(57)【要約】【課題】モータの回転速度の不整を回避する。【解決手段】マイコン３１は、エアコンＥＣＵ８２から入力された速度指令に基づいてデューティ比を算出すると共に、算出したデューティ比と当該デューティ比に最も近い基準デューティ比との誤差が所定範囲内の場合には当該基準デューティ比を、誤差が所定範囲の上限値より大きい場合には当該基準デューティ比よりも一段階高い基準デューティ比を、誤差が所定範囲の下限値よりも小さい場合には当該基準デューティ比よりも一段階低い基準デューティ比を、各々指令デューティ比とし、指令デューティ比に基づいてモータ１６の目標回転数を算出する。インバータ回路４１は、目標回転数に基づいてＦＥＴ４１Ａ〜４１Ｆをスイッチングすることによりバッテリ８０から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ１６に供給する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標回転速度を連続する複数の目標回転速度範囲毎に区分した場合の前記複数の目標回転速度範囲毎に、前記複数の目標回転速度範囲の各々の目標回転速度を代表しかつ段階的に設定された複数の代表目標回転速度の各々に対応する基準デューティ比を記憶した記憶部と、
入力された回転速度指令に対応するデューティ比を算出し、算出したデューティ比と大きさが該算出したデューティ比に最も近い基準デューティ比との相違を表す度合いが所定範囲内の場合には、該最も近い基準デューティ比を指令デューティ比として設定し、前記相違を表す度合いが前記所定範囲の上限値より大きい場合には、前記最も近い基準デューティ比より１段階大きい基準デューティ比を指令デューティ比として設定し、前記相違を表す度合いが前記所定範囲の下限値より小さい場合には、前記最も近い基準デューティ比より１段階小さい基準デューティ比を指令デューティ比として設定する設定部と、
前記指令デューティ比に対応した代表目標回転速度を設定する目標回転速度設定部と、
複数のスイッチング素子を備え、前記代表目標回転速度に基づいて前記複数のスイッチング素子をオンオフすることによりバッテリから供給される直流電力を交流電力に変換してモータに供給する電力変換供給部と、
を含むモータ制御装置。
【請求項２】
相違を表す度合いは、前記算出したデューティ比から前記最も近い基準デューティ比を減算した差、または前記最も近い基準デューティ比に対する前記算出したデューティ比の比である請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記複数の代表目標回転速度の各々は、前記複数の目標回転速度範囲の各々の中心値である請求項１又は２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】
ブラシレスＤＣモータは、回転力を出力する出力軸の周方向に設けられた永久磁石で構成されたロータを有し、さらにロータの周方向の近傍には、一種の電磁石であるステータが複数設けられている。ブラシレスＤＣモータは、各ステータのコイルに印加する電圧を変化させることにより、ステータを構成する電磁石の各々の磁界の極性及び磁束密度が、所定の回転方向で変化する、いわゆる回転磁界を発生させることにより、ロータを回転させる。
【０００３】
ステータのコイルに印加される電圧は、例えば、直流電源であるバッテリの電力をＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子で構成されたインバータ回路によって生成させる。インバータ回路は、マイコン等の制御回路が出力したデューティ比の指令に基づいてスイッチング素子をオンオフさせてブラシレスＤＣモータ（以下、「モータ」と称する）のステータのコイルに印加する電圧を生成する。
【０００４】
しかしながら、制御回路であるマイコンは、モータのコイルに印加する電圧のデューティ比の決定に加え、インバータ回路から出力された電圧のフィードバック、又はロータの位置を検知するホール素子からの信号の読み取り等を割り込み処理によって実行する。かかる割り込み処理によってデューティ比の算出処理が遅延し、その結果、算出されたデューティ比にばらつきが生じ、モータの回転速度が小刻みに変動する、いわゆる回転リプルと呼ばれる不整が生じるという問題があった。
【０００５】
特許文献１には、モータに供給される電力が過電流となった場合に、モータのコイルに印加する電圧のデューティ比を所定の水準まで低下させて、モータの回転速度の不整を回避するファンモータ制御装置が開示されている。
【０００６】
特許文献２には、ロータが回転したことにより生じた誘起電圧の信号をデジタル化したロータ位置を示す信号に存在するノイズを除外することで、モータの回転速度の不整を回避するブラシレスモータの制御装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２６３６６８号公報
【特許文献２】特開２０１３−１３２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載のファンモータ制御装置は、モータのコイルに印加する電圧のデューティ比を低下させて、モータの回転の不整を回避しているので、モータを所望の回転速度で安定して回転させる場合に難があるという問題点があった。
【０００９】
特許文献２に記載のブラシレスモータの制御装置は、ロータ位置を示す信号のエッジに相当する部分の一部をノイズとして除外するので、ロータ位置の正確な算出に難があり、結果として、モータの回転速度を変化させた場合に、回転速度の不整を生じるおそれがあった。
【００１０】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、回転速度の不整を回避できるモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、請求項１記載のモータ制御装置は、目標回転速度を連続する複数の目標回転速度範囲毎に区分した場合の前記複数の目標回転速度範囲毎に、前記複数の目標回転速度範囲の各々の目標回転速度を代表しかつ段階的に設定された複数の代表目標回転速度の各々に対応する基準デューティ比を記憶した記憶部と、入力された回転速度指令に対応するデューティ比を算出し、算出したデューティ比と大きさが該算出したデューティ比に最も近い基準デューティ比との相違を表す度合いが所定範囲内の場合には、該最も近い基準デューティ比を指令デューティ比として設定し、前記相違を表す度合いが前記所定範囲の上限値より大きい場合には、前記最も近い基準デューティ比より１段階大きい基準デューティ比を指令デューティ比として設定し、前記相違を表す度合いが前記所定範囲の下限値より小さい場合には、前記最も近い基準デューティ比より１段階小さい基準デューティ比を指令デューティ比として設定する設定部と、前記指令デューティ比に対応した代表目標回転速度を設定する目標回転速度設定部と、複数のスイッチング素子を備え、前記代表目標回転速度に基づいて前記複数のスイッチング素子をオンオフすることによりバッテリから供給される直流電力を交流電力に変換してモータに供給する電力変換供給部と、を含んでいる。
【００１２】
このモータ制御装置は、指令回転数に応じて算出したデューティ比と当該デューティ比に最も近い基準デューティ比との相違を表す度合いが所定範囲内の場合には当該基準デューティ比を指令デューティ比とすることにより、モータの回転速度の不整を回避できる。
【００１３】
また、このモータ制御装置は、相違を表す度合いが所定範囲の上限値より大きい場合には当該基準デューティ比よりも一段階高い基準デューティ比を、相違を表す度合いが所定範囲の下限値よりも小さい場合には当該基準デューティ比よりも一段階低い基準デューティ比を、各々指令デューティ比とすることにより、デューティ比の算出に誤差が生じた場合であっても、モータの回転速度の不整を回避できる。
【００１４】
請求項２記載のモータ制御装置は、請求項１記載のモータ制御装置において、相違を表す度合いは、前記算出したデューティ比から前記最も近い基準デューティ比を減算した差、または前記最も近い基準デューティ比に対する前記算出したデューティ比の比である。
【００１５】
このモータ制御装置によれば、基準デューティ比と算出したデューティ比との差、又は基準デューティ比に対する算出したデューティ比の比に基づいて、算出したデューティ比の誤差を判定し、判定した誤差に応じて適切な基準デューティ比を選択する。その結果、デューティ比の算出に誤差が生じた場合であっても、モータの回転速度の不整を回避できる。
【００１６】
請求項３記載のモータ制御装置は、請求項１又は２記載のモータ制御装置において、前記複数の代表目標回転速度の各々は、前記複数の目標回転速度範囲の各々の中心値である。
【００１７】
このモータ制御装置によれば、基準デューティ比を目標回転速度範囲の中心値に対応した値にすることにより、回転速度指令の変化に小幅なぶれがあっても、目標回転速度を段階的に変化させることができ、モータの回転速度の不整を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係るモータ制御装置を用いたモータユニットの構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るモータ制御装置の概略を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るモータ制御装置における制御信号の流れの一例を示すブロック図である。
【図４】デジタル信号である回転数指令信号の生成を示した概略図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかるモータ制御装置における回転数指令信号から指令デューティ比の算出を示す概略図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るモータ制御装置におけるデューティ比決定処理の一例を示すフローチャートである。
【図７】インバータ回路から出力された電圧のフィードバック、又はロータの位置を検知するホール素子からの信号の読み取り等を割り込み処理によって、デューティ比の算出に誤差が生じた場合の一例を示した概略図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るモータ制御装置における指令デューティ比の誤差補正の一例を示す概略図である。
【図９】本発明の実施の形態に係るモータ制御装置における指令回転数と基準デューティ比との対応関係の一例を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本実施の形態に係るモータ制御装置２０を用いたモータユニット１０の構成を示す概略図である。図１の本実施の形態に係るモータユニット１０は、一例として車載用エアコンの送風に用いられる、いわゆるブロアモータのユニットである。
【００２０】
本実施の形態に係るモータユニット１０は、ステータ１４の外側にロータ１２が設けられた、アウターロータ構造の三相モータに係るものである。ステータ１４はコア部材に導線が巻かれた電磁石であって、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相を構成している。
【００２１】
ステータ１４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各々は、後述するモータ制御装置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により、いわゆる回転磁界を発生する。
【００２２】
ロータ１２の内側（図示せず）にはロータマグネットが設けられており、ロータマグネットは、ステータ１４で生じた回転磁界に対応することにより、ロータ１２を回転させる。
【００２３】
ロータ１２にはシャフト１１が設けられており、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、本実施の形態ではシャフト１１には、いわゆるシロッコファン等の多翼ファンが設けられ、当該多翼ファンがシャフト１１と共に回転することにより、車載用エアコンにおける送風が可能となる。
【００２４】
ステータ１４は、上ケース１３を介して、モータ制御装置２０に取り付けられる。モータ制御装置２０は、モータ制御装置の基板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２１とを備えている。
【００２５】
ロータ１２、ステータ１４及びモータ制御装置２０を含んで構成されるモータユニット１０には、下ケース５０が取り付けられる。
【００２６】
図２は、本実施の形態に係るモータ制御装置２０の概略を示す図である。図２に示したモータ制御装置２０は、モータ１６のステータ１４のコイル１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗに印加する電圧を生成するインバータ回路４１と、インバータ回路４１を制御するマイコン３１とを含んでいる。
【００２７】
インバータ回路４１は、スイッチング素子であるＦＥＴ４１Ａ〜４１Ｆで構成されている。インバータ回路４１は、マイコン３１から出力された指令デューティ比に基づいてＦＥＴ４１Ａ〜４１Ｆをオンオフすることにより、バッテリ８０から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ１６に供給する。例えば、ＦＥＴ４１Ａ、４１ＤはＵ相のコイル１４Ｕに、ＦＥＴ４１Ｂ、４１ＥはＶ相のコイル１４Ｖに、ＦＥＴ４１Ｃ、４１ＦはＷ相のコイル１４Ｗに、各々供給する電力のスイッチングを行う。
【００２８】
ＦＥＴ４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃの各々のドレインは、ノイズ除去用のコイル４３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、ＦＥＴ４１Ｄ、４１Ｅ、４１Ｆの各々のソースは、逆接防止ＦＥＴ４４を介してバッテリ８０の負極に接続されている。
【００２９】
本実施の形態では、電源であるバッテリ８０とインバータ回路４１との間に逆接防止ＦＥＴ４４及びノイズ防止用のコイル４３が設けられている。逆接防止ＦＥＴ４４は、バッテリ８０の正極と負極が図２に示した場合とは逆に接続された場合に、モータ制御装置２０を構成する素子を保護するための回路である。逆接防止ＦＥＴ４４は、一例として、自身のドレインとゲートを接続した、いわゆるダイオード接続されたＦＥＴ等で構成される。コイル４３は、インバータ回路４１のスイッチングによって発生するノイズを抑制するための素子である。
【００３０】
また本実施の形態では、シャフト１１と同軸に設けられたセンサマグネット１２Ａの磁界をホール素子１２Ｂが検出する。マイコン３１は、検出された磁界に基づいてロータ１２の位置（回転位置）を検出し、ロータ１２の回転位置に応じてインバータ回路４１のスイッチングの制御を行う。
【００３１】
さらにマイコン３１には、エアコンを制御するエアコンＥＣＵ８２からの制御信号、及びサーミスタ４６による抵抗値の信号が入力され、これら入力された信号に基づいて、インバータ回路４１のスイッチングを制御する。また、本実施の形態では、バッテリ８０の電圧を計測する電圧センサ４８が回路上に設けられている。
【００３２】
図３は、本実施の形態に係るモータ制御装置２０における制御信号の流れの一例を示すブロック図である。図３に示したように、マイコン３１内の指令デューティ比算出部５２は、入力された回転数指令信号に基づいて指令デューティ比を算出する。マイコン３１内の目標回転数算出部５４は、指令デューティ比に基づいてモータ１６の目標回転数を算出する。
【００３３】
また、モータ１６の回転数はホール素子１２Ｂによって検知される。マイコン３１内のモータ回転数算出部５６では、ホール素子１２Ｂが出力した信号に基づいてモータ１６の実際の回転数が算出される。
【００３４】
マイコン３１内のＰＩＤコントローラ５８は、目標回転数算出部５４で算出された目標回転数にモータ１６の実際の回転数をフィードバックし、モータ出力デューティとして三相インバータであるインバータ回路４１に出力する。インバータ回路４１は、モータ出力デューティに基づいてスイッチング素子であるＦＥＴ４１Ａ〜４１Ｆをオンオフさせて生成した電圧をモータ１６に印加する。
【００３５】
図４は、デジタル信号である回転数指令信号の生成を示した概略図である。図４の上段に示したように、エアコンＥＣＵ８２から入力された指令値２０２は、コンパレータ等の回路を用いて三角波状のキャリア信号２００と比較される。比較の結果、指令値２０２がキャリア信号２００未満の場合にハイレベルの信号を出力し、指令値２０２がＰＷＭキャリア信号２００以上の場合にローレベルの信号を出力するのであれば、生成される回転数指令信号２０４は、図４の下段のようになる。回転数指令信号２０４のパルスの幅は、エアコンＥＣＵ８２から入力される指令値２０２によって変化する。
【００３６】
図５は、本実施の形態にかかるモータ制御装置２０における回転数指令信号から指令デューティ比の算出を示す概略図である。図５は回転数指令信号がモータの回転数を一定に保つ指令である場合を示している。本実施の形態では、回転数指令信号がハイレベルからローレベルに変化する場合のDOWN Edge及び回転数指令信号がローレベルからハイレベルに変化する場合のDOWN UPを各々検出し、DOWN Edge及びDOWN UPが出現した時間をフリーランタイマで計測し、計測した時間から指令デューティ比を算出する。例えば、時間Ｔ１にDOWN Edgeが出現し、時間Ｔ２にDOWN UPが出現し、時間Ｔ３に再びDOWN Edgeが出現した場合には、指令デューティ比は、下記の式（１）で示したようになる。
指令デューティ比＝（Ｔ２−Ｔ１）×１００／（Ｔ３−Ｔ１）    ・・・（１）
【００３７】
以下、計測した時間Ｔ３〜Ｔ１３に基づいて、図５の下段に示したように、指令デューティ比を算出する。算出した指令デューティ比に後述する誤差がないのであれば、算出した指令デューティ比を指令とし、当該指令に基づいてモータ１６の目標回転数を算出する。
【００３８】
図６は、本実施の形態に係るモータ制御装置２０におけるデューティ比決定処理の一例を示すフローチャートである。ステップ３００では、回転数指令信号にDOWN Edgeが出現した時間Ｔ１をフリーランタイマで計測し記憶する。
【００３９】
ステップ３０２では、回転数指令信号にDOWN UPが出現した時間Ｔ２をフリーランタイマで計測して記憶し、ステップ３０４では、回転数指令信号に再びDOWN Edgeが出現した時間Ｔ３をフリーランタイマで計測し記憶する。
【００４０】
ステップ３０６では、上述の式（１）を用いてデューティ比Ｄｃを計算し、ステップ３０８では、誤差△Ｄｋを算出し、ステップ３１０では、割り込み処理に起因する誤差△Ｄｋは所定範囲か否かを判定する。
【００４１】
図７は、インバータ回路４１から出力された電圧のフィードバック、又はロータ１２の位置を検知するホール素子１２Ｂからの信号の読み取り等を割り込み処理によって、デューティ比の算出に誤差が生じた場合の一例を示した概略図である。回転数指令信号の信号レベルの変化は一定であって、モータを定速で回転させる場合であっても、割り込み処理の影響でフリーランタイマによる時間計測に遅延が生じ、その結果、算出される指令デューティ比に誤差が生じている。
【００４２】
図８は、本実施の形態に係るモータ制御装置２０における指令デューティ比の誤差補正の一例を示す概略図である。本実施の形態では、指令デューティ比の基準値である基準デューティ比Ｄ１〜Ｄｎを段階的に設定している。図９は、本実施の形態に係るモータ制御装置２０における目標回転数と基準デューティ比との対応関係の一例を示す表である。本実施の形態では、目標回転数を連続する複数の範囲毎に区分し、複数の範囲毎に、複数の範囲の各々の目標回転数を代表しかつ段階的に設定された複数の代表目標回転数の各々に対応する基準デューティ比を設定している。また、複数の代表目標回転数の各々は、前記複数の範囲の各々の中心値である。
【００４３】
図８では、目標回転数Ｖ１，Ｖ２の中心値としてＶＭ１、目標回転数Ｖ２，Ｖ３の中心値としてＶＭ２、目標回転数Ｖｎ−１，Ｖｎの中心値としてＶＭｎ−１が、各々代表目標回転数として示されている。代表目標回転数ＶＭｋ−１は、一例として、目標回転数Ｖｋ，Ｖｋ−１及び下記の式（２）によって算出される。ただし、ｋは１，２，３、…、ｎである。
ＶＭｋ−１＝（Ｖｋ＋Ｖｋ−１）／２        ・・・（２）
【００４４】
図９において、目標回転数Ｖ１〜Ｖ２の範囲には基準デューティ比Ｄ１が、目標回転数Ｖ２〜Ｖ３の範囲には基準デューティ比Ｄ２が各々対応しているように、基準デューティ比は、回転速度の変化に対応して段階的に設定されている。各基準デューティ比は各々の代表目標回転数に対応したもので、図８に示したように、基準デューティ比Ｄ１は代表目標回転数ＶＭ１に、基準デューティ比Ｄ２は代表目標回転数ＶＭ２に、基準デューティ比Ｄｎ−１は代表目標回転数ＶＭｎ−１に、各々対応している。
【００４５】
また、本実施の形態では、図８において着色領域で示したような、指令回転数に応じて算出したデューティ比と当該デューティ比に最も近い基準デューティ比との相違を誤差とし、当該誤差が所定範囲内の場合には当該基準デューティ比を指令デューティ比とする。当該誤差が所定範囲の上限値より大きい場合には当該基準デューティ比よりも一段階高い基準デューティ比を、当該誤差が所定範囲の下限値よりも小さい場合には当該基準デューティ比よりも一段階低い基準デューティ比を、各々指令デューティ比とする。相違を表す度合いは、算出したデューティ比に最も近い基準デューティ比と算出したデューティ比との差、または当該最も近い基準デューティ比に対する算出したデューティ比の比である。
【００４６】
例えば、算出したデューティ比Ｄｃに最も近い基準デューティ比Ｄｋと算出したデューティ比との差によって判定するのであれば、下記の式（３）のように△Ｄｋを算出し、△Ｄｋが所定範囲内か否かを判定する。△Ｄｋが所定範囲内の場合には基準デューティ比Ｄｋを指令デューティ比とする。△Ｄｋが所定範囲の上限値より大きい場合には基準デューティ比Ｄｋよりも一段階高い基準デューティ比Ｄｋ＋１を、△Ｄｋが所定範囲の下限値よりも小さい場合には基準デューティ比Ｄｋよりも一段階低い基準デューティ比Ｄｋ−１を、各々指令デューティ比とする。
△Ｄｋ＝Ｄｃ−Ｄｋ                      ・・・（３）
【００４７】
所定範囲は、各基準デューティ比の間隔、モータの仕様又はモータの使用目的等によって各々異なるが、本実施の形態では、一例として−４％から＋４％を所定範囲とする。又は、上述のような△Ｄｋにはよらず、所定範囲の下限値及び上限値を具体的に算出し設定してもよい。指令回転数と基準デューティ比との対応関係、所定範囲の数値並びに所定範囲の下限値及び上限値は、マイコン３１内のＲＯＭ（Read Only Memory）に記憶させてもよいし、基板２２上に別途設けたＲＯＭ又はフラッシュメモリ等の記憶装置に記憶させてもよい。
【００４８】
ステップ３１０では、算出されたデューティ比Ｄｃが、例えば、基準デューティ比Ｄｋに近似し、かつ基準デューティ比Ｄｋに対する誤差△Ｄｋが所定範囲内の場合には肯定判定を行う。ステップ３１０で肯定判定の場合には、ステップ３１２で基準デューティ比Ｄｋを指令デューティ比（ｋ）として目標回転数算出部５４に出力し、処理をリターンする。
【００４９】
ステップ３１０で否定判定の場合には、ステップ３１４で誤差△Ｄｋはプラス誤差か否かを判定し、肯定判定の場合には、ステップ３１６で基準デューティ比Ｄｋ＋１を指令デューティ比（ｋ＋１）として目標回転数算出部５４に出力し、処理をリターンする。ステップ３１４で否定判定の場合には、ステップ３１８で基準デューティ比Ｄｋ−１を指令デューティ比（ｋ−１）として目標回転数算出部５４に出力し、処理をリターンする。目標回転数算出部５４は、目標回転数算出部５４が出力した指令デューティ比に対応した代表目標回転数を目標回転数として設定する。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態では、割り込み処理の影響で算出されたデューティ比に誤差が生じた場合でも、当該誤差が基準デューティ比に対して所定範囲内であれば、当該基準デューティ比を指令デューティ比としている。その結果、割り込み処理の影響でデューティ比の算出に誤差が生じた場合であっても、モータの回転速度の不整を回避できる。
【符号の説明】
【００５１】
１０…モータユニット、１１…シャフト、１２…ロータ、１２Ａ…センサマグネット、１２Ｂ…ホール素子、１３…上ケース、１４…ステータ、１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗ…コイル、１６…モータ、２０…モータ制御装置、２１…ヒートシンク、２２…基板、３１…マイコン、４１…インバータ回路、４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ，４１Ｅ，４１Ｆ…ＦＥＴ、４３…コイル、４４…逆接防止ＦＥＴ、４６…サーミスタ、４８…電圧センサ、５０…下ケース、５２…指令デューティ比算出部、５４…目標回転数算出部、５６…モータ回転数算出部、５８…ＰＩＤコントローラ、８０…バッテリ、８２…エアコンＥＣＵ、２００…キャリア信号、２０２…指令値、２０４…回転数指令信号
【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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【図９】
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【図７】
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【図８】
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