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発明の名称 モータ制御装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−60750(P2007−60750A)
公開日 平成19年3月8日(2007.3.8)
出願番号 特願2005−240360(P2005−240360)
出願日 平成17年8月22日(2005.8.22)
代理人 【識別番号】100083806
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和
発明者 丸山 晃則
要約 課題
モータから発生するノイズや振動を低減することができ、従来よりも容易に製造されうるモータ制御装置を提供すること。

解決手段
互いに連結された2つの端子11、12を備え、端子11と、端子12との間に電流が流れた際に、駆動力が与えられる直列モータ9と、オン時には、端子11と、端子12と、バッテリと、グランドとを結ぶ経路を導通し、オフ時には、この経路を遮断するFET8と、所定時間毎に乱数を取得し、乱数に関する乱数信号を出力する乱数発生部4と、周波数データを、乱数毎に記憶するテーブル記憶部5と、乱数信号が出力される毎に、乱数信号に対応する周波数データを取得し、取得された周波数データに対応する周波数でFET8をPWM制御するPWM制御部と、を備え、一の乱数に対応する周波数データと、他の乱数に対応する周波数データとは、互いに異なる周波数に対応する。
特許請求の範囲
【請求項1】
車両に搭載されるモータ制御装置において、
互いに連結された2つのモータ端子を備え、一方のモータ端子と、他方のモータ端子との間に電流が流れた際に、駆動力が与えられるモータと、
オン時には、前記一方のモータ端子と、前記他方のモータ端子と、バッテリと、グランドとを結ぶ経路を導通し、オフ時には、前記経路を遮断する半導体スイッチと、
所定時間毎に乱数を取得し、前記乱数に関する乱数信号を出力する乱数発生部と、
周波数データを、前記乱数毎に記憶するテーブル記憶部と、
前記乱数信号が出力される毎に、前記乱数信号に対応する周波数データを取得し、前記取得された周波数データに対応する周波数で前記半導体スイッチをPWM制御するPWM制御部と、を備え、
一の乱数に対応する周波数データと、他の乱数に対応する周波数データとは、互いに異なる周波数に対応するモータ制御装置。
【請求項2】
請求項1記載のモータ制御装置において、
前記モータの回転数を決定し、前記回転数に関する速度段階信号を出力する速度段階出力部を備え、
前記テーブル記憶部は、前記周波数データと、デューティ比データとを、前記乱数及び前記回転数毎に記憶し、
一の回転数に対応する周波数データは、前記一の回転数と異なる周波数に対応し、
前記一の回転数に対応するデューティ比データは、前記一の回転数を実現するためのデューティ比に対応し、
前記PWM制御部は、前記乱数信号が出力される毎に、前記乱数信号及び前記速度段階信号に対応する周波数データと、前記乱数信号及び前記速度段階信号に対応するデューティ比データと、を取得し、前記取得された周波数データに対応する周波数と、前記取得されたデューティ比データに対応するデューティ比とで、前記半導体スイッチをPWM制御するモータ制御装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両に搭載され、PWM(Pulse Width Modulation)制御を行うモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1に、半導体スイッチをPWM制御する技術、即ち、所望の周波数及びデューティ比で半導体スイッチをオンオフする技術が記載されている。ここで、周波数は、1回のオン操作と、1回のオフ操作と、からなる単位操作が単位時間に行われる回数であり、デューティ比は、1回のオン時間と1回のオフ時間との比である。半導体スイッチは、インバータに内蔵される。半導体スイッチとしては、例えばFET(電界効果トランジスタ)がある。
【0003】
特許文献1記載の技術では、半導体スイッチのオン時にのみ、モータに駆動力が与えられるので、モータの回転数(即ち、モータの回転軸の回転数)は、デューティ比で決定され、モータは、周波数が大きいほど、スムーズに駆動する。したがって、半導体スイッチをPWM制御することで、モータの回転数が制御される。
【0004】
同じ周波数で長時間PWM制御を行うと、モータからノイズや振動が発生することが知られており、特許文献1記載の技術は、モータから発生するノイズや振動を低減する。即ち、特許文献1記載の技術は、モータの回転数に応じて周波数の最大値と最小値とを算出し、一定時間毎に、乱数を取得する。特許文献1記載の技術は、周波数の最大値と最小値との範囲内で、乱数を用いて一の周波数を決定し、当該一の周波数で半導体スイッチをPWM制御する。これにより、一定時間毎に周波数が変更されるので、モータから発生するノイズや振動が低減する。
【特許文献1】特開平11−220895号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1記載の技術は、モータから発生するノイズや振動を低減するために、周波数の最大値と最小値とを算出することの他、複雑な処理を多数行っているので、これらの処理を実行可能なCPUを用意する必要があった。さらに、周波数の最大値と最小値との算出に際し、モータの回転数を検出する必要があるので、モータの回転数を検出するセンサを用意する必要があった。したがって、特許文献1記載の技術に係るモータ制御装置を製造するために、多くの手間が掛かっていた。
【0006】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、モータから発生するノイズや振動を低減することができ、従来よりも容易に製造されうるモータ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するため、本願に係る発明は、車両に搭載されるモータ制御装置において、互いに連結された2つのモータ端子を備え、一方のモータ端子と、他方のモータ端子との間に電流が流れた際に、駆動力が与えられるモータと、オン時には、一方のモータ端子と、他方のモータ端子と、バッテリと、グランドとを結ぶ経路を導通し、オフ時には、経路を遮断する半導体スイッチと、所定時間毎に乱数を取得し、乱数に関する乱数信号を出力する乱数発生部と、周波数データを、乱数毎に記憶するテーブル記憶部と、乱数信号が出力される毎に、乱数信号に対応する周波数データを取得し、取得された周波数データに対応する周波数で半導体スイッチをPWM制御するPWM制御部と、を備え、一の乱数に対応する周波数データと、他の乱数に対応する周波数データとは、互いに異なる周波数に対応する。
【発明の効果】
【0008】
本願に係る発明は、PWM制御の周波数を定期的に変更するので、モータの振動を蓄積させず、結果として、モータから発生する振動及びノイズを低減しうる。本願に係る発明は、テーブル記憶部からデータを読み出す等のように、従来の処理よりも簡易な処理により、モータから発生する振動及びノイズを低減しうるので、CPUの演算能力は、従来のものよりも小さくて済む。さらに、回転センサも不要である。したがって、本願に係るモータ制御装置は、従来よりも容易に製造されうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本実施の形態に係るモータ制御装置1の構成を示す回路図である。
【0010】
モータ制御装置1は、車両に搭載され、速度段階出力部2と、タイマ3と、乱数発生部4と、テーブル記憶部5と、テーブル取得部6と、PWM信号出力部7と、FET8と、直列モータ9と、ダイオード10と、を備える。直列モータ9は、互いに連結された端子11、12を備える。モータ制御装置1は、エンジン冷却用のファンを駆動させる。
【0011】
速度段階出力部2は、直列モータ9の回転数を決定し、決定された回転数に関する速度段階信号を生成し、テーブル取得部6に出力する。速度段階出力部2が決定する回転数は、4つの段階に区分される。以下、最も回転数が小さい段階を「速度段階1」と称し、回転数が大きくなる毎に、「速度段階2」、「速度段階3」、「速度段階4」と称する。
【0012】
タイマ3は、1(div)(=1/100(s))毎に、タイマ信号を乱数発生部4及びPWM信号出力部7に出力する。
【0013】
乱数発生部4は、タイマ信号が所定回数(例えば、10回)与えられる毎に、「1」から「8」までの範囲内の整数から、ランダムに1つの整数を乱数として取得し、この乱数に関する乱数信号を生成し、テーブル取得部6に出力する。したがって、乱数発生部4は、1/10(s)毎に、乱数信号をテーブル取得部6に出力する。
【0014】
テーブル記憶部5は、図2に示すテーブルを記憶する。テーブルは、「A0」〜「D7」のセクションに区分され、各セクションは、速度段階と、乱数と、により特定される。例えば、「速度段階2」と、乱数「7」とにより、セクション「B6」が特定される。
【0015】
各セクションは、デューティ設定値を示すデューティ比データと、周波数設定値を示す周波数データとからなる。これらの設定値と、以下の式(1)、(2)により、デューティ比と周波数とが算出される。以下、セクションを、(周波数設定値、デューティ設定値)で表す。
【0016】
(デューティ比)(%)=(デューティ設定値)/(周波数設定値)*100 …(1)
(周波数)(回/s)=1/〔(1/100)(s)*(周波数設定値)〕 …(2)
一の速度段階に対応するセクションから算出されるデューティ比は、一の速度段階を実現するためのデューティ比に一致する。したがって、一の速度段階に対応するデューティ比データは、一の速度段階を実現するためのデューティ比に対応する。
【0017】
例えば、「速度段階1」が10(回転/s)であり、10(回転/s)が50(%)のデューティ比で実現される場合、「速度段階1」に対応するセクションとしては、例えば、(12、6)、(8、4)、(6、3)が考えられる。なお、モータの回転と、FET8のPWM制御とが同期する場合、即ち、速度段階と周波数とが一致する場合には、ノイズや振動が発生することが知られている。ここで、「速度段階と周波数とが一致する」とは、速度段階を(回数/s)で表し、周波数を(回/s)で表した場合に、これらの値が一致することを意味する。なお、これらの値が異なる場合には、「速度段階と周波数とが異なる」と言える。したがって、(10、5)は「速度段階1」に対応するセクションには含まれない。(10、5)により算出される周波数は10(回/s)となり、「速度段階1」に一致するので、この周波数でFET8をPWM制御すると、振動やノイズが発生する可能性があるからである。
【0018】
一の速度段階に対応するセクションから算出される周波数は、一の速度段階と異なる。したがって、一の速度段階に対応する周波数データは、一の速度段階と異なる周波数に対応する。
【0019】
一の乱数に対応する周波数設定値と、他の乱数に対応する周波数設定値とは異なる。即ち、一の乱数に対応する周波数データと、他の乱数に対応する周波数データとは異なる。
【0020】
テーブル取得部6は、乱数信号が与えられる毎に、速度段階信号と、乱数信号と、に対応するセクションから、デューティ比データと、周波数データとを読み出し、これらのデータに関するPWM制御信号を生成し、PWM信号出力部7に出力する。
【0021】
FET8のゲートはPWM信号出力部7に接続され、ドレインは端子12に接続され、ソースはグランドに接続される。FET8は、PWM信号出力部7からオン信号が与えられた際にオンされ、PWM信号出力部7からオフ信号が与えられた際にオフされる。FET8は、オン時には、バッテリと、端子11と、端子12と、グランドとを結ぶ経路を導通し、オフ時には、この経路を遮断する。
【0022】
直列モータ9の端子11はバッテリに接続される。直列モータ9は、端子11と端子12との間に電流が流れた場合にのみ、駆動力が与えられる。直列モータ9は、初期状態では停止しており、停止中に駆動力が与えられると、駆動を開始する。直列モータ9は、駆動中に駆動力が与えられなくなると、徐々に回転速度(即ち、直列モータ9の回転軸の回転速度)を落とし、速度がゼロになると停止する。直列モータ9は、駆動中に駆動力が与えられた場合には、回転速度を上げる。直列モータ9が駆動することで、エンジン冷却用のファンが駆動する。
【0023】
FET8がオンとされる時にのみ、直列モータ9に駆動力が与えられるので、PWM信号出力部7は、FET8をPWM制御することで、直列モータ9の回転数を制御しうる。
【0024】
PWM信号出力部7は、PWM制御信号に対応するデューティ比と、PWM制御信号に対応する周波数とで、FET8をPWM制御する。具体的には、PWM信号出力部7は、PWM制御信号に基づいて、以下の処理を行う。
【0025】
(a)PWM信号出力部7は、PWM制御信号が与えられた後、最初のタイマ信号を「0回目のタイマ信号」とし、0回目のタイマ信号の受信を開始してから、(デューティ設定値)回目のタイマ信号の受信を開始するまでの間、オン信号をFET8に出力し、(デューティ設定値)回目のタイマ信号の受信を開始してから、(周波数設定値)回目のタイマ信号の受信を開始するまでの間、オフ信号をFET8に出力する。なお、k回目のタイマ信号の次に受信されたタイマ信号が(k+1)回目のタイマ信号となる(kは0以上の整数)。(b)についても同様である。
【0026】
(b)PWM信号出力部7は、(周波数設定値)回目のタイマ信号を、「0回目のタイマ信号」とし、0回目のタイマ信号の受信を開始してから、(デューティ設定値)回目のタイマ信号の受信を開始するまでの間、オン信号をFET8に出力し、(デューティ設定値)回目のタイマ信号の受信を開始してから、(周波数設定値)回目のタイマ信号の受信を開始するまでの間、オフ信号をFET8に出力する。
【0027】
(c)PWM信号出力部7は、新たなPWM制御信号が与えられるまで、(b)の処理を繰り返し、新たなPWM制御信号が与えられた際に、(a)に戻る。
【0028】
例えば、速度段階信号と、乱数信号と、に対応するセクションが(100、5)となる場合、PWM信号出力部7は、図2に示すように、(a)及び(b)で、0回目のタイマ信号の受信を開始してから、5回目のタイマ信号の受信を開始するまでの間(即ち、0.05(s))、オン信号をFET8に出力し、5回目のタイマ信号の受信を開始してから、100回目のタイマ信号の受信を開始するまでの間(即ち、0.95(s))、オフ信号をFET8に出力する。即ち、PWM信号出力部7は、1(回/s)の周波数と、5(%)のデューティ比とで、FET8をPWM制御する。
【0029】
ダイオード10は、電流の逆流防止等のために設けられる。ダイオード10のアノードは、直列モータ9の端子12に接続され、ダイオード10のカソードは、直列モータ9の端子11に接続される。
【0030】
次に、モータ制御装置1の動作について説明する。
【0031】
タイマ3は、以下の処理が行われている間、1(div)毎に、タイマ信号を乱数発生部4及びPWM信号出力部7に出力する。速度段階出力部2は、直列モータ9の回転数を決定し、決定された回転数に関する速度段階信号を生成し、テーブル取得部6に出力する。
【0032】
乱数発生部4は、タイマ信号が所定回数与えられる毎に、「1」から「8」までの範囲内の整数から、ランダムに1つの整数を乱数として取得し、この乱数に関する乱数信号を生成し、テーブル取得部6に出力する。
【0033】
テーブル取得部6は、乱数信号が与えられる毎に、速度段階信号と、乱数信号と、に対応するセクションから、デューティ比データと、周波数データとを読み出し、これらのデータに関するPWM制御信号を生成し、PWM信号出力部7に出力する。
【0034】
PWM信号出力部7は、PWM制御信号に対応するデューティ比と、PWM制御信号に対応する周波数とで、FET8をPWM制御する。具体的には、PWM信号出力部7は、PWM制御信号に基づいて、上述した(a)〜(c)の処理を行う。これにより、PWM信号出力部7は、速度段階出力部2が決定した回転数で、直列モータ9を回転させる。PWM信号出力部7は、周波数を定期的に(即ち、1/10(s)毎に)変更する。周波数は、直列モータ9の回転数と異なる。
【0035】
以上により、モータ制御装置1は、PWM制御の周波数を定期的に変更するので、直列モータ9の振動を蓄積させず、結果として、振動及びノイズを低減しうる。モータ制御装置1は、テーブルからデータを読み出す等のように、従来の処理よりも簡易な処理により、直列モータ9から発生する振動及びノイズを低減しうるので、CPUの演算能力は、従来のものよりも小さくて済む。さらに、回転センサも不要である。したがって、モータ制御装置1は、従来よりも容易に製造されうる。
【0036】
モータ制御装置1は、直列モータ9の回転数と異なる周波数で、FET8をPWM制御しうる。したがって、モータ制御装置1は、この点においても、直列モータ9の振動及びノイズを低減しうる。
【0037】
なお、本実施の形態は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。例えば、FET8は、直列モータ9の上流側、即ち、バッテリと直列モータ9との間に設けられても良い。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】本発明の一実施形態に係るモータ制御装置を示す回路図である。
【図2】テーブルの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【0039】
1…モータ制御装置
2…速度段階出力部
3…タイマ
4…乱数発生部
5…テーブル記憶部
6…テーブル取得部
7…PWM信号出力部
8…FET
9…直列モータ
10…ダイオード
11、12…端子




 

 


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