(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンパレータによって３相の相電圧と基準電圧とを比較して各相の回転位置推定信号を生成する回転位置推定信号生成手段と、各相の回転位置推定信号に基づいてＰＷＭ方式で３相への通電を制御する通電制御手段とを備え、通電制御手段は、各相の上下アームにそれぞれ設けられた合計６個の上下スイッチング素子を有するスイッチング回路と、スイッチング回路を構成する各スイッチング素子にゲート信号を出力するゲートドライブ回路と、スイッチング回路を介してモータに電力を供給する直流電源とを備えているブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置において、
各相の相電圧の切替時間が所定時間内にわたって一定である場合、モータが回転していないと判断するロック検出手段を備えていることを特徴とするブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置に関し、さらに詳しくは、例えば、油の吸入および吐出を行うポンプを駆動するのに適したブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のトランスミッションには油圧ポンプにより油圧が供給されるが、省エネルギなどの観点から停車時にエンジンを停止するいわゆるアイドルストップ（アイドリングストップ）を行う自動車では、アイドルストップ時にもトランスミッションへの油圧供給を確保するために、電動ポンプが使用されるようになっている。
【０００３】
自動車に搭載されるポンプ駆動用電動モータとして、ブラシレスＤＣモータが用いられるようになっている。このような電動ポンプでは、小スペース・低コストが求められるため、回転位置検出センサを用いずにモータを駆動するいわゆるセンサレス制御が行われている。
【０００４】
ブラシレスＤＣモータをセンサレス制御するためには、ロータの回転位置を推定して回転位置検出センサからの回転位置信号に相当する回転位置推定信号を生成する必要がある。回転位置推定信号の推定は、一般に、モータの３相の誘起電圧を用いて行われる。
【０００５】
センサレス制御においては、回転位置検出センサを使用しないことから、モータが実際に回転しているかどうかの判定を正確に行うことが難しく、特許文献１には、誘起電圧が消失したときに、モータの停止信号を出力するものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１７３４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の従来のブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置においては、誘起電圧と駆動電圧とを区別するようになっていないため、モータの回転が停止している場合に、モータが回転していると判断されることが起こり得る。
【０００８】
すなわち、センサレス駆動では、誘起電圧のゼロクロス点を検出することで磁極切替を検知しているが、通電するために印加している駆動電圧のゼロクロス点と誘起電圧のゼロクロス点とをセンサレス制御装置は判別できないため、駆動電圧のゼロクロス点を検出することで、モータが回転していると判定されることがある。
【０００９】
この発明の目的は、上記の問題を解決し、モータが回転していないことの判定を正確に行うことができるブラシレスＤＣモータのセンサレス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】
【００１０】
この発明によるブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置は、コンパレータによって３相の相電圧と基準電圧とを比較して各相の回転位置推定信号を生成する回転位置推定信号生成手段と、各相の回転位置推定信号に基づいてＰＷＭ方式で３相への通電を制御する通電制御手段とを備え、通電制御手段は、各相の上下アームにそれぞれ設けられた合計６個の上下スイッチング素子を有するスイッチング回路と、スイッチング回路を構成する各スイッチング素子にゲート信号を出力するゲートドライブ回路と、スイッチング回路を介してモータに電力を供給する直流電源とを備えているモータ制御装置において、各相の相電圧の切替時間が所定時間内にわたって一定である場合、モータが回転していないと判断するロック検出手段を備えていることを特徴とするものである。
【００１１】
センサレス制御においては、誘起電圧の変化に伴うゼロクロス点を検出し、これに基づいて、各相の相電圧の指令が与えられて、相電圧パターンが切り替わっていく。誘起電圧がゼロの場合には、モータが回転していない（ロック検出）として、フェールとする必要がある。ゼロクロス点の検出は、相電圧のゼロクロス点に基づくもので、この相電圧の検出において、誘起電圧と駆動電圧とを判別するようになっていない。したがって、モータが回転していない場合に、駆動電圧が変化し、この駆動電圧の変化に伴うゼロクロス点を誘起電圧の変化に伴うゼロクロス点と認識する可能性がある。誘起電圧のゼロクロス点を検出している場合、ゼロクロス検出のタイミングは、一定ではない。つまり、一定の回転数で回転していたとしても、パターン切替の度に、必ずパターン切替時間は変化する。それに対して、駆動電圧のゼロクロス点を検出している場合、一定の切換パターンとなる。つまり、ある一定時間内にパターン切替時間が変更されない場合、モータが回転していないと判断することができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明のブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置によれば、上記のように、モータが回転していないことの判定を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、この発明のブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１の回転位置推定信号生成装置の構成の１例を示すブロック図である。
【図３ａ】図３ａは、センサレス制御装置の各部の信号の１例を示すタイムチャートであり、３相の回転位置推定信号および各スイッチング素子の通電を制御する通電信号を示している。
【図３ｂ】図３ｂは、センサレス制御装置の各部の信号の１例を示すタイムチャートであり、各スイッチング素子に対するスイッチング素子制御信号を示している。
【図４ａ】図４ａは、センサレス制御装置の各部の信号の１例を示すタイムチャートであり、各相の相電圧のパターンを示している。
【図４ｂ】図４ｂは、センサレス制御装置の各部の信号の１例を示すタイムチャートであり、各相の駆動電圧の出力パターンを示している。
【図５】図５は、モータのロック検出ステップを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。
【００１５】
図１は、ブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置の構成を概略的に示している。
【００１６】
このブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置は、自動車に搭載されて油の吸入および吐出を行うポンプ(11)を駆動するブラシレスＤＣモータ(1)を、自動車に搭載されたバッテリよりなる直流電源(2)を用いて、片側ＰＷＭ方式で駆動するものであり、３相の相電圧に基づいてディジタル方式で各相の回転位置推定信号を生成する回転位置推定信号生成手段である回転位置推定信号生成装置(3)と、各相の回転位置推定信号に基づいてＰＷＭ方式で直流電源(2)から３相への通電を制御する通電制御手段である通電制御装置(4)とから構成されている。直流電源(2)の電源電圧をＥとする。３相の相電圧は、それぞれ、Ｖu、Ｖv、Ｖwとし、Ｖで総称する。３相の回転位置推定信号は、それぞれ、Ｈu、Ｈv、Ｈwとし、Ｈで総称する。
【００１７】
通電制御装置(4)は、通電信号生成手段(5)と、スイッチング回路(6)と、電流検出器(7)と、電流制御部（電流制御手段）(8)と、ＰＷＭ駆動手段（9）と、ゲートドライブ回路(10)とから構成されている。
【００１８】
回転位置推定信号生成装置(3)は、図２に示すように、電圧比較回路(13)と、極性決定手段(14)とを備えており、モータ(1)のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の相電圧Ｖに基づいて、各相の回転位置推定信号Ｈを生成する。
【００１９】
電圧比較回路(13)は、各相にそれぞれ対応する３つのコンパレータ(15u)(15v)(15w)を備えている。コンパレータ(15u)(15v)(15w)は、モータ(1)の各相のステータ巻線の各端子電圧Ｖu、Ｖv、Ｖwと電源電圧Ｅの１／２の電圧Ｖａとをそれぞれ比較する。コンパレータは、符号(15)で総称する。
【００２０】
電源電圧Ｅの１／２の電圧Ｖａは、端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと比較されて、ゼロクロス点を検出するための基準電圧となる。コンパレータ(15u)(15v)(15w)の比較結果は、各端子電圧Ｖu、Ｖv、Ｖwの方が大である場合は「１」、小である場合は「０」であるディジタル信号Ｂｕ，Ｂｖ，Ｂｗとして、極性決定手段(14)に例えば１６ＫＨｚの周波数でサンプリングされる。
【００２１】
極性決定手段(14)は、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）により構成され、ディジタル信号Ｂu、Ｂv、Ｂwのパターンの取るべき規則的な変化パターンを記憶しているメモリ(14a)およびタイマ(14b)を備えている。
【００２２】
極性決定部(14)は、サンプリングしたディジタル信号Ｂu、Ｂv、Ｂwのパターンとメモリ(14a)が記憶している規則的な変化パターンに基づき、ゼロクロス点を検出する。極性決定部(14)は、ゼロクロス点を検出したときは、前回のクロス点検出からの時間であるゼロクロス点間隔を求め、求めたゼロクロス点間隔の１／２を遅延時間とする。極性決定部(14)は、メモリ(14a)が記憶している規則的な変化パターンに基づきコンパレータ(15u)(15v)(15w)の出力信号から遅延時間分遅延させた各相の回転位置推定信号Ｈを作成して、通電制御手段(4)に与える。
【００２３】
通電信号生成手段(5)は、回転位置推定信号生成手段(3)により生成される回転位置推定信号Ｈに基づいて、各素子の通電をそれぞれ制御するための通電信号Ｃu+、Ｃu-、Ｃv+、Ｃv-、Ｃw+、Ｃw-を生成するものである。通電信号は、Ｃで総称する。通電信号生成手段(5)は、ＭＰＵにより構成されてもよいし、専用のディジタル回路により構成されてもよい。
【００２４】
スイッチング回路(6)は、直流電源(2)からモータ(1)のＵ相への通電を制御する上アームスイッチング素子(16u+)および下アームスイッチング素子(16u-)、Ｖ相への通電を制御する上アームスイッチング素子(16v+)および下アームスイッチング素子(16v-)、Ｗ相への通電を制御する上アームスイッチング素子(16w+)および下アームスイッチング素子(16w-)を備えている。各上アームスイッチング素子(16u+)(16v+)(16w+)と各下アームスイッチング素子(16u-)(16v-)(16w-)との接続点は、モータ(1)のステータ巻線の端子に各相ごとに接続されている。スイッチング素子は、符号（16）で総称する。
【００２５】
電流検出器(7)は、電流測定回路をスイッチング回路(6)に接続してモータ電流を検出するものである。モータ(1)のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ巻線に流れる合計電流値が電流検出器(7)により検出されている。
【００２６】
電流制御部(8)は、電流検出器(7)から検出されたモータ(1)の電流検出値Aと電流指令値Aaとを比較し、両者の大小関係に基づき、モータ(1)をＰＷＭ駆動するための電流制御信号Ａpwmを作成し、ＰＷＭ駆動手段(9)へ送るものである。
【００２７】
ＰＷＭ駆動手段(9)は、与えられた通電信号Ｃおよび電流制御信号Ａpwmに基づいて、各スイッチング素子(16)に対するスイッチング素子制御信号Ｄu+、Ｄu-、Ｄv+、Ｄv-、Ｄw+、Ｄw-を作成し、ゲートドライブ回路(10)へ出力するものである。スイッチング素子制御信号はＤで総称する。
【００２８】
ゲートドライブ回路(10)は、与えられたスイッチング素子制御信号Ｄに基づいて、各スイッチング素子(16)をオン／オフ駆動し、モータ(1)のステータ巻線に回転磁界を発生させるものである。各スイッチング素子(16)のオン／オフ駆動に伴い、各相の駆動電圧が変化する。
【００２９】
図３および図４は、制御装置の各部における信号の１例を示すタイムチャートである。
【００３０】
回転位置推定信号Ｈ（図３ａ）は、０と１で表わされ、電気角１８０度ごとに極性が反転する。Ｖ相の回転位置推定信号Ｈvは、Ｕ相の回転位置推定信号Ｈuに対して１２０度遅れており、Ｗ相の回転位置推定信号Ｈwは、さらにＶ相の回転位置推定信号Ｈvに対して１２０度遅れている。
【００３１】
通電信号Ｃ（図３ａ）は、電気角３６０度のうち、所定の１２０度だけ連続してオンになり、これによりいわゆる１２０度通電が行なわれる。Ｕ相上アームの通電信号Ｃu+は、Ｕ相の回転位置推定信号Ｈuの立ち上がりから電気角１２０度の間だけオンになる。Ｕ相下アームの通電信号Ｃu-は、Ｕ相の回転位置推定信号Ｈuの立ち下がりから１２０度の間だけオンになる。Ｖ相の上アームの通電信号Ｃv+は、Ｖ相の回転位置推定信号Ｈvの立ち上がりから１２０度の間だけオンになる。Ｖ相の下アームの通電信号Ｃv-は、Ｖ相の回転位置推定信号Ｈvの立ち下がりから１２０度の間だけオンになる。Ｗ相の上アームの通電信号Ｃw+は、Ｗ相の回転位置推定信号Ｈwの立ち上がりから１２０度の間だけオンになる。Ｗ相の下アームの通電信号Ｃw-は、Ｗ相の回転位置推定信号Ｈwの立ち下がりから１２０度の間だけオンになる。
【００３２】
スイッチング素子制御信号Ｄ（図３ｂ）は、オンとオフで表わされる。３相の上アームの制御信号Ｄu+、Ｄv+、Ｄw+は、対応する通電信号Ｃu+、Ｃv+、Ｃw+がオンの間、オンに固定される。３相の下アームの制御信号Ｄu-、Ｄv-、Ｄw-は、対応する通電信号Ｃu-、Ｃv-、Ｃw-がオンの間、電流制御信号Ａpwmに応じてオン・オフ制御される。
【００３３】
上記のような制御信号Ｄを用いてスイッチング素子(16)を駆動することにより、いわゆる片側ＰＷＭ駆動が行なわれ、その結果、３相の相電圧Ｖは、図４ａに示すように変化する。図４ａにおいて、各相の相電圧は、それぞれ１２０度異なっており、それぞれの正負電圧区間である１８０度の電気角の内、中央部の１２０度の区間で通電されている。１２０度の通電区間外の６０度の区間には、各相の誘起電圧が露出している。各相の駆動電圧は、図４ｂに示すように、スイッチング素子制御信号Ｄのオン・オフと同様のパターンで正負電圧区間のパターンが変化する。
【００３４】
図３および図４に示すように、各相の回転位置推定信号Ｈの位相は、誘起電圧の位相に対して３０度遅れている。
【００３５】
図１において、起動時には、強制転流モードとされ、起動指令が通電信号生成手段(5)に与えられる。通電信号生成手段(5)は、起動指令を受けた際にメモリ内に記憶した通電パターンをＰＷＭ駆動手段(9)へ与える。これは、モータ(1)のロータ位置に関係なく行われる。回転数の増加は、周波数を上げていくことで行われ、電流については、電流制御部(8)からの電流制御信号Ａpwmによるのではなく、直流電源(2)から、ＰＷＭ駆動手段(9)のメモリ内に記憶した値に基づき、一定の電流が与えられる。ＰＷＭ駆動手段(9)は、通電信号生成手段(5)からの通電信号Ｃに基づいて、各スイッチング素子(16)に対するスイッチング素子制御信号Ｄをゲートドライブ回路(10)に出力し、これにより、各スイッチング素子(16)がオン／オフ駆動され、モータ(1)のステータ巻線に強制転流のための回転磁界が発生する。
【００３６】
強制転流を行うことで、モータ(1)のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の相電圧Ｖu、Ｖv、Ｖwが大きくなり、これに基づいて、回転位置推定信号生成手段(3)では、各相の回転位置推定信号Ｈ（Ｈu、Ｈv、Ｈw）が生成可能（すなわち、ロータ位置の検出が可能）となる。これにより、通電信号生成手段(5)は、回転位置推定信号生成手段(3)により生成される回転位置推定信号Ｈに基づいて、通電信号Ｃを生成する。ＰＷＭ駆動手段(9)は、この通電信号Ｃおよび電流制御信号Ａpwmに基づいて、各スイッチング素子(16)に対するスイッチング素子制御信号Ｄを作成し、ゲートドライブ回路(10)に与える。こうして、強制転流モードからセンサレス制御モードに移行する。
【００３７】
モータ(1)が回転すると、図４ａに示すように、誘起電圧が生じるので、このゼロクロス点に基づいて、センサレス制御が適切に行われる。ここで、回転すべきモータ(1)が回転していない場合、故障と判断する必要がある。しかしながら、駆動電圧が図４ｂのように変化することで、この駆動電圧のゼロクロス点を誘起電圧のゼロクロス点とみなして、モータ(1)の制御を続ける（誤作動の）可能性がある。すなわち、モータ(1)が回転していない場合には、ロック検出フェールという故障モードとする必要があるが、この故障が検知されない可能性がある。
【００３８】
誘起電圧と駆動電圧とを比較すると、前者は、電動ポンプ(11)の脈動などによって、パターン切替時間が変動し、これに対し、後者は、電動ポンプ(11)の影響を受けることなく、一定時間で変化する。そこで、ある一定時間内にパターン切替時間が変更されない場合、モータが回転していないと判断することができる。これに基づき、このブラシレスＤＣモータのセンサレス制御装置においては、適宜なタイミングで、図５に示すロック検出フェールステップが実行される。
【００３９】
図５において、ロック検出フェール(S1)は、まず、センサレス駆動モードになっているかを判定して(S2)、Ｙｅｓの場合（Ｎｏの場合は終了）、磁極切替時間すなわちあるゼロクロス点から次のゼロクロス点までの時間が一定かどうかを判定する(S3)。これがＮｏの場合は、ポンプ(11)の脈動に応じて変動する相電圧が得られているので、通常の駆動が行われている（正常）と判定して終了する。Ｙｅｓすなわち磁極切替時間が一定の場合、ロック判定タイマを追加する(S4)。ロック判定タイマは、磁極切替時間が一定である総時間を計測する。そして、ロック判定タイマとロック判定時間とを比較する(S5)。この比較において、ロック判定タイマがロック判定時間よりも長くなると（Ｙｅｓの場合）、磁極切替時間が一定である時間が長いことから、モータ停止（ロック検出フェール）として終了する。ロック判定タイマがロック判定時間よりも短い場合、磁極切替時間が一定となったことでモータ(1)が停止している可能性が疑われるが、その後、適度に変動する正常な相電圧が得られていることから、モータ(1)が正常に回転していると判定して終了する。
【００４０】
こうして、各相の相電圧の切替時間が所定のロック判定時間内に変更されない場合、モータ(1)が回転していないと判断し、ロック検出フェールとして処理される。これにより、モータ(1)が回転していないにもかかわらず制御装置が誤ってモータが回転していると判断してしまう状態を防止でき、モータの停止故障状態の判定精度が向上する。
【００４１】
上記において、誘起電圧であっても、短い時間であれば、磁極切替時間が一定となる可能性があり、この場合を「ロック検出」とすることがないように、ロック判定時間が設定される。ロック判定時間は、例えば、モータの１回転（または２回転）に必要な時間程度に適宜設定することができる。
【００４２】
なお、図１に示すブロック図において、電流制御部(8)に追加して、または、これに代えて、速度制御部を設けるようにしてもよい。速度制御部は、モータ(1)の回転子の回転速度検出値Ｓと外部から与えられた回転方向を含む回転速度設定値Ｓａとを比較し、両者の大小関係に基づいて、モータ(1)をＰＷＭ駆動するための速度制御信号Ｓpwm1を作成し、ＰＷＭ駆動手段(9)へ出力するものとされる。
【符号の説明】
【００４３】
(1) ：ブラシレスＤＣモータ
【図１】
0005998556.tif 000002
【図２】
0005998556.tif 000003
【図３ａ】
0005998556.tif 000004
【図３ｂ】
0005998556.tif 000005
【図４ａ】
0005998556.tif 000006
【図４ｂ】
0005998556.tif 000007
【図５】
0005998556.tif 000008