JP7475789B2

JP7475789B2 - モータ制御装置

Info

Publication number: JP7475789B2
Application number: JP2020216820A
Authority: JP
Inventors: 悠三佐々木
Original assignee: Alps Electric Co Ltd; Alps Alpine Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2020-12-25
Filing date: 2020-12-25
Publication date: 2024-04-30
Anticipated expiration: 2040-12-25
Also published as: EP4020794B1; EP4020794A1; JP2022102215A; US20220209700A1; US11588428B2

Description

本発明は、ボイスコイルモータを駆動制御するモータ制御装置に関する。

従来から、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）等を用いて操作部位を振動させる触覚フィードバック技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。一般に、振動源の一つとして用いられるボイスコイルモータは、コイルの両端に互いに逆相となる正弦波の駆動電圧を印加して振動を発生するが、コイルの両端に印加される駆動電圧に偏りが生じて振幅の中心が０ＶにならずＤＣオフセットが生じると、このＤＣオフセットによってコイルに直流電流が流れて温度が上昇する。そして、この温度上昇が過大になると、コイルの被膜が溶融し、発煙や焼損に至る。そのため、所定の閾値を超えるＤＣオフセットを検出して、駆動電圧の印加を停止させる制御が必要になる。

特開２０１２－１７６６４０号公報

ところで、駆動電圧の印加停止の有無を判定する基準となる閾値は、低くしすぎると、通常動作中の僅かなノイズを検出してしまって、ボイスコイルモータの動作が頻繁に停止されてしまうおそれがある。その一方で、基準となる閾値を高くしすぎると、閾値に達するまでの長い時間比較的高いＤＣオフセットが発生した状態が継続し、ボイスコイルモータの温度が上昇してしまう。一般に、ボイスコイルモータには温度依存があり、一定量の振動を得るためには、温度の上昇に伴って駆動電圧を増加させる必要がある。このため、コイルの発煙や焼損を回避できたとしても、高温が長時間継続する状態は好ましくない。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、駆動電圧のＤＣオフセットに伴うコイルの焼損を防止しつつ、適切な振動量を確保することができるモータ制御装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明のモータ制御装置は、モータコイルの両端に逆相の駆動電圧を印加することによりモータに振動を発生させるモータ制御装置であって、駆動電圧を発生させる駆動電圧発生手段と、駆動電圧のＤＣオフセットを検出するＤＣオフセット検出手段と、検出したＤＣオフセットが動作停止閾値を超えているときに、モータコイルに対する駆動電圧の印加を停止する停止手段と、検出したＤＣオフセットが動作停止閾値よりも低いときに、このＤＣオフセットに対応する温度補正値を設定する温度補正値設定手段と、周囲温度を検出する周囲温度検出手段と、検出された周囲温度と設定された温度補正値とに基づいて、駆動電圧を可変して振幅レベルを制御する振動レベル制御手段とを備えている。

ＤＣオフセットが過大になったときに動作を停止させることによりモータコイルの損傷を防止することができる。また、ＤＣオフセットが過大にならない場合であってもＤＣオフセットの発生に伴って、および／または、周囲温度の上昇に伴って温度が上昇したときに駆動電圧を可変することにより、温度上昇にかかわらず適切な振動量を確保することが可能となる。

また、上述した駆動電圧は、互いに逆相の正弦波波形を有することが望ましい。

また、上述した温度補正値設定手段は、ＤＣオフセットに比例する温度補正値を設定することが望ましい。これにより、ＤＣオフセットの増加に伴う温度上昇に対応する温度補正値を設定することができる。

また、上述した温度補正値は、ＤＣオフセットの発生に伴うモータコイルの温度上昇分を想定した値であり、振動レベル制御手段は、周囲温度に温度補正値を加算した合計温度が高くなるにしたがって、モータコイルに印加する駆動電圧を高くすることが望ましい。これにより、ＤＣオフセットや周囲温度にかかわらず一定量の振動レベルを得ることが可能となる。

また、上述した周囲温度検出手段は、モータと、同じ基板上に設置されて周囲温度を検出することが望ましい。あるいは、上述した周囲温度検出手段は、モータと、同じ筐体内に設置されて周囲温度を検出することが望ましい。これにより、モータの温度を上昇させる周囲温度を検出することが可能となる。

また、上述したモータは、ボイスコイルモータであることが望ましい。これにより、ボイスコイルモータについて、温度上昇によるコイルの損傷を防止しつつ一定の振動量を確保することが可能となる。

一実施形態のモータ制御装置の構成を示す図である。ＤＣオフセットや周囲温度に応じてＶＣＭの振動状態を制御するモータ制御装置の動作手順を示す流れ図である。温度補正値テーブルの一例を示す図である。振動レベルテーブルの一例を示す図である。

以下、本発明を適用した一実施形態のモータ制御装置について、図面を参照しながら説明する。

図１は、一実施形態のモータ制御装置の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態のモータ制御装置１００は、波形生成部１１０、増幅器１２０、ＤＣオフセット検出部１３０、サーミスタ１４０、振動制御部１５０を備えている。このモータ制御装置１００は、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）２００のモータコイル２１０の両端に逆相の駆動電圧を印加することにより、ＶＣＭ２００に振動を発生させる。また、制御対象となるＶＣＭ２００は、例えば車両に搭載された操作デバイス内に設けられ、利用者の操作に応じた振動を与える触覚フィードバックを実現するために使用される。

波形生成部１１０は、互いに逆相の正弦波波形を有する２種類の駆動信号を生成する。増幅器１２０は、これら２種類の正弦波波形の駆動信号を増幅して駆動電圧を生成し、それぞれの駆動電圧をＶＣＭ２００のコイルモータ２１０の両端に印加する。

ＤＣオフセット検出部１３０は、コイルモータ２１０の両端に印加された駆動電圧に含まれるＤＣオフセットを検出する。理論上は、互いに逆相の正弦波波形を有する駆動電圧をモータコイル２１０の両端に印加した場合には、その中心電圧は０Ｖであり、この中心電圧からのずれであるＤＣオフセットは生じない（０Ｖ）。しかし、構成部品の素子定数のずれや何らかの異常などに起因して、ＤＣオフセットが生じる場合がある。

サーミスタ１４０は、ＶＣＭ２００と、同じ基板上（あるいは同じ筐体内）に設置された温度検出素子であり、ＶＣＭ２００の周囲温度を検出する。例えば、共通の基板上にＶＣＭ２００とサーミスタ１４０が搭載されている場合や、共通の筐体内にＶＣＭ２００とサーミスタ１４０が搭載されている場合などが考えられる。

振動制御部１５０は、ＤＣオフセット検出部１３０によって検出されたＤＣオフセットやサーミスタ１４０を用いて検出された周囲温度に基づいて、ＶＣＭ２００の振動レベルを制御する。このために、振動制御部１５０は、停止制御部１５２、温度補正値設定部１５４、振動レベル制御部１５６を含んでいる。

停止制御部１５２は、ＤＣオフセット検出部１３０によって検出したＤＣオフセットが動作停止閾値（例えば２Ｖ）を超えているときに、モータコイル２１０に対する駆動電圧の印加を停止する。例えば、波形生成部１１０に指示を出して駆動信号の生成動作を停止させる場合が考えられるが、増幅器１２０に指示を出して駆動信号を増幅する動作を停止させるようにしてもよい。

温度補正値設定部１５４は、ＤＣオフセット検出部１３０によって検出したＤＣオフセットが動作停止閾値よりも低いときに、このＤＣオフセットに対応する温度補正値を設定する。設定の具体例については後述する。

振動レベル制御部１５６は、サーミスタ１４０を用いて検出された周囲温度と、温度補正値設定部１５４によって設定された温度補正値とに基づいて、波形生成部１１０に指示を送って正弦波波形の振幅を可変することにより、増幅器１２０からモータコイル２１０に印加する駆動電圧を可変してＶＣＭ２００の振幅レベルを制御する。

上述した波形生成部１１０、増幅器１２０が駆動電圧発生手段に、ＤＣオフセット検出部１３０がＤＣオフセット検出手段に、停止制御部１５２が停止手段に、温度補正値設定部１５４が温度補正値設定手段に、サーミスタ１４０が周囲温度検出手段に、振動レベル制御部１５６が振動レベル制御手段にそれぞれ対応する。

本実施形態のモータ制御装置１００はこのような構成を有しており、次に、その動作を説明する。

図２は、ＤＣオフセットや周囲温度に応じてＶＣＭ２００の振動状態を制御するモータ制御装置１００の動作手順を示す流れ図である。

まず、停止制御部１５２および温度補正値設定部１５４は、増幅器１２０からコイルモータ２１０に印加されている正弦波波形の駆動電圧に基づいてＤＣオフセット検出部１３０によって検出されたＤＣオフセットを取得する（ステップ１００）。次に、停止制御部１５２は、ＤＣオフセットが動作停止閾値としての２Ｖを超えているか否かを判定する（ステップ１０２）。２Ｖを超えている場合には肯定判断が行われ、停止制御部１５２は、モータコイル２１０に対する駆動電圧の印加を停止する（ステップ１０４）。

また、ＤＣオフセットが２Ｖを超えていない場合にはステップ２０１の判定において否定判断が行われる。次に、温度補正値設定部１５４は、ＤＣオフセットに応じた温度補正値Ｘを、温度補正値テーブルに基づいて設定する（ステップ１０６）。

図３は、温度補正値テーブルの一例を示す図である。図３に示す例では、ＤＣオフセットが動作停止閾値以下の範囲について、以下の４つのパターンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに区分けされている。

パターンＡ：ＤＣオフセットが０Ｖ以上で０．５Ｖ以下の範囲に対応する。ＤＣオフセットがこの範囲に含まれる場合には、温度補正値Ｘが０℃に設定される。

パターンＢ：ＤＣオフセットが０．５Ｖより高く１．０Ｖ以下の範囲に対応する。ＤＣオフセットがこの範囲に含まれる場合には、温度補正値Ｘが＋３℃に設定される。

パターンＣ：ＤＣオフセットが１．０Ｖより高く１．５Ｖ以下の範囲に対応する。ＤＣオフセットがこの範囲に含まれる場合には、温度補正値Ｘが＋８℃に設定される。

パターンＤ：ＤＣオフセットが１．５Ｖより高く２．０Ｖ以下の範囲に対応する。ＤＣオフセットがこの範囲に含まれる場合には、温度補正値Ｘが＋１３℃に設定される。

次に、振動レベル制御部１５６は、サーミスタ１４０によって検出した周囲温度Ｙを取得する（ステップ１０８）。次に、振動レベル制御部１５６は、取得した周囲温度Ｙと、温度補正値設定部１５４によって設定された温度補正値Ｘとに基づいて、具体的には、周囲温度Ｙと温度補正値Ｘとを足し合わせて、ＶＣＭ２００の温度（モータコイル２１０の温度）Ｚを推定する（ステップ１１０）。また、振動レベル制御部１５６は、推定した温度Ｚに応じた駆動電圧を、振動レベルテーブルに基づいて設定する（ステップ１１２）。

図４は、振動レベルテーブルの一例を示す図である。図４に示す例では、ＶＣＭ２００の推定温度Ｚの範囲について、以下の５つのパターンａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅに区分されている。なお、本実施形態では、ある振幅の正弦波波形に対して所定のアッテネーション処理（減衰処理）を行うことにより、正弦波波形の振幅を可変しており、このアッテネーション処理における減衰量（ＡＴＴ量）を減少させることにより、結果的に正弦波波形の振幅を大きくしている。したがって、図４に含まれる「ＡＴＴ量」が制御なし→０．５ｄＢ減→１．５ｄＢ減→３ｄＢ減となるにしたがって、正弦波波形の振幅を減衰させる量が少なくなり、結果的に駆動電圧が高くなる。

パターンａ：推定温度Ｚが＋３℃未満の範囲に対応する。推定温度Ｚがこの範囲に含まれる場合には、アッテネーション処理における減衰量（ＡＴＴ量）はデフォルト値がそのまま用いられる（制御なし）。このときの駆動電圧は標準値となる。

パターンｂ：推定温度が＋３℃以上＋８℃未満の範囲に対応する。推定温度Ｚがこの範囲に含まれる場合には、アッテネーション処理における減衰量（ＡＴＴ量）が０．５ｄＢ減に設定される。このときの駆動電圧は標準値よりも高くなるがその程度は小さい。

パターンｃ：推定温度が＋８℃以上＋１３℃未満の範囲に対応する。推定温度Ｚがこの範囲に含まれる場合には、アッテネーション処理における減衰量（ＡＴＴ量）が１．５ｄＢ減に設定される。このときの駆動電圧は標準値よりも高くなるがその程度は中程度である。

パターンｄ：推定温度が＋１３℃以上＋１５℃未満の範囲に対応する。推定温度Ｚがこの範囲に含まれる場合には、アッテネーション処理における減衰量（ＡＴＴ量）が３ｄＢ減に設定される。このときの駆動電圧は標準値よりも高くなり、その程度は大きい。

パターンｅ：推定温度が＋１５℃以上の範囲に対応する。推定温度Ｚがこの範囲に含まれる場合には、温度が高すぎるため、駆動電圧の印加が停止される。

振動レベル制御部１５６は、このようにして駆動電圧を決定すると、この決定内容を反映するように波形生成部１１０に指示を送って、駆動電圧を可変した（パターンｅの場合は駆動電圧を０Ｖにする）振動制御を実施する（ステップ１１４）。

このように、本実施形態のモータ制御装置１００では、モータコイル２１０に印加する駆動電圧のＤＣオフセットが過大になったときに動作を停止させることによりモータコイル２１０の損傷を防止することができる。また、ＤＣオフセットが過大にならない場合であってもＤＣオフセットの発生に伴って、および／または、周囲温度の上昇に伴って温度が上昇したときに駆動電圧を可変することにより、温度上昇にかかわらず適切な振動量を確保することが可能となる。

また、ＤＣオフセットの増加に伴う温度上昇に対応する温度補正値を設定しており、周囲温度にこの温度補正値を加算した合計温度が高くなるにしたがって、モータコイル２１０に印加する駆動電圧を高くしている。これにより、ＤＣオフセットや周囲温度にかかわらず一定量の振動レベルを得ることが可能となる。

また、ＶＣＭ２００と同じ基板上あるいは同じ筐体内にサーミスタ１４０を設置しており、これにより、ＶＣＭ２００の温度を上昇させる周囲温度を検出することが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、車両に搭載される操作デバイスに用いられるＶＣＭ２００の振動制御に本発明を適用したが、車両以外で使用される操作デバイスで使用するＶＣＭについて、あるいは、操作デバイス以外に使用するＶＣＭ２００について、振動制御を行う場合に本発明を適用することができる。

上述したように、本発明によれば、ＤＣオフセットが過大になったときに動作を停止させることによりモータコイルの損傷を防止することができる。また、ＤＣオフセットが過大にならない場合であってもＤＣオフセットの発生に伴って、および／または、周囲温度の上昇に伴って温度が上昇したときに駆動電圧を可変することにより、温度上昇にかかわらず適切な振動量を確保することが可能となる。

１００モータ制御装置
１１０波形生成部
１２０増幅器
１３０ＤＣオフセット検出部
１４０サーミスタ
１５０振動制御部
１５２停止制御部
１５４温度補正値設定部
１５６振動レベル制御部
２００ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）
２１０モータコイル

Claims

モータコイルの両端に逆相の駆動電圧を印加することによりモータに振動を発生させるモータ制御装置であって、
前記駆動電圧を発生させる駆動電圧発生手段と、
前記駆動電圧のＤＣオフセットを検出するＤＣオフセット検出手段と、
検出した前記ＤＣオフセットが動作停止閾値を超えているときに、前記モータコイルに対する前記駆動電圧の印加を停止する停止手段と、
検出した前記ＤＣオフセットが前記動作停止閾値よりも低いときに、このＤＣオフセットに対応する温度補正値を設定する温度補正値設定手段と、
周囲温度を検出する周囲温度検出手段と、
検出された前記周囲温度と設定された前記温度補正値とに基づいて、前記駆動電圧を可変して振幅レベルを制御する振動レベル制御手段と、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。
前記駆動電圧は、互いに逆相の正弦波波形を有することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
前記温度補正値設定手段は、前記ＤＣオフセットに比例する前記温度補正値を設定することを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
前記温度補正値は、前記ＤＣオフセットの発生に伴う前記モータコイルの温度上昇分を想定した値であり、
前記振動レベル制御手段は、前記周囲温度に前記温度補正値を加算した合計温度が高くなるにしたがって、前記モータコイルに印加する前記駆動電圧を高くすることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
前記周囲温度検出手段は、前記モータと、同じ基板上に設置されて前記周囲温度を検出することを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
前記周囲温度検出手段は、前記モータと、同じ筐体内に設置されて前記周囲温度を検出することを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
前記モータは、ボイスコイルモータであることを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載のモータ制御装置。