WO2008044634A1

WO2008044634A1 - Dispositif de commande de moteur

Info

Publication number: WO2008044634A1
Application number: PCT/JP2007/069564
Authority: WO
Inventors: Atsuo Sakai
Original assignee: Jtekt Corporation
Priority date: 2006-10-12
Filing date: 2007-10-05
Publication date: 2008-04-17
Also published as: EP2073370A1; US20100026227A1; JP2008099454A; EP2073370B1; US7969107B2; JP4876838B2; EP2073370A4

Description

明細書

モータ制御装置

技術分野

[0001] 本発明は、電力供給線の断線検知機能を備えたモータ制御装置に関する。

背景技術

[0002] 従来より、三相（U, V, W)の駆動電力の供給を通じてモータ（ブラシレスモータ）の作動を制御するモータ制御装置がある。このようなモータ制御装置として、例えば、図 4に示すように、制御対象であるモータの電気角について 60度毎に通電相及び通電方向、即ち通電パターンを切り替えて駆動電力の供給を行うものがある（例えば、特許文献 1参照)。

[0003] こうした矩形波通電によるモータ駆動では、通電相（駆動相）が二相である場合、駆動相電源側の電圧は高位電圧 HVとなり、駆動相接地側の電圧は低位電圧 LVとなり、非駆動相の電圧は中間電圧 MVとなる。つまり、各相電圧間には、理論上、以下に示す関係式が成立する。各相電圧を監視し、この関係式が成立するか否かを判定することにより、モータへの電力供給線の断線検知を行うことができる。

[0004] HV+LV- 2 X MV = 0 · · · (1)

特許文献 1 :特開 2005— 295688号公報

発明の開示

[0005] しかしながら、現実には、通電相の切替時には各相電圧に大きな電圧変化が生じる。そのため、電圧変化によるノイズによって、検出された電圧値から上記（1)式の関係が成立しない場合がある。従来は、このようなノイズに起因した誤検知を避けるべく、電圧値のモニタ時間を比較的長く設定する必要があり（例えば、上記関係の不成立を検出する毎に所定のカウンタ値を加算し、その合計値が所定の閾値を超えた場合に何れかの電力供給線に断線が生じたと判定する場合、その閾値を高く設定する )、これが迅速な断線検知を妨げていた。更に、モータへの通電が不能となる二相断泉発生時には、より迅速な対応が要求される力従来の方法によれば、一相断線と二相断線とを区別することができない。このため、緊急性の高い二相断線を速やかに検知することができない。

[0006] 本発明の目的は、簡素な構成によって迅速に電力供給線の断線を検知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。

上記の課題を解決するため、本発明の第一の態様によれば、モータ制御信号を出力する制御手段と、直列接続された一対のスイッチング素子を並列に接続して構成され、各スィッチング素子がモータ制御信号に基づきオン/オフされることにより直流電力が三相の駆動電力に変換されてモータに供給される駆動回路とを備え、制御手段は、モータの所定電気角毎にその通電相及び通電方向を切り替える矩形波通電により駆動電力の供給を行うべくモータ制御信号を生成するとともに、接地側の各スイッチング素子の PWM制御を実行することによりモータに印加される電圧を制御するモータ制御装置であって、モータの各相電圧を検出する電圧検出手段と、検出された各相電圧に基づ!/、て各相に対応する電力供給線の断線を検知する断線検知手段とを備え、断線検知手段は、検出された各相電圧のうちの低位電圧が接地電圧近傍に設定された所定電圧よりも低い場合、電力供給線の少なくとも何れか一つに断線が生じたものと判定し、各相電圧のうちの中間電圧が所定電圧よりも低い場合、電力供給線の何れか二つに断線が生じたものと判定する。

[0007] 上記の構成によれば、一相断線と二相断線とを区別して検出することができる。その結果、迅速な対応が求められる二相断泉発生時において、より速やかにその断泉検知を行うことができる。

[0008] 上記の構成において、断線検知手段は、電源電圧及び前記 PWM制御の duty比により規定される低位電圧の目標値に基づいて、所定電圧を設定することが好ましい。即ち、非断線状態であれば、通電相の切替時に、低位電圧が目標値以下にならない。従って、上記構成によれば、通電相の切替に伴うノイズに起因する誤検知が回避されるため、高精度の断線検出が可能になる。その結果、モニタ時間が短縮されるため、より迅速に断線を検知することができる。

[0009] 上記の構成において、断線検知手段は、一の断線検出につき所定の値を加算するカウンタを有し、所定周期毎に低電圧及び中間電圧と所定電圧との比較に基づく断線検出の判定を実行するとともに、カウンタの積算値が所定の閾値以上となった場合、電力供給線における断線の検知を確定し、加算する所定の値として、電力供給線の少なくとも何れか一つの断線を検出した場合の値よりも二つの断線を検出した場合の値が大きく設定されることが好ましい。この場合、緊急性の高い二相断線発生時にお!/、て、より速やかに断線の検知を確定することができる。

図面の簡単な説明

[0010] [図 1]モータ制御装置の概略構成図。

[図 2]断泉発生時の電圧変化を示す説明図。

[図 3]断線検知の処理手順を示すフローチャート。

[図 4]矩形波通電の態様を示す説明図。

発明を実施するための最良の形態

[0011] 以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。

図 1に示すように、モータ制御装置 1は、モータ制御信号を出力する制御手段としてのマイコン 2と、マイコン 2から出力されるモータ制御信号に基づきモータ 4に三相（ U, V, W)の駆動電力を供給する駆動回路 5とを備えている。駆動回路 5は、電力供給経路 Lにお!/、て直流電源 3とモータ（ブラシレスモータ） 4との間に設けられて!/、る。

[0012] 駆動回路 5には、直列接続された一対のスイッチング素子（FET)を並列に接続した周知の PWMインバータが採用されている。具体的には、駆動回路 5では、 FET7a , 7d、 FET7b, 7e、及び FET7c, 7fの各組の直列回路（アーム）が並列に接続されている。各アームにおける上段側の FET7a, 7b, 7cは、電源線 11を介して直流電源 3のプラス端子に接続され、下段側の FET7d, 7e, 7fは、接地されている。 FET7 a, 7d、 FET7b, 7e、 FET7c, 7fの各接続点 8u, 8v, 8wは、各動力線 9u, 9v, 9w を介してモータ 4の各モータコイル lOu, ΙΟν, 10wに接続されている。即ち、モータ 4の各相に対応する電力供給線 Lp_u, Lp_v, Lp_wは、各動力線 9u, 9v, 9w及び各モータコイル 10u, ΙΟν, 10wにより構成されている。また、各 FET7a〜7fのゲート端子はマイコン 2に接続されている。マイコン 2から出力されるモータ制御信号は、各 FE T7a〜7fのゲート端子に入力される。そのモータ制御信号に応答して各 FET7a〜7 fがオン/オフされることにより、直流電源 3からの直流電力が三相の駆動電力に変換されてモータ 4に供給される。 [0013] 一方、マイコン 2には、モータ 4の回転角（電気角） Θ mを検出する回転角センサ 12 が接続されている。マイコン 2は、回転角センサ 12により検出された回転角 θ πιに基づいてモータ制御信号を生成する。具体的には、マイコン 2は、モータ 4の電気角（6 0° )毎に通電相及び通電方向、即ち通電パターンを切り替える矩形波通電により駆動電力の供給を行うべくモータ制御信号を生成する（図 4参照）。マイコン 2は、接地側の各 FET7d, 7e, 7fの PWM制御を実行する。即ち、マイコン 2は、各 FET7d, 7 e, 7fに対しモータ制御信号としてノルス信号を出力し、そのノルス信号の duty比を変更することによって、モータに印加される電圧を制御する。

[0014] (電力供給線の断線検知）

次に、モータ制御装置における電力供給線の断線検知について説明する。マイコン 2は、モータ 4の各相に対応する電力供給線 Lp_u, Lp_v, Lp_wの断線を検知する断線検知手段である。

[0015] モータ 4と駆動回路 5とを接続する各動力線 9u, 9v, 9wには、電圧検出手段としての電圧センサ 13u, 13v, 13wが設けられている。マイコン 2には、各電圧センサにより検出されたモータ 4の各相電圧 Vu, Vv, Vwが入力される。マイコン 2は、検出された各相電圧 Vu, Vv, Vwに基づいて、低位電圧 LV及び中間電圧 MVと接地電圧（0 V)近傍に設定された所定電圧 Vthとを比較することにより、各電力供給線 Lp_u, Lp_v , Lp_wの断線を検知する。

[0016] 図 2に示すように、例えば U相力、ら W相への通電時において電源電圧 Vpigが 12V 、その PWMduty比が 50%である場合、各電力供給線 Lp_u, Lp_v, Lp_wの何れにも断線が生じていないとすれば、高位電圧 HVとなる U相電圧 Vuは 12V、低位電圧 L Vとなる W相電圧 Vwは 6V、中間電圧 MVとなる V相電圧 Vvは 9Vとなる。し力、し、各電力供給線 Lp_u, Lp_v, Lp_wの何れかに断線が生じた場合、低位電圧 LV及び中間電圧 MVが変化する。

[0017] 具体的には、 U相に対応する電力供給線 Lp_uが断線した場合は V相電圧 Vv及び W相電圧 Vwが理論上 0Vとなり、 V相に対応する電力供給線 Lp_vが断線した場合は V相電圧 Vvが理論上 0Vとなり、 W相に対応する電力供給線 Lp_wが断線した場合は W相電圧 Vwが理論上 0Vとなる。各電力供給線 Lp_u, Lp_v, Lp_wのうちの二つが断線した場合は V相電圧 Vv及び W相電圧 Vwが理論上 OVとなる。

[0018] 即ち、モータが駆動した状態において、低位電圧 LVが 0Vとなる場合、各電力供給線 Lp_u, Lp_v, Lp_wのうちの少なくとも何れか一つに断線が生じたものと判定される。更に、中間電圧 MV力 S0Vとなる場合、各電力供給線 Lp_u, Lp_v, Lp_wのうちの二つに断線が発生した可能性が高くなる。本実施形態において、マイコン 2は、このようにして低位電圧 LV及び中間電圧 MVを監視することにより、各電力供給線 Lp_u, Lp_v , Lp_wの断線を検知する。

[0019] さらに詳述すると、直流電源 3と駆動回路 5とを接続する電源線 1 1には、電圧センサ 14が設けられている。マイコン 2には、電圧センサ 14により検出された電源電圧 Vp igが入力される。マイコン 2は、検出された電源電圧 Vpig及び上記 PWM制御における duty比（PWMduty)により規定される低位電圧 LVの目標値（目標電圧 TV)に基づ V、て、断線検出の判定に用いられる上記所定電圧 Vthを設定する。

[0020] 具体的には、マイコン 2は、以下に示す（2)式に基づき目標電圧を演算し、（3)式に基づ!/、て所定電圧 Vthを設定する。（3)式中の「 α」は、所定の係数である。低位電圧 LVが所定電圧 Vthよりも低い場合、マイコン 2は、各電力供給線 Lp— u, Lp_v, Lp _wのうちの少なくとも何れか一つに断線が生じたものと判定する。また、中間電圧 MV が所定電圧 Vthよりも低い場合、マイコン 2は、各電力供給線 Lp— u, Lp— V, Lp— wの何れか二つに断線が生じたものと判定する。

[0021] TV = Vpig X ( 1 - PWMduty) · · · (2)

Vth = TV- a X Vpig · · · (3)

ここで、マイコン 2は、一の断線検出につき所定の値を加算するカウンタ（図示略)を有している。マイコン 2は、所定周期（例えば 6m秒）毎に、上記のような断線検出の判定を実行するとともに、積算値 (C)が所定の閾値 (C0、例えば「200」）以上となった場合、各電力供給線 Lp_u, Lp_v, Lp_wにおける断線の検知を確定する。本実施形態では、加算する所定の値として、各電力供給線 Lp_u, Lp_v, Lp_wのうち少なくとも何れか一つの断線を検出した場合の値 (第 1加算値 nl、例えば「10」）よりも何れか二つの断線を検出した場合の値 (第 2加算値 n2、例えば「70」）方が大きく設定されている。 [0022] 図 3のフローチャートに示すように、マイコン 2は、各相電圧 Vu, Vv, Vw及び電源電圧 Vpigを検出すると (ステップ 101)、まず目標電圧 TVを演算し（上記（2)式参照、ステップ 102)、続いて所定電圧 Vthを演算する（上記（3)式参照、ステップ 103)。

[0023] 次に、マイコン 2は、中間電圧 MVが所定電圧 Vthよりも小さいか否かを判定する（ステップ 104)。中間電圧 MVが所定電圧 Vthよりも小さい場合（MVく Vth、ステップ 104 : YES)、マイコン 2は、カウンタにおいて第 2加算値 n2を加算する（C = C + n2、ステップ 105)。

[0024] 一方、中間電圧 MVが所定電圧 Vth以上である場合（ステップ 104 : NO)、マイコン

2は、低位電圧 LVが所定電圧 Vthよりも小さいか否かを判定する（ステップ 106)。低位電圧 LVが所定電圧 Vthよりも小さい場合（LV<Vth、ステップ 106 : YES)、マイコン 2は、カウンタにおいて第 1加算値 nlを加算する（C = C + nl、ステップ 107)。

[0025] 低位電圧 LVが所定電圧 Vth以上である場合（ステップ 106： NO)、マイコン 2は、力ゥンタにお!/、て所定の値 ηθ (例えば「1」）を減算する（ステップ 108)。

ステップ 105、ステップ 107及びステップ 108の何れかの処理を実行した後、マイコン 2は、カウンタの積算値 Cが所定の閾値 CO以上であるか否かを判定する（ステップ 109)。積算値 Cが閾値 C0以上である場合（C≥C0、ステップ 109 : YES)、マイコン 2は、各電力供給線 Lp_u, Lp_v, Lp_wにおける断線の検知を確定する（ステップ 110 )。

[0026] 積算値 Cが閾値 C0よりも小さい場合（ステップ 109 : NO)、マイコン 2は、ステップ 1

10の処理を実行しない。マイコン 2は、所定周期毎にステップ 101〜ステップ 110の処理を実行して、各電力供給線 Lp_u, Lp_v, Lp_wの断線を検知する。

[0027] 以上、本実施形態によれば、以下のような作用 ·効果を得ることができる。

(1)マイコン 2は、検出された各相電圧 Vu, Vv, Vwに基づいて、低位電圧 LV及び中間電圧 MVと接地電圧（0V)近傍に設定された所定電圧 Vthとを比較することにより、各電力供給線 Lp_u, Lp_v, Lp_wの断線を検知する。即ち、モータが駆動した状態において、低位電圧 LV力 S0Vとなる場合、各電力供給線 Lp_u, Lp_v, Lp_wのうちの少なくとも何れか一つに断線が生じたものと判定される。また、中間電圧 MVが 0Vとなる場合、各電力供給線 Lp_u, Lp_v, Lp_wのうちの二つに断線が発生した可能性が高くなる。つまり、上記構成によれば、一相断線と二相断線とを区別して検出することができる。これにより、迅速な対応が求められる二相断線の発生時において、より速やかに電力供給線の断線を検知することができる。

[0028] (2)マイコン 2は、電源電圧 Vpig及び上記 PWM制御における duty比（PWMduty) により規定される低位電圧 LVの目標値（目標電圧 TV)に基づいて、断線検出の判定に用いられる所定電圧 Vthを設定する。即ち、非断線状態であれば、通電相の切替時においても、低位電圧 LVが目標電圧 TV以下にはならない。従って、上記構成によれば、通電相の切替時に生じたノイズに起因する誤検知が回避されるため、高精度な断線検出が可能になる。その結果、モニタ時間が短縮されるため、より迅速に断線を検知することができる。

[0029] (3)マイコン 2は、一の断線検出につき所定の値を加算するカウンタを有している。

また、マイコン 2は、所定周期（例えば 6m秒）毎に断線検出のための判定処理を実行すると共に、積算値 (C)が所定の閾値 (C0、例えば「200」）以上となった場合、各電力供給線 Lp_u, Lp_v, Lp_wにおける断線の検知を確定する。加算する所定の値として、各電力供給線 Lp_u, Lp_v, Lp_wのうち少なくとも何れか一つの断線を検出した場合の値 (第 1加算値 nl、例えば「10」）よりも何れか二つの断線を検出した場合の値 (第 2加算値 n2、例えば「70」）方が大きく設定される。この構成によれば、緊急性の高い二相断線発生時においてもより速やかに断線の検知を確定することができる

[0030] なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。

•本実施形態では、断線検出の判定に用いられる所定電圧 Vthは、電源電圧 Vpig 及び上記 PWM制御における duty比（PWMduty)により規定される低位電圧 LVの目標値（目標電圧 TV)に基づき設定した（上記（2) (3)式参照）。しかし、これに限らず、予め接地電圧（0V)近傍の閾値を設定し、設定された閾値との比較により断線検出の判定を行ってもよい。

[0031] ·本実施形態では、中間電圧 MVと所定電圧 Vthとの比較により二相断線を検出するための判定 (ステップ 104)と、低位電圧 LVと所定電圧 Vthとの比較により一相断線を検出するための判定 (ステップ 106)とを、同一のルーチンにおいて処理し、断線の検知の確定を行っていた。しかし、これに限らず、一相断線を検出するための判定と二相断線を検出するための判定とを別々に行い、それらの検知を別々に確定してあよい。

·本実施形態では、マイコン 2が制御手段及び断線検知手段を構成して!/、たが、制御手段と断線検知手段とを別々に構成してもよ!/、。

Claims

請求の範囲

[1] モータ制御信号を出力する制御手段と、直列接続された一対のスイッチング素子を並列に接続して構成され、前記各スイッチング素子が前記モータ制御信号に基づきオン/オフされることにより直流電力が三相の駆動電力に変換されてモータに供給される駆動回路とを備え、前記制御手段は、前記モータの所定電気角毎にその通電相及び通電方向を切り替える矩形波通電により前記駆動電力の供給を行うべく前記モータ制御信号を生成するとともに、接地側の各スイッチング素子の PWM制御を実行することにより前記モータに印加される電圧を制御するモータ制御装置であって、前記モータの各相電圧を検出する電圧検出手段と、

前記検出された各相電圧に基づいて各相に対応する電力供給線の断線を検知する断線検知手段とを備え、

前記断線検知手段は、前記検出された各相電圧のうちの低位電圧が接地電圧近傍に設定された所定電圧よりも低い場合、前記電力供給線の少なくとも何れか一つに断線が生じたものと判定し、前記各相電圧のうちの中間電圧が前記所定電圧よりも低レ、場合、前記電力供給線の何れか二つに断線が生じたものと判定することを特徴とするモータ制御装置。

[2] 請求項 1に記載のモータ制御装置におレ、て、

前記断線検知手段は、電源電圧及び前記 PWM制御の duty比により規定される前記低位電圧の目標値に基づいて、前記所定電圧を設定することを特徴とするモータ制御装置。

[3] 請求項 1に記載のモータ制御装置におレ、て、

前記断線検知手段は、一の断線検出につき所定の値を加算するカウンタを有し、所定周期毎に前記低電圧及び中間電圧と前記所定電圧との比較に基づく断線検出の判定を実行するとともに、前記カウンタの積算値が所定の閾値以上となった場合、前記電力供給線における断線の検知を確定し、

前記加算する所定の値として、前記電力供給線の少なくとも何れか一つの断線を検出した場合の値よりも前記二つの断線を検出した場合の値が大きく設定されることを特徴とするモータ制御装置。請求項 2に記載のモータ制御装置において、

前記加算する所定の値として、前記電力供給線の少なくとも何れか一つの断線を検出した場合の値よりも前記二つの断線を検出した場合の値が大きく設定されることを特徴とするモータ制御装置。