JPH04251590A - ブラシレスモータのための電気制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トルク指令信号を発生
するトルク指令信号発生装置と組み合わせて用いられ、
ブラシレスモータの発生トルクを前記トルク指令信号に
応じて制御するブラシレスモータのための電気制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の装置は、例えば特開昭６
４−６４５８３号公報に示されているように、ブラシレ
スモータの回転子の回転方向及び回転速度を検出するエ
ンコーダを備え、このエンコーダにより検出された回転
子の回転方向及び回転速度に応じてアップダウンカウン
タを駆動するとともに、同カウンタ出力に基づいて正弦
波メモリから３相の正弦波信号を読み出し、これらの正
弦波信号の振幅を外部からの指令信号に応じて比例制御
し、この比例制御された各正弦波信号に応じた３相のモ
ータ電流をブラシレスモータの３相の固定子巻線にそれ
ぞれ流して、同モータの回転を制御するようにしている
。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記エンコー
ダは、通常、スリット付きの回転円盤を挟んで配設され
た発光及び受光素子と、発光素子を駆動する駆動回路と
、受光素子により検知された信号を受信処理する受信回
路とから構成されており、これらの駆動回路及び受信回
路は高温状態では動作が不安定となるので、高温になる
場所では、上記従来のエンコーダを用いたブラシレスモ
ータのための電気制御装置を利用することができなかっ
た。また、上記従来装置にあっては、正弦波メモリを必
要とし、このメモリは大きな記憶容量を必要とするので
、前記電気制御装置の回路規模が大きくなるという問題
もある。

【０００４】本発明は上記問題に対処するためになされ
たもので、その目的は、エンコーダ及び正弦波メモリを
利用しないでブラシレスモータの回転を制御するように
して、高温下でも利用可能であると同時に回路規模を小
さくしたブラシレスモータのための電気制御装置を提供
しようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の構成上の特徴は、トルク指令信号を発生す
るトルク指令信号発生装置と組み合わせて用いられ、ブ
ラシレスモータの発生トルクを前記トルク指令信号に応
じて制御するブラシレスモータのための電気制御装置に
おいて、ブラシレスモータの回転子の回転位置を検出し
てπ／３の分解能で同回転位置を表す磁極信号を出力す
る磁極位置センサと、前記磁極信号に基づいて位相が２
π／３ずつずれかつ正負に変化する３相の方形波信号を
出力する方形波信号発生回路と、前記３相の方形波信号
の振幅を前記トルク指令信号に応じて比例制御する振幅
制御回路と、前記振幅の制御された３相の方形波信号に
応じた３相のモータ電流をブラシレスモータの３相の固
定子巻線にそれぞれ流す電流制御回路と、ブラシレスモ
ータの出力軸に作用するトルクを検出して同モータの発
生トルクを表すトルク検出信号を出力するトルクセンサ
と、前記トルク検出信号をフィードバックして同発生ト
ルク信号により表された発生トルクと前記トルク指令信
号により表された指令トルクとの差に応じて前記振幅制
御回路へ供給されるトルク指令信号を補正する指令トル
ク補正回路とを設けたことにある。

【０００６】

【作用】上記のように構成した本発明においては、方形
波信号発生回路が磁極位置センサからの磁極信号に基づ
いて位相が２π／３ずつずれかつ正負に変化する３相の
方形波信号を出力し、振幅制御回路がトルク指令信号発
生装置からのトルク指令信号に応じて前記３相の方形波
信号の振幅を比例制御して、電流制御回路がこの振幅の
制御された３相の方形波信号に応じた３相のモータ電流
をブラシレスモータの３相の固定子巻線にそれぞれ流す
ので、同モータには回転子の回転位置に対応した回転磁
界が発生するとともに、この回転磁界の強さはトルク指
令信号により表された発生トルクに比例したものとなる
。その結果、ブラシレスモータの回転子が前記回転磁界
に同期して回転制御されるとともに、同回転時における
ブラシレスモータの発生トルクがトルク指令信号により
表された大きさに制御される。

【０００７】また、このブラシレスモータの回転制御時
には、同モータの出力軸に作用するトルクがトルクセン
サにより検出されるとともに、同検出トルクを表すトル
ク検出信号がフィードバックされて、指令トルク補正回
路が同検出信号により表された発生トルクと前記トルク
指令信号により表された指令トルクとの差に応じて前記
振幅制御回路へ供給されるトルク指令信号を補正する。 その結果、方形波信号発生回路から出力された方形波信
号も発生トルクに応じて補正され、ブラシレスモータの
発生トルクがトルク指令信号により表された値に近づく
ようにフィードバック制御されるので、方形波信号発生
回路が高調波を多く含む方形波信号を発生しても、同モ
ータの発生トルクが変動しなくなる。

【０００８】

【発明の効果】上記作用説明からも理解できるとおり、
本発明によれば、エンコーダ及び正弦波メモリを利用し
ないでも、ブラシレスモータの回転が制御されると同時
に、その発生トルクもトルク指令信号により表された値
に変動なく制御されるので、高温下でもブラシレスモー
タも回転制御が可能となると同時に、同モータのための
電気制御装置自体も簡単に構成できる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
すると、図１は本発明に係るブラシレスモータのための
電気制御装置を車両のパワーステアリング装置に適用し
た例を概略的に示している。

【００１０】このパワーステアリング装置においては、
操舵ハンドル１１が操舵軸１２、ギヤボックス１３、タ
イロッド１４を介して前輪ＦＷ，ＦＷに接続されており
、操舵軸１２の中間部には、ブラシレスモータ１５から
の駆動力が出力軸１６、減速器１７及びギヤ１８ａ，１
８ｂを介して伝達されるようになっている。ブラシレス
モータ１５は三相同期式永久磁石モータで構成されてお
り、図２及び図３に示すように、永久磁石からなる回転
子１５ａと３相の固定子巻線１５ｂ〜１５ｄとを備えて
いる。

【００１１】操舵軸１２の中間部には、歪ゲージで構成
された操舵トルクセンサ２１が設けられており、同セン
サ２１は操舵軸１２に作用する操舵トルクＴＳ　を検出
して、同トルクＴＳ　を表す操舵トルク信号をトルク指
令信号発生装置３０へ出力する。ブラシレスモータ１５
の出力軸１６には、歪ゲージで構成された駆動トルクセ
ンサ２２が設けられており、同センサ２２は出力軸１６
に作用するブラシレスモータ１５の駆動トルクＴＭ　を
検出して、同トルクＴＭ　を表す駆動トルク信号を電気
制御装置４０へ出力する。これらのトルク指令信号発生
装置３０及び電気制御装置４０には、車速センサ２３及
び磁極位置センサ２４ａ〜２４ｃもそれぞれ接続されて
いる。車速センサ２３は車速Ｖを検出して、車速Ｖを表
す車速信号を出力する。磁極位置センサ２４ａ〜２４ｃ
は、図３に示すように、固定子巻線１５ｂ〜１５ｄに対
応する位置に配設されたホール素子によりそれぞれ構成
されており、回転子１５ａの回転位置を検出してπ／３
の分解能で同回転位置を表す磁極信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷ
　をそれぞれ出力する。すなわち、図６に示すように、
磁極位置センサ２４ａは、回転子１５ａのＮ極の回転位
置が図３の領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ　に属するときにハイ
レベルとなり、同回転位置が図３の領域ＩＶ，Ｖ，ＶＩ
に属するときにローレベルとなる磁極信号ＰＵ　を出力
する。磁極位置センサ２４ｂは、回転子１５ａのＮ極の
回転位置が図３の領域ＩＩＩ，ＩＶ，Ｖ　に属するとき
にハイレベルとなり、同回転位置が図３の領域ＶＩ，Ｉ
，ＩＩに属するときにローレベルとなる磁極信号ＰＶ　
を出力する。磁極位置センサ２４ｃは、回転子１５ａの
Ｎ極の回転位置が図３の領域Ｖ，ＶＩ，Ｉ　に属すると
きにハイレベルとなり、同回転位置が図３の領域ＩＩ，
ＩＩＩ，ＩＶに属するときにローレベルとなる磁極信号
ＰＷ　を出力する。

【００１２】トルク指令信号発生装置３０は、操舵トル
クＴＳ　を図４に示す特性で変換トルクＴＣ　に変換す
る変換テーブルと、車速Ｖに応じて図５に示す特性で変
化する係数ＫＶ　を導出する係数テーブルと、前記変換
トルクＴＣ　と係数ＫＶ　とを乗算してアシストトルク
ＴＡ　を計算する乗算器とを備えており、操舵トルクＴ
Ｓ　を表す操舵トルク信号と車速Ｖを表す車速信号を入
力してアシストトルクＴＡ（＝ＫＶ・ＴＣ）を表すトル
ク指令信号を出力する。

【００１３】電気制御装置４０は、図２に示すように、
方形波信号発生回路４１、振幅制御回路４２及び電流制
御回路４３を備えている。方形波信号発生回路４１は磁
極信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷ　を入力し、各信号ＰＵ，ＰＶ
，ＰＷ　のハイレベル及びローレベルの６種類の組み合
わせＩ〜ＶＩに応じて、図６のＩＵ＊，ＩＶ＊，ＩＷ＊
　に示すように、位相が２π／３ずつずれかつ正負に変
化する３相の方形波信号を出力するものである。振幅制
御回路４２は、前記３相の方形波信号にトルク指令信号
発生回路３０からのトルク指令信号をそれぞれ乗算して
３相の電流指令信号　ＩＵ＊，ＩＶ＊，ＩＷ＊を出力す
る。電流制御回路４３は三角波発生回路、比較回路、イ
ンバータ回路などからなるＰＷＭインバータ回路で構成
されており、前記電流指令信号ＩＵ＊，ＩＶ＊，ＩＷ＊
に対応した３相のモータ電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを固定子
巻線１５ｂ〜１５ｄにそれぞれ流す。

【００１４】また、トルク指令信号発生装置３０から振
幅制御回路４２へのトルク指令信号経路には、駆動トル
クセンサ２１からの駆動トルク信号がフィードバックさ
れるようになっており、このフィードバック路には減算
器４４及び加算器４５が設けられている。減算器４４は
トルク指令信号及び駆動トルク信号を入力し、トルク指
令信号により表されたアシストトルクＴＡ　と駆動トル
ク信号により表された駆動トルクＴＭ　との差ＴＡ−Ｔ
Ｍを表す信号を乗算器４６を介して加算器４５へ供給す
る。乗算器４６はフィードバック利得を制御するもので
、前記差ＴＡ−ＴＭに利得係数Ｇを乗算したフィードバ
ック値Ｇ・（ＴＡ−ＴＭ）を表す信号を出力する。加算
器４５はトルク指令信号発生装置３０及び乗算器４６か
らの両信号を入力し、アシストトルクＴＡとフィードバ
ック値Ｇ・（ＴＡ−ＴＭ）とを加算した値ＴＡ＋Ｇ・（
ＴＡ−ＴＭ）を表すトルク指令信号を乗算器４７を介し
て振幅制御回路４２に供給する。乗算器４７は前記値Ｔ
Ａ＋Ｇ・（ＴＡ−ＴＭ）　に係数Ｋを乗算した値Ｋ・｛
ＴＡ＋Ｇ・（ＴＡ−ＴＭ）｝を表す信号を出力する。

【００１５】次に、上記のように構成した実施例の動作
を説明する。操舵ハンドル１１が回動されると、この回
動による力が操舵軸１２、ギヤボックス１３及びタイロ
ッド１４，１４を前輪ＦＷ，ＦＷに伝達され、同前輪Ｆ
Ｗ，ＦＷは操舵ハンドル１１の回動に応じて操舵される
。このとき、操舵軸１２には操舵トルクＴＳ　が発生し
、このトルクＴＳ　を表す操舵トルク信号がトルク指令
信号発生装置３０に供給される。このトルク指令信号発
生装置３０には車速Ｖを表す車速信号も供給されており
、同装置３０は前記操舵トルクＴＳ及び車速Ｖに基づい
てアシストトルクＴＡ（＝ＫＶ・ＴＣ）を計算して、同
トルクＴＡを表すトルク指令信号を加算器４５及び乗算
器４７を介して振幅制御回路４２へ供給する。

【００１６】一方、方形波信号発生回路４１には磁極位
置センサ２４ａ〜２４ｃから回転子１５ａの回転位置に
応じた磁極信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷ　が供給されており、
方形波信号発生回路４１が前記各信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷ
　に応じて回転子１５ａの回転位置に対応した３相の方
形波信号を形成して振幅制御回路４２へ出力するので、
振幅制御回路４２からは、前記アシストトルクＴＡ　に
より振幅の制御された各方形波信号からなる３相の電流
指令信号ＩＵ＊，ＩＶ＊，ＩＷ＊　が出力される。この
３相の電流指令信号ＩＵ＊，ＩＶ＊，ＩＷ＊　は固定子
２４ａ〜２４ｃに供給され、同固定子２４ａ〜２４ｃに
は前記電流指令信号ＩＵ＊，ＩＶ＊，ＩＷ＊　に対応し
たモータ電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷ　が流れる。これにより
、ブラシレスモータ１５にはアシストトルクＴＡ　に比
例した大きさを有し、かつ回転子１５ａの回転位置に対
応した回転磁界が発生するので、回転子１５ａは前記回
転磁界に同期して回転するとともに、その駆動トルクは
前記アシストトルクＴＡ　に比例したものとなる。図６
は、駆動トルクセンサ２１からの駆動トルク信号をフィ
ードバックしない場合に、磁極位置センサ２４ａ〜２４
ｃから出力された磁極信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷ　と、振幅
制御回路４２から出力された３相の電流指令信号ＩＵ＊
，ＩＶ＊，ＩＷ＊　と、駆動トルクセンサ２１により検
出された駆動トルクＴＭ　とをそれぞれ示している。こ
の図６からも明らかなように、駆動トルク信号をフィー
ドバックしない場合には、ブラシレスモータ１５による
駆動トルクＴＭ　は変動する。

【００１７】一方、上記構成の実施例においては、駆動
トルクセンサ２１からの駆動トルク信号が振幅制御回路
４２の入力にフィードバックされており、減算器４４、
加算器４５及び乗算器４６の作用によってトルク指令信
号発生装置３０にて決定されたアシストトルクＴＡ　が
フィードバック値Ｇ・（ＴＡ−ＴＭ）により補正される
とともに、乗算器４７によって係数Ｋが乗算され、振幅
制御回路４２には値Ｋ・｛ＴＡ＋Ｇ・（ＴＡ−ＴＭ）｝
　を表すトルク指令信号が供給される。これにより、検
出された駆動トルクＴＭ　が小さな場合には振幅制御回
路４２から出力される３相の電流指令信号ＩＵ＊，ＩＶ
＊，ＩＷ＊　（固定子巻線１５ｂ〜１５ｄへのモータ電
流）が大きくなり、かつ同トルクＴＭ　が大きな場合に
は同指令信号ＩＵ＊，ＩＶ＊，ＩＷ＊（固定子巻線１５
ｂ〜１５ｄへのモータ電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷ）が小さく
なる。この状態における前記磁極信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷ
、３相の電流指令信号ＩＵ＊，ＩＶ＊，ＩＷ＊及び駆動
トルクＴＭ　が図７に示してあり、このようなフィード
バック制御の結果、ブラシレスモータ１５による駆動ト
ルクＴＭ　は、同図に示すように、安定したものとなる
。

【００１８】そして、前述のようなブラシレスモータ１
５による駆動トルクＴＭ　が出力軸１６、減速器１７、
ギヤ１８ａ，１８ｂを介して操舵軸１１に付与されるの
で、前記前輪ＦＷ，ＦＷの操舵がブラシレスモータ１５
の回転により助勢される。

【００１９】以上の説明のように、上記実施例の電気制
御装置４０によれば、エンコーダ及び正弦波メモリを利
用しないでも、磁極位置センサ２４ａ〜２４ｃの出力に
よりブラシレスモータの回転が制御されると同時に、駆
動トルクセンサ２１により検出された駆動トルクＴＭ　
をフィードバックすることにより同モータ１５の発生ト
ルクもトルク指令信号により表された値に変動なく制御
されるので、高温下でもブラシレスモータの回転制御が
可能となると同時に、電気制御装置１５自体も簡単に構
成できる。

【００２０】なお、上記実施例においては、本発明を車
両のパワーステアリング装置に適用した例を示したが、
本発明はブラシレスモータの発生トルクを制御するもの
であれば、ロボット、工作機械などの他の装置にも適用
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明を車両のパワーステアリング装置に
適用した実施例の概略図である。

【図２】　　図１のブラシレスモータ、トルク指令信号
発生装置及び電気制御装置の配線状態を示すブロック図
である。

【図３】　　図１のブラシレスモータの固定子、回転子
及び磁極位置センサの位置関係を示す説明図である。

【図４】　　図１のトルク指令信号発生装置における操
舵トルクＴＭ　と変換トルクＴＣ　との関係を示すグラ
フである。

【図５】　　図１のトルク指令信号発生装置における車
速Ｖと係数ＫＶ　と関係を示すグラフである。

【図６】　　駆動トルクＴＭ　をフィードバックしない
状態における磁極信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷ、３相の電流指
令信号ＩＵ＊，ＩＶ＊，ＩＷ＊及び駆動トルク信号の波
形図である。

【図７】　　駆動トルクＴＭ　をフィードバックした状
態における磁極信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷ、３相の電流指令
信号ＩＵ＊，ＩＶ＊，ＩＷ＊及び駆動トルク信号の波形
図である。

【符号の説明】

ＦＷ…前輪、１１…操舵ハンドル、１２…操舵軸、１５
…ブラシレスモータ、１５ａ…回転子、１５ｂ〜１５ｄ
…固定子、２１…操舵トルクセンサ、２２…駆動トルク
センサ、２４ａ〜２４ｃ…磁極位置センサ、３０…トル
ク指令信号発生装置、４０…電気制御装置、４１…方形
波信号発生回路、４２…振幅制御回路、４３…電流制御
回路、４４…減算器、４５…加算器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　トルク指令信号を発生するトルク指令
   信号発生装置と組み合わせて用いられ、ブラシレスモー
   タの発生トルクを前記トルク指令信号に応じて制御する
   ブラシレスモータのための電気制御装置において、ブラ
   シレスモータの回転子の回転位置を検出してπ／３の分
   解能で同回転位置を表す磁極信号を出力する磁極位置セ
   ンサと、前記磁極信号に基づいて位相が２π／３ずつず
   れかつ正負に変化する３相の方形波信号を出力する方形
   波信号発生回路と、前記３相の方形波信号の振幅を前記
   トルク指令信号に応じて比例制御する振幅制御回路と、
   前記振幅の制御された３相の方形波信号に応じた３相の
   モータ電流をブラシレスモータの３相の固定子巻線にそ
   れぞれ流す電流制御回路と、ブラシレスモータの出力軸
   に作用するトルクを検出して同モータの発生トルクを表
   すトルク検出信号を出力するトルクセンサと、前記トル
   ク検出信号をフィードバックして同トルク検出信号によ
   り表された発生トルクと前記トルク指令信号により表さ
   れた指令トルクとの差に応じて前記振幅制御回路へ供給
   されるトルク指令信号を補正する指令トルク補正回路と
   を設けたことを特徴とするブラシレスモータのための電
   気制御装置。