバイ回路５８に供給される。スタンバイ回路５８の電力供給の制御によってオンになったレベルシフタ６０は、エアコンＥＣＵ８２から入力された指令信号の電圧を調整してモータ８０の回転速度の指令信号であるＳＩ信号を生成してマイクロコンピュータ３０に出力する。

マイクロコンピュータ３０には、シャフト１６と同軸に設けられたセンサマグネットの磁界を検出するＵ相ホール素子１２Ｕ、Ｖ相ホール素子１２Ｖ、Ｗ相ホール素子１２Ｗが、コンパレータ６４を介して接続されている。Ｕ相ホール素子１２ＵはＵ相のコイルに、Ｖ相ホール素子１２ＶはＶ相のコイルに、Ｗ相ホール素子１２ＷはＷ相のコイルに、各々印加する電圧の駆動波形の決定に必要となるロータ１２の位置及び回転速度を検出する。Ｕ相ホール素子１２Ｕ、Ｖ相ホール素子１２Ｖ、Ｗ相ホール素子１２Ｗは、シャフト１６と共に回転するセンサマグネットの磁界を検出すると正弦波状のアナログ信号を出力するが、コンパレータは当該アナログ信号を矩形波状のパルス信号に変換してマイクロコンピュータ３０に出力する。

マイクロコンピュータ３０には、温度検出部６６を介してモータ制御装置２０の回路の温度を検知するサーミスタ６８が接続されている。サーミスタ６８は、温度に応じて抵抗値が変化する素子であり、抵抗値の変化に応じた電圧を信号として出力する。温度検出部６６は、サーミスタ６８が出力した信号に基づいて回路の温度を算出し、マイクロコンピュータ３０に出力する。

マイクロコンピュータ３０は、ＳＩ信号６２、Ｕ相ホール素子１２Ｕ、Ｖ相ホール素子１２Ｖ、Ｗ相ホール素子１２Ｗが検知したロータ１２の位置及びモータ８０の実際の回転速度、制御電圧検出部５４が検知した電圧値に基づいて、モータ８０に印加する電圧のデューティ比を決定して、前述のプリドライバ５６に出力する。

プリドライバ５６には、制御電圧Ｖｃｃを必要に応じて昇圧させるチャージポンプ７０を介して電力が供給されており、マイクロコンピュータ３０が出力したデューティ比の信号を、インバータ回路４０を構成するＦＥＴ（Field Effect Transistor）がスイッチング動作可能な程度まで増幅する。プリドライバ５６が出力した信号は電圧検出部７２によって検知され、マイクロコンピュータ３０にフィードバックされる。

インバータ回路４０は、ＦＥＴによってモータ８０のステータ１４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルに供給する電力をスイッチングする。インバータ回路４０には、電源であるバッテリからの電力は、ノイズ除去用のフィルタ４２を介して供給される。また、インバータ回路４０は、バッテリが正負逆に接続された等の場合に回路を保護するための逆接防止ＦＥＴ４４を介して接地されている。

インバータ回路４０と逆接防止ＦＥＴ４４との間には、電流検知用のシャント抵抗９４が設けられている。シャント抵抗９４は、抵抗値が０．２ｍΩ〜数Ω程度の抵抗であり、シャント抵抗９４の両端の電位差を増幅してシャント抵抗９４の電流に比例する電圧値を信号として出力するアンプ９６が接続されている。アンプ９６は制御回路５０内に設けられており、アンプ９６が出力したシャント抵抗９４の電流に比例する電圧値の信号は、制御回路５０内のマイクロコンピュータ３０に入力される。

マイクロコンピュータ３０は、シャント抵抗９４が検知したインバータ回路４０の電流が所定の電流閾値以上である場合、又はサーミスタ６８が検知した回路の温度が所定の温度閾値以上である場合には、モータ８０に印加する電圧のデューティ比を低下させる制御を行う。

また、マイクロコンピュータ３０は、制御結果に係る信号を生成し、信号出力回路７４を介して当該信号を出力する。出力した信号は、例えばエアコンＥＣＵ８２等の上位の制御装置に送信され、当該上位の制御装置において、モータ制御装置２０の動作の適否が判定される。

図３は、本実施の形態に係るモータ制御装置２０の異常停止動作の処理の一例を示したフローチャートである。ステップ３００では、エアコンＥＣＵ８２から入力されたＳＩ信号が所定閾値である判定電圧未満が否かを判定する。

図４に本実施の形態におけるＳＩ信号１００と判定電圧１０２との一態様を示す。図４では、ＳＩ信号１００は時間Ｔ１まではハイレベル信号が判定電圧１０２を超えていたが、時間Ｔ１以降では、電磁ノイズの干渉によってハイレベル信号を含むＳＩ信号１００が判定電圧１０２未満となっている。本実施の形態では、図４における時間Ｔ１と時間Ｔ２との間におけるＳＩ信号１００のように、ハイレベル信号及びローレベル信号が判定電圧１０２未満の場合に、ステップ３００では肯定判定をする。換言すれば、ＳＩ信号１００に信号強度の高低の変化は認められるものの、信号強度が高（ハイレベル）の場合でも、判定電圧１０２未満の場合に、ステップ３００では肯定判定をする。または、ＳＩ信号１００に信号強度の高低の変化が認められず、判定電圧１０２未満の状態が一定時間以上継続した場合にも、ステップ３００では肯定判定をする。一定時間は後述する第１所定時間よりも短時間であり、一例として１０ｍ秒である。

ステップ３００で肯定判定の場合には、ステップ３０２で、ＳＩ信号１００が変化する時間Ｔ１直前の目標回転速度でモータ８０の回転を制御する。ステップ３００で否定判定の場合には、ステップ３０８において入力されたＳＩ信号が示す目標回転速度でモータ８０の回転を制御する処理を継続し、異常停止動作の処理を終了する。

図４に示したように、時間Ｔ１まではＳＩ信号１００が示す目標回転速度１０００ｒｐｍでモータ８０の回転を制御していたが、時間Ｔ１から時間Ｔ２までの間ではＳＩ信号１００が判定電圧１０２を下回っている。本実施の形態では、時間Ｔ１からＳＩ信号１００が判定電圧１０２を下回っても、後述する第１所定時間が経過するまでは時間Ｔ１以前に入力されたＳＩ信号が示すデューティ比でモータ８０のコイルに印加する電圧を制御する。その結果、時間Ｔ１以降も、時間Ｔ１までの目標回転速度である１０００ｒｐｍでモータ８０の回転を制御する。

本実施の形態では、エアコンＥＣＵ８２から出力されたＳＩ信号１００による目標回転速度は、マイクロコンピュータ３０のキャッシュメモリ等に記憶しておき、図３のステップ３００で肯定判定になった場合に、記憶していた目標回転速度でモータ８０の回転を制御する。

ステップ３０４では、ＳＩ信号１００が判定電圧１０２未満の状態が第１所定時間以上継続したか否かを判定する。第１所定時間は、一例として５０００ｍ秒である。

ステップ３０４で否定判定の場合には、手順をステップ３００に戻す。図４では、時間Ｔ２からＳＩ信号１００が正常に入力されている。時間Ｔ１から時間Ｔ２までが所定時間５０００ｍ秒以内であれば、ステップ３００では否定判定を行い、時間Ｔ２からはＳＩ信号１００示す目標回転速度１０００ｒｐｍでモータ８０の回転が制御される。

ステップ３０４で肯定判定の場合、すなわち、ＳＩ信号１００が判定電圧１０２未満の状態が第１所定時間である５０００ｍ秒以上継続した場合には、ステップ３０６で目標回転速度を０ｒｐｍにしてモータ８０を停止させる。

図５は、モータ８０の正常停止動作の処理の一例を示したフローチャートである。ステップ５００では、モータ８０を停止させるためのモータ停止信号が入力される。モータ停止信号は、デューティ比が０であることを示す指令信号であり、本実施の形態では、図６の時間Ｔ１以降に示された判定電圧１０２以上のハイレベル信号が一定時間以上連続するＳＩ信号である。一定時間は、一例として、１０ｍ秒である。

ステップ５０２では、ＳＩ信号１００が変化する直前、すなわちモータ停止信号が入力される直前の目標回転速度でモータ８０の回転を制御する。本実施の形態では、エアコンＥＣＵ８２から出力されたＳＩ信号１００による目標回転速度は、マイクロコンピュータ３０のキャッシュメモリ等に記憶しておき、図５のステップ５００でモータ停止信号が入力された場合に、記憶していた目標回転速度でモータ８０の回転を制御する。

ステップ５０４では、モータ停止信号の入力が第２所定時間以上継続したか否かを判定する。ステップ５０４における第２所定時間は、一例として３５０ｍ秒である。

ステップ５０４で肯定判定の場合には、ステップ５０６で目標回転速度を０ｒｐｍにしてモータ８０を停止させる。ステップ５０４で否定判定の場合には、手順をステップ５０２に戻し、モータ停止信号が入力される前の目標回転速度でモータ８０の回転の制御を継続する。

以上説明したように、本実施の形態では、電磁ノイズによってＳＩ信号が撹乱された結果、ＳＩ信号のハイレベル信号が所定の判定電圧未満になった場合でも、電磁ノイズの影響を受ける前に入力されたＳＩ信号に基づく目標回転速度でモータ８０の回転を制御することができる。かかる制御により、電磁ノイズの影響があった場合にモータの回転を継続することができる。

また、デューティ比が０であることを示すモータ停止信号が入力された場合でも、所定時間待機して、なおもモータ停止信号が継続的に出力されている場合に、モータ８０の回転を停止させる。モータ停止信号が入力されてから所定時間の経過前に０を超えるデューティ比を示すＳＩ信号が入力された場合には、先に入力されたモータ停止信号は電磁ノイズ等による誤信号とみなすので、ＳＩ信号に何らかの乱調があっても、モータの回転を継続することができる。

１０…モータユニット、１２…ロータ、１２Ｕ…Ｕ相ホール素子、１２Ｖ…Ｖ相ホール素子、１２Ｗ…Ｗ相ホール素子、１４…ステータ、１６…シャフト、１８…上ケース、２０…モータ制御装置、２２…基板、２４…ヒートシンク、２８…下ケース、３０…マイクロコンピュータ、４０…インバータ回路、４２…フィルタ、４４…逆接防止ＦＥＴ、４６…ダイオード、５０…制御回路、５２…レギュレータ、５４…制御電源検出部、５６…プリドライバ、５８…スタンバイ回路、６０…レベルシフタ、６２…ＳＩ信号、６４…コンパレータ、６６…温度検出部、６６…温度検出部、６８…サーミスタ、７０…チャージポンプ、７２…電圧検出部、７４…信号出力回路、８２…エアコンＥＣＵ、８０…モータ、９４…シャント抵抗、９６…アンプ、１００…ＳＩ信号、１０２…判定電圧、Ｔ１…時間、Ｔ２…時間、Ｖｃｃ…制御電圧

Claims

電圧レベルがハイレベルとローレベルとに周期的に変化する指令信号の前記ハイレベルが閾値以上の場合に、前記指令信号のデューティ比に基づいてモータに印加する電圧を制御すると共に、前記ハイレベルが前記閾値未満に低下した場合に、前記ハイレベルが前記閾値未満に低下する直前のデューティ比及び目標回転速度の少なくとも一方に基づいてモータに印加する電圧を制御すると共に、前記指令信号が周期的に変化せずかつ前記ハイレベルが前記閾値以上の状態が一定時間以上連続した場合に、前記ハイレベルが前記閾値以上の状態が一定時間以上連続する直前のデューティ比及び前記目標回転速度の少なくとも一方に基づいて前記モータに印加する電圧を制御する制御部と、
前記ハイレベルが前記閾値未満の状態が所定時間以上継続した場合に、前記モータの回転を停止させると共に、前記ハイレベルが前記閾値以上の状態が一定時間以上連続する直前のデューティ比及び前記目標回転速度の少なくとも一方に基づいて所定時間モータに印加する電圧を制御した後も前記ハイレベルが前記閾値以上の状態が連続した場合に、前記モータの回転を停止させる停止部と、
を含むモータ制御装置。
前記指令信号は、上位制御装置から入力された信号である請求項１記載のモータ制御装置。