(57)【要約】【課題】モータの低速回転時にハンチングが発生することを抑制する。【解決手段】減算部３２Ａ、比例動作部３２Ｂ、積分動作部３２Ｃ、加算部３２Ｄ及びＰＷＭ出力部３２Ｅは、モータ５２の目標回転速度に対する、ホール素子１２Ｂによって検出されたモータ５２の回転速度の偏差に基づき、所定のＰゲイン値及びＩゲイン値を用いて操作量（ＰＩ演算値）を算出しモータ５２の駆動を制御する。速度算出／ゲイン調整部３２Ｆは、モータ５２の回転速度が所定値未満の間、操作量（ＰＩ演算値）の算出に用いるＰゲイン値及びＩゲイン値を減少させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの目標回転速度と検出部によって検出された前記モータの回転速度との偏差に基づいて、所定の制御ゲインを用いて操作量を算出し前記モータの駆動を制御する駆動制御部と、
前記モータの回転速度が所定値未満の間、前記駆動制御部が前記操作量の算出に用いる制御ゲインを減少させるゲイン調整部と、
を含むモータ制御装置。
【請求項２】
前記ゲイン調整部は、電源電圧が閾値未満に低下した場合に、変動したモータの回転速度が前記目標回転速度に到達しかつ前記操作量が変曲点に到達するまでの間、前記駆動制御部が前記操作量の算出に用いる制御ゲインを減少させる処理を停止する請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記駆動制御部は、前記偏差に基づきＰＩ制御により前記操作量を算出する請求項１又は請求項２記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記モータはブラシレスモータであり、
前記検出部は前記モータのロータの回転位置の変化を検出するホールセンサである請求項１〜請求項３の何れか１項記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記モータは車両用ブロアモータである請求項１〜請求項４の何れか１項記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ガントリータイプのテーブルの位置をリニアスケールによって光学的に検出し、リニアサーボモータによってテーブルの移動を制御するにあたり、中心速度コントローラのゲイン切り替えに加えて、左右偏差コントローラのゲインも加速時に大きくして加速終了後に小さくする技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１７８６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ブラシレスモータの駆動制御では、ホールセンサによってロータの回転位置の変化を検出し、ロータの回転位置が所定量変化したことがホールセンサによって検出される都度、ロータの１回転に要する時間を算出してモータの回転速度の検出値Ｎを更新する。そして、更新したモータの回転速度の検出値Ｎと目標回転速度Ｎ0との偏差に基づいて操作量を算出し、算出した操作量に応じてＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御のデューティ比を制御することでモータの駆動を制御している。
【０００５】
しかしながら、モータが低速で回転している際には、ロータの回転位置が所定量変化したことがホールセンサによって検出される時間間隔が長くなり（図６に示す時間ｔ1，ｔ2などを参照）、回転速度検出値Ｎが更新される時間間隔も長くなる。このため、回転速度検出値Ｎが更新された際に回転速度検出値Ｎと目標回転速度Ｎ0との偏差ΔＮが大きくなっていることにより、図６に示すように、目標回転速度Ｎ0に対してモータの回転速度が振動的に変化するハンチングが発生することがある。そして、モータの回転速度のハンチングが発生すると、図６に破線で囲んで示すように、モータを流れる電流が急峻に変化することで、モータから大きな作動音が発生してしまうことがあった。
【０００６】
これに対し、特許文献１に記載の技術は、加速時にゲインを大きくするものであり、モータの低速回転時には、モータの回転速度と目標回転速度との偏差が、大きくされたゲインにより増幅されて操作量が大きくなることで、モータの回転速度のハンチングが悪化する可能性が高い。
【０００７】
本発明は上記事実を考慮して成されたもので、モータの低速回転時にハンチングが発生することを抑制できるモータ制御装置を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様に係るモータ制御装置は、モータの目標回転速度と検出部によって検出された前記モータの回転速度との偏差に基づいて、所定の制御ゲインを用いて操作量を算出し前記モータの駆動を制御する駆動制御部と、前記モータの回転速度が所定値未満の間、前記駆動制御部が前記操作量の算出に用いる制御ゲインを減少させるゲイン調整部と、を含んでいる。
【０００９】
本発明の第１の態様では、駆動制御部では、モータの目標回転速度と検出部によって検出された前記モータの回転速度との偏差に基づき、所定の制御ゲインを用いて操作量を算出し前記モータの駆動を制御する。そして、ゲイン調整部は、前記モータの回転速度が所定値未満の間、前記駆動制御部が前記操作量の算出に用いる制御ゲインを減少させる。これにより、モータの回転速度が低く、検出部によるモータの回転速度の検出時間間隔が長くなることで、前記偏差が大きくなった場合にも、操作量の算出に用いる制御ゲインが減少されることにより、操作量が過大となることが抑制される。従って、本発明の第１の態様によれば、モータの低速回転時にハンチングが発生することを抑制することができ、モータからの作動音の発生を抑制することができる。
【００１０】
本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様において、前記ゲイン調整部は、電源電圧が閾値未満に低下した場合に、変動したモータの回転速度が前記目標回転速度に到達しかつ前記操作量が変曲点に到達するまでの間、前記駆動制御部が前記操作量の算出に用いる制御ゲインを減少させる処理を停止する。
【００１１】
電源電圧が低下するとモータの回転速度が低下するが、このとき、本発明の第１の態様によれば制御ゲインを減少させるので、モータの回転速度の回復に長い時間が掛かってしまうことがある。これに対し、本発明の第２の態様は、電源電圧が閾値未満に低下した場合に、変動したモータの回転速度が目標回転速度に到達しかつ操作量が変曲点に到達するまでの間、操作量の算出に用いる制御ゲインを減少させる処理を停止するので、電源電圧の低下に伴って発生したモータの回転速度の低下を速やかに回復させることができる。
【００１２】
本発明の第３の態様は、本発明の第１の態様又は第２の態様において、前記駆動制御部は、前記偏差に基づきＰＩ制御（Proportional-Integral Controller）により前記操作量を算出する。
【００１３】
これにより、例えばＰＩＤ制御（Proportional-Integral-Differential Controller）により操作量を算出するなどの態様と比較して、モータ制御装置を簡易な構成で低コストに構成することができる。
【００１４】
本発明の第４の態様は、本発明の第１の態様〜第３の態様の何れかにおいて、前記モータはブラシレスモータであり、前記検出部は前記モータのロータの回転位置の変化を検出するホールセンサである。
【００１５】
モータがブラシレスモータであり、ホールセンサによってロータの回転位置の変化を検出する態様は、モータ（ロータ）の回転速度が低速になるに従って、ロータの回転位置の変化の検出時間間隔が長くなるという特性があることから、本発明が好適である。
【００１６】
本発明の第５の態様は、本発明の第１の態様〜第４の態様の何れかにおいて、前記モータは車両用ブロアモータである。
【００１７】
車両用ブロアモータは車室内に配置されるので作動音が聴取され易い。これに対し本発明の第５の態様によれば、車両用ブロアモータの低速回転時における作動音の発生が抑制されることで、車両用ブロアモータの静音性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態に係るモータユニットの構成を示す分解斜視図である。
【図２】車両用ブロアモータ制御装置の概略構成図である。
【図３】ＰＩ演算処理を示すフローチャートである。
【図４】実施形態において、回転速度検出値Ｎ、ホールセンサ出力、モータ電流波形及びモータ駆動のデューティ比の経時変化の一例を示すタイミングチャートである。
【図５】実施形態において、バッテリ電圧及びモータ回転速度の経時変化の一例を示すタイミングチャートである。
【図６】従来において、回転速度検出値Ｎ、ホールセンサ出力、モータ電流波形及びモータ駆動のデューティ比の経時変化の一例を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。図１に示すモータユニット１０は、一例として車載エアコンの送風に用いられる、いわゆる車両用ブロアモータのユニットである。
【００２０】
モータユニット１０は、ステータ１４の外周にロータ１２が配置された、アウターロータ構造の三相のブラシレスモータを含んでいる。ステータ１４はコア部材に導線が巻かれた電磁石から成り、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の三相のコイル１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗ（図２参照）を形成している。ステータ１４のＵ相、Ｖ相及びＷ相の各々は、後述する車両用ブロアモータ制御装置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で、いわゆる回転磁界を発生する。
【００２１】
ロータ１２の内側にはロータマグネット（図示省略）が設けられており、ロータマグネットは、ステータ１４で発生された回転磁界が作用することでロータ１２を回転させる。ロータ１２はシャフト１６が取付けられており、シャフト１６は図示しない軸受に軸支され、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、本実施形態ではシャフト１６に、いわゆるシロッコファン等の多翼ファンが取付けられており、当該多翼ファンがシャフト１６と共に回転することで、車載エアコンにおける送風が行われる。
【００２２】
ステータ１４は上ケース１８に取り付けられており、上ケース１８を挟んでステータ１４の反対側には、車両用ブロアモータ制御装置２０及び下ケース６０が順に配置されている。車両用ブロアモータ制御装置２０は、各種の素子が取り付けられ車両用ブロアモータ制御装置２０を構成する基板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。基板２２は上ケース１８と下ケース６０とによって形成される空間内に配置されている。
【００２３】
図２に示すように、車両用ブロアモータ制御装置２０はインバータ回路４０及びマイクロコンピュータ３２（以下、マイコン３２という）を含んでいる。インバータ回路４０は、６個のＦＥＴ（Field Effect Transistor）４４Ａ〜４４Ｆを含んでおり、モータ５２のステータ１４のコイルに供給する電力のスイッチングを行う。詳しくは、ＦＥＴ４４Ａ，４４ＤはＵ相のコイル１４Ｕに供給する電力のスイッチングを行い、ＦＥＴ４４Ｂ，４４ＥはＶ相のコイル１４Ｖに供給する電力のスイッチングを行い、ＦＥＴ４４Ｃ，４４ＦはＷ相のコイル１４Ｗに供給する電力のスイッチングを行う。
【００２４】
ＦＥＴ４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃの各々のドレインは、ノイズ除去用のチョークコイル４６を介して車載のバッテリ８０の正極に接続されている。また、ＦＥＴ４４Ｄ，４４Ｅ，４４Ｆの各々のソースは、逆接防止ＦＥＴ４８を介してバッテリ８０の負極に接続されている。
【００２５】
本実施形態では、シャフト１６と同軸に設けられたロータマグネット１２Ａ又はセンサマグネットの磁界をホール素子１２Ｂが検出する。ホール素子１２Ｂはマイコン３２に接続されており、ホール素子１２Ｂの出力信号はマイコン３２に入力される。なお、ホール素子１２Ｂは検出部及びホールセンサの一例である。
【００２６】
本実施形態において、マイコン３２は、機能的には、減算部３２Ａ、比例動作部３２Ｂ、積分動作部３２Ｃ、加算部３２Ｄ、ＰＷＭ出力部３２Ｅ及び速度算出／ゲイン調整部３２Ｆを含んでいる。
【００２７】
減算部３２Ａには、エアコンのスイッチ操作に対応してエアコンを制御するエアコンＥＣＵ８２から、モータ５２（ロータ１２）の目標回転速度Ｎ0が入力される。また、減算部３２Ａには、速度算出／ゲイン調整部３２Ｆから、モータ５２（ロータ１２）の回転速度検出値Ｎが入力される。減算部３２Ａは目標回転速度Ｎ0から回転速度検出値Ｎを減算することで、回転速度の偏差ΔＮを演算する。
【００２８】
比例動作部３２Ｂは、減算部３２Ａから回転速度の偏差ΔＮが入力されると共に、速度算出／ゲイン調整部３２Ｆから比例ゲイン（Ｐゲイン値）が設定される。比例動作部３２Ｂは、設定されたＰゲイン値に基づき、入力された回転速度の偏差ΔＮに比例した操作量（Ｐ演算値）を算出する比例動作を行う。積分動作部３２Ｃは、減算部３２Ａから回転速度の偏差ΔＮが入力されると共に、速度算出／ゲイン調整部３２Ｆから積分ゲイン（Ｉゲイン値）が設定される。積分動作部３２Ｃは、設定されたＩゲイン値に基づき、入力された回転速度の偏差ΔＮの積分値に比例した操作量（Ｉ演算値）を算出する積分動作を行う。なお、Ｐゲイン値及びＩゲイン値は制御ゲインの一例である。
【００２９】
加算部３２Ｄは、比例動作部３２ＢからＰ演算値が入力されると共に、積分動作部３２ＣからＩ演算値が入力され、両者を加算したＰＩ演算値（ＰＩ操作量）を演算する。ＰＷＭ出力部３２Ｅは、加算部３２ＤからＰＩ演算値が入力され、ＰＩ演算値に応じたデューティ比でインバータ回路４０のＦＥＴ４４Ａ〜４４Ｆのオンオフを制御するＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ出力部３２Ｅによって生成されたＰＷＭ信号はＦＥＴ４４Ａ〜４４Ｆのゲートに供給される。なお、上述した減算部３２Ａ、比例動作部３２Ｂ、積分動作部３２Ｃ、加算部３２Ｄ及びＰＷＭ出力部３２Ｅは駆動制御部の一例である。
【００３０】
速度算出／ゲイン調整部３２Ｆは、ホール素子１２Ｂの出力信号が入力され、入力されたホール素子１２Ｂの出力信号からモータ５２（ロータ１２）の回転速度検出値Ｎを演算し、演算した回転速度検出値Ｎを減算部３２Ａへ出力する。なお、ホール素子１２Ｂの出力信号は、モータ５２（ロータ１２）の回転位置が所定量変化する都度、信号レベルが立ち上がる信号である（図４に示す「ホールセンサ出力」も参照）。速度算出／ゲイン調整部３２Ｆは、ホール素子１２Ｂの出力信号の信号レベルが立ち上がる都度、ロータ１２の１回転に要する時間を算出してモータ５２の回転速度検出値Ｎを更新する。
【００３１】
また、速度算出／ゲイン調整部３２Ｆは、モータ５２の回転速度検出値Ｎが所定値以上の場合、比例動作部３２ＢにＰゲイン値として通常時用の値を設定し、積分動作部３２ＣにＩゲイン値として通常時用の値を設定する。一方、速度算出／ゲイン調整部３２Ｆは、モータ５２の回転速度検出値Ｎが所定値未満の場合、比例動作部３２ＢにＰゲイン値として低速回転時用の値を設定し、積分動作部３２ＣにＩゲイン値として低速回転時用の値を設定する。なお、通常時用のＰゲイン値＞低速回転時用のＰゲイン値であり、通常時用のＩゲイン値＞低速回転時用のＩゲイン値である。
【００３２】
更に、速度算出／ゲイン調整部３２Ｆは、電源であるバッテリ８０が接続されており、バッテリ８０の電圧を検知する。なお、バッテリ８０の電圧は電源電圧の一例である。また、速度算出／ゲイン調整部３２Ｆは、エアコンＥＣＵ８２からモータ５２の目標回転速度Ｎ0が入力され、加算部３２ＤからＰＩ演算値が入力される。速度算出／ゲイン調整部３２Ｆは、モータ５２の回転速度検出値Ｎが所定値未満であっても、バッテリ８０の電圧が閾値未満に低下した場合には、変動したモータ５２の回転速度検出値Ｎが目標回転速度Ｎ0に到達し、かつＰＩ演算値（ＰＩ操作量）が変曲点に到達するまでの間は、比例動作部３２ＢにＰゲインとして通常時用の値を設定し、積分動作部３２ＣにＩゲインとして通常時用の値を設定する。なお、上述した速度算出／ゲイン調整部３２Ｆはゲイン調整部の一例である。
【００３３】
次に本実施形態の作用として、モータ５２を駆動している間、マイコン３２によって繰り返し実行されるＰＩ演算処理について、図３を参照して説明する。
【００３４】
ステップ１００において、速度算出／ゲイン調整部３２Ｆは、モータ５２の回転速度検出値Ｎが所定値未満か否か判定する。なお、所定値としては、モータ５２の回転速度のハンチングが生じ易い回転速度域か否かを弁別できる値が予め設定されている。ステップ１００の判定が否定された場合はステップ１０８へ移行し、ステップ１０８において、速度算出／ゲイン調整部３２Ｆは、通常時用のＰゲイン値を比例動作部３２Ｂに設定すると共に、通常時用のＩゲイン値を積分動作部３２Ｃに設定し、ステップ１１２へ移行する。
【００３５】
ステップ１１２において、減算部３２Ａは回転速度の偏差ΔＮを演算し、比例動作部３２Ｂは通常時用のＰゲイン値を用いてＰ演算値を算出し、積分動作部３２Ｃは通常時用のＩゲイン値を用いてＩ演算値を算出し、加算部３２ＤはＰＩ演算値（ＰＩ操作量）を演算する。そしてＰＷＭ出力部３２Ｅは、ＰＩ演算値に対応するデューティ比のＰＷＭ信号を生成し、ＦＥＴ４４Ａ〜４４Ｆのゲートに供給する。これにより、回転速度の偏差ΔＮが小さくなるようにモータ５２の駆動が制御される。
【００３６】
一方、モータ５２の回転速度検出値Ｎが所定値未満の場合には、ステップ１００の判定が肯定されてステップ１０２へ移行し、ステップ１０２において、速度算出／ゲイン調整部３２Ｆは、バッテリ８０の電圧値が閾値未満に低下したか否か判定する。なお、閾値としては、バッテリ８０の電圧低下が、モータ５２の回転速度の大幅な低下を引き起こす程度にまで低下したか否かを弁別できる値が予め設定されている。ステップ１０２の判定が否定された場合はステップ１１０へ移行し、ステップ１１０において、速度算出／ゲイン調整部３２Ｆは、低速回転時用のＰゲイン値を比例動作部３２Ｂに設定すると共に、低速回転時用のＩゲイン値を積分動作部３２Ｃに設定し、ステップ１１２へ移行する。
【００３７】
この場合、比例動作部３２Ｂは、低速回転時用のＰゲイン値を用いてＰ演算値を算出し、積分動作部３２Ｃは、低速回転時用のＩゲイン値を用いてＩ演算値を算出することになる。これにより、例として図４に「ＰＩゲイン切替による差」と表記して示すように、Ｐゲイン値及びＩゲイン値を通常時用の値のまま維持した場合と比較して、モータ５２の低速回転時にＰＩ演算値（ＰＩ操作量）が過大となることが抑制され、モータ５２の回転速度のハンチングが発生することを抑制することができる。そして、モータ５２の回転速度のハンチングを抑制できることに伴い、図４に示すようにモータ電流波形の変化が緩やかになることから、モータ５２から大きな作動音が発生してしまうことを抑制することができる。
【００３８】
また、例えば車両のエンジンを始動させるセルモータがオンされたなどのように、車両に搭載されたモータユニット１０以外の電装品によって大電力が消費されていることで、バッテリ８０の電圧値が閾値未満に低下している場合には、ステップ１０２の判定が肯定されてステップ１０４へ移行する。
【００３９】
バッテリ８０の電圧値が低下すると、これに伴ってモータ５２の回転速度も一旦低下する。ステップ１０４において、速度算出／ゲイン調整部３２Ｆは、バッテリ８０の電圧値の低下に伴って変動（低下）したモータ５２の回転速度検出値Ｎが目標回転速度Ｎ0に到達するまで回復したか否か判定する。ステップ１０４の判定が否定された場合はステップ１０８へ移行する。これにより、モータ５２の回転速度検出値Ｎが所定値未満の場合にも、ステップ１０４の判定が否定されている間は、Ｐゲイン値及びＩゲイン値として通常時用の値を用いてモータ５２の駆動が制御される。
【００４０】
また、ステップ１０４の判定が肯定された場合はステップ１０６へ移行し、ステップ１０６において、速度算出／ゲイン調整部３２Ｆは、ＰＩ演算値（ＰＩ操作量）が変曲点（図５も参照）に到達したか否か判定する。ＰＩ演算値の変曲点としては、例えばＰＩ演算値の変化の傾きの変化量の符号（ＰＩ演算値の二階微分値の符号）が正から負に変わった点を適用することができる。
【００４１】
ステップ１０６の判定が否定された場合はステップ１０８へ移行する。従って、モータ５２の回転速度検出値Ｎが所定値未満の場合にも、ステップ１０４の判定が否定されるか、又は、ステップ１０６の判定が否定されている間は、Ｐゲイン値及びＩゲイン値として通常時用の値を用いてモータ５２の駆動が制御される。これにより、図５に示す「モータ回転速度（ＰＩゲイン切替あり）」を「モータ回転速度（ＰＩゲイン切替なし）」と比較しても明らかなように、バッテリ８０の電圧値の低下に伴って一旦低下したモータ５２の回転速度は、Ｐゲイン値及びＩゲイン値として通常時用の値を用いたモータ５２の駆動制御により速やかに回復される。
【００４２】
また、ステップ１００、１０２、１０４及び１０６の判定が各々肯定された場合には、ステップ１０６からステップ１１０へ移行する。これにより、図５に「ＰＩ演算結果の変曲点で低速回転用のＰＩゲインに戻す」と表記して示すように、Ｐゲイン値及びＩゲイン値として低速回転時用の値を用いたモータ５２の駆動制御、すなわちモータ５２の回転速度のハンチングを抑制できる駆動制御に移行することになる。
【００４３】
なお、上記ではＰゲイン値及びＩゲイン値を各々切り替える態様を説明したが、これに限定されるものではなく、例えばＰゲイン値及びＩゲイン値の何れか一方のみ切り替えるようにしてもよい。
【００４４】
また、上記ではＰＩ制御によりＰＩ操作量（ＰＩ演算値）を演算してモータ５２の駆動を制御する態様を説明したが、これに限定されるものではなく、本発明は例えばＰＩＤ制御によりＰＩＤ操作量（ＰＩＤ演算値）を演算してモータ５２の駆動を制御する態様に適用することも可能である。
【００４５】
また、上記では車両用ブロアモータの駆動に本発明を適用した態様を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ブロアモータ以外の車載モータの駆動に適用してもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０…モータユニット、１２…ロータ、１２Ｂ…ホール素子、１４…ステータ、２０…車両用ブロアモータ制御装置、３２…マイクロコンピュータ、３２Ａ…減算部、３２Ｂ…比例動作部、３２Ｃ…積分動作部、３２Ｄ…加算部、３２Ｅ…ＰＷＭ出力部、３２Ｆ…速度算出／ゲイン調整部、４０…インバータ回路、５２…モータ、８０…バッテリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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