(57)【要約】【課題】ロータの回転停止位置に依存することなくスムーズに強制転流から誘起電圧同期駆動に移行することができ、大きな異音を発生させることなく高速に起動が行えるブラシレスモータのセンサレス駆動方法を提供する。【解決手段】Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のコイルと該コイルに発生する電磁力により回転駆動されるロータとを備えるブラシレスモータのセンサレス駆動方法である。ロータの回転停止位置に応じて複数の波形パターン［５］〜［４］のいずれか一つである［５］から開始される波形パターンシーケンスＳＱ１を選択する。そして、この選択された波形パターンシーケンスＳＱ１に基づいてセンサレス駆動を行う。【選択図】図１
2008259334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数相のコイルと該コイルに発生する電磁力により回転駆動されるロータとを備えるブラシレスモータのセンサレス駆動方法であって、
前記各相のコイルに誘起された誘起電圧と基準電圧との差分を前記各相について２値化し、
前記複数相についての２値化数値の組に対応する複数種の波形パターンと、該複数種の波形パターンが時系列で連続することにより構成されるとともに時系列で周期的に繰り返す波形パターンシーケンスとを取得し、且つ、
前記ロータの回転停止位置に応じて前記複数の波形パターンのいずれか一つから開始される前記波形パターンシーケンスを選択し、該波形パターンシーケンスに基づいてセンサレス駆動を行うようにしたことを特徴とするブラシレスモータのセンサレス駆動方法。
【請求項２】
請求項１に記載のブラシレスモータのセンサレス駆動方法において、
前記コイルに印加電圧を印加して前記ロータを強制的に回転させる強制転流ステップと、
所定のサンプリング時間ごとに、前記誘起電圧の波形パターンをサンプリングし、印加電圧と誘起電圧の両波形パターンを比較する第１比較ステップと、
前記両波形パターンが同一でないことが確認されたことを条件に、前回サンプリングされた誘起電圧の波形パターンと、今回サンプリングした誘起電圧の波形パターンとを比較する第２比較ステップと、
前記第２比較ステップにおいて両波形パターンが同一であることが確認されたことを条件として、次回サンプリングするべき誘起電圧の波形パターンと、今回サンプリングした誘起電圧の波形パターンとを比較する第３比較ステップと、
前記第３比較ステップにおいて両波形パターンが同一であることが確認されたことを条件として、前記強制転流ステップ以前のロータの回転停止位置に応じて、前記波形パターンのいずれか一つから開始される波形パターンシーケンスを選択し、該波形パターンシーケンスに基づいて、今回サンプリングした時刻から所定の電気角後に誘起電圧同期駆動を開始する誘起電圧同期駆動ステップと、を備えたブラシレスモータのセンサレス駆動方法。
【請求項３】
請求項２に記載のブラシレスモータのセンサレス駆動方法において、
前記ロータの回転停止位置を、前記第１比較ステップにてサンプリングされ、前記第２比較ステップにて同一でないことが確認された前記誘起電圧と印加電圧の両波形パターンに基づいて推定するようにしたブラシレスモータのセンサレス駆動方法。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載のブラシレスモータのセンサレス駆動方法を実行するブラシレスモータの制御装置であって、
Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のコイルの端子電圧と前記基準電圧とを比較するとともに、該比較結果に基づきロータの回転位置を検出する位置検出手段と、
前記強制転流ステップ、第１〜第３比較ステップ、及び、誘起電圧同期駆動ステップを実行するとともに、ロータの回転を制御するための指令信号を出力するコントローラと、
前記指令信号に基づき、ロータに駆動電流を供給するインバータ回路とを備えたことを特徴とするブラシレスモータの制御装置。
【請求項５】
自動車等の車両のトランスミッションにおいて、アイドルストップ時に低下する油圧を補助するための電動オイルポンプであって、
請求項４に記載の制御装置によって回転駆動されるブラシレスモータと、該ブラシレスモータにより駆動されるポンプとを備えたことを特徴とする電動オイルポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータのセンサレス駆動方法、該センサレス駆動方法を実行するブラシレスモータの制御装置、及び、該制御装置によって回転駆動されるブラシレスモータと、該ブラシレスモータにより駆動されるポンプとを備えた電動オイルポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスモータは、一般に、ロータの近傍にホール素子センサ等の磁極位置センサを配置し、該センサによりロータの磁極位置の検出を行うとともに、得られた磁極位置情報等に基づき、直流電源に接続されたインバータ回路を介してロータの回転を制御している。
【０００３】
ところで、近年、地球環境問題に対応し、自動車等の車両にはアイドルストップ時の油圧補助等のための電動オイルポンプが幅広く活用されつつある。こうした電動オイルポンプには、油を吸入・吐出するポンプを駆動するためにブラシレスモータが設けられている。
【０００４】
このような自動車用途のブラシレスモータでは、１２０℃程度に高温となる自動車のエンジンルーム内の環境に耐えうるようにするため、前述の磁極位置センサを使用せず、ステータに巻回されたコイルに誘起される誘起電圧を利用してロータの磁極位置（回転位置）を検出し、得られた磁極位置情報に基づき、センサレス駆動を行うことが通常になっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
このようなブラシレスモータの一例を図４に示す。図４に示すブラシレスモータ２は、スター結線されたＵ，Ｖ，Ｗ各相のコイル２ｕ〜２ｗを有し、前記擬似交流電流によって励磁されるステータ２ｂ、及び、永久磁石を有し、前記ステータ２ｂに発生する電磁力によって回転駆動されるロータ２ａを備えている。また、このブラシレスモータ２は、円筒形のステータ２ｂがロータ２ａを取り囲む所謂インナーロータ型の円筒形ブラシレスモータである。また、このブラシレスモータ２と、該ブラシレスモータ２により駆動されるポンプ３とにより自動車等の車両のアイドルストップ時に油圧を補助する電動オイルポンプ４が構成されている。
【０００６】
図４に示すように、前記ブラシレスモータ２を制御する制御装置１は、自動車の車載バッテリの直流電源に接続され、該直流を擬似交流に変換してロータ２ａに駆動電流として供給するインバータ回路１０を備えている。
【０００７】
この制御装置１は、さらに、ブラシレスモータ２のＵ，Ｖ，Ｗ各相のコイル２ｕ〜２ｗの端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ［Ｖ］と前記直流電源からの基準電圧Ｖｒｅｆ［Ｖ］とを比較するとともに、該比較結果に基づきロータ２ａの回転位置を検出する位置検出手段１２と、該位置検出手段１２からのロータ回転位置情報θ（θはロータ回転位置パターンとも表現できる。）、直流電源の電圧Ｖｄｃ［Ｖ］、外部からの速度指令ｆ＊又はトルク指令Ｔ＊に基づき、指令信号としてのＰＷＭ（パルス幅変調：Pulse Width Modulation）信号（ｕ＋，ｖ＋，ｗ＋、ｕ−，ｖ−，ｗ−）として前記インバータ回路１０を構成する各半導体スイッチング素子１１ｕａ〜１１ｕｂに出力し、ロータ２ａの回転を制御するコントローラ１３とを備えている。このコントローラ１３は専用ＩＣ又は汎用ＣＰＵより構成される。
【０００８】
詳細には、前記位置検出手段１２は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のコイル２ｕ〜２ｗの端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ［Ｖ］と、基準電圧Ｖｒｅｆ［Ｖ］、即ち、直流電源の電圧Ｖｄｃ［Ｖ］の１／２とした（１／２）Ｖｄｃ［Ｖ］とをＵ，Ｖ，Ｗ各相毎に比較するコンパレータ１２ｕ〜１２ｗとを備えており、該比較結果を前記ロータ回転位置情報θに対応するロータ２ａの回転位置信号としてコントローラ１３に出力する。
【０００９】
また、前記コントローラ１３は、ロータ２ａの回転を制御するための制御プログラムを格納したメモリ１３ｍ及びタイマ１３ｔを有する制御手段と、前記ＰＷＭ信号を発生し、該ＰＷＭ信号に基づいて前記インバータ回路１０の各半導体スイッチング素子１１ｕａ〜１１ｕｂをオン・オフさせるＰＷＭ信号形成回路１３ｂ（通電信号形成回路）とを備えている。そして、前記制御手段は、前記制御プログラムにより、タイマ１３ｔからの時間情報に基づいて前記ロータ２ａの回転位置信号の時間間隔を求め、これにより回転速度ｆを演算するとともに、該回転速度ｆ、前記速度指令ｆ＊又はトルク指令Ｔ＊、直流電源Ｖｄｃの電圧Ｖｄｃ［Ｖ］よりＰＷＭデューティー比ｄｕｔｙ（各半導体スイッチング素子１１ｕａ〜１１ｕｂのオン・オフの周期におけるオン時間の比）を演算し、得られたＰＷＭデューティー比ｄｕｔｙをロータ回転位置情報θとともにＰＷＭ信号形成回路１３ｂに出力し、当該ＰＷＭ信号形成回路１３ｂにおいてＰＷＭ信号が形成される。尚、前記制御プログラムが動作することで、前記位置検出手段１２によりＰＷＭ信号のオン期間に検出されたロータ回転位置情報θがＰＷＭ信号のオン期間にコントローラ１３のメモリ１３ｍに逐次記憶される。
【００１０】
以下、このブラシレスモータ２の制御装置１の基本動作について図４〜図６を参照してさらに詳細に説明する。尚、図５に示すフローチャートは前記制御プログラムによって実行されるものである。また、ここで、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のコイルに対する通電角を１２０°とする。
【００１１】
図４及び図５を参照して、まず、前記コントローラ１３からリニア電圧信号によりスタート指令を発信し（Ｓ１００）、そして、次のＳ１０１で直流励磁によりロータ２ａを一定の待機区間（回転停止位置）で待機（停止）させる。このようにロータ２ａを一定の待機区間で停止させるのは、当該ロータ２ａの回転停止位置に対応して予め決定しておいた転流タイミングに基づき誘起電圧同期駆動を行うためである。
【００１２】
次に、前記コントローラ１３から強制転流の通電信号を出力し、強制転流を開始する。即ち、図６（ａ）（ｉ）に示すように、強制的にインバータ回路１０を介してＵ，Ｖ，Ｗ各相のコイル２ｕ〜２ｗに通電角１２０°で矩形波からなる印加電圧を印加してロータ２ａを回転させる（Ｓ１０２：強制転流ステップ）。
【００１３】
ここで、仮に強制転流をロータ２ａの一回転周期の電気角３６０°以上に持続させると、図６（ａ）（ii）に示すように、この印加電圧と、ロータ２ａの回転によりＵ，Ｖ，Ｗ各相のコイル２ｕ〜２ｗに誘起された誘起電圧とが重畳した端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ［Ｖ］が、各相のコイル２ｕ〜２ｗに発生する。そして、位置検出手段１２のコンパレータ１２ｕ〜１２ｗにより、各端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ［Ｖ］と基準電圧Ｖｒｅｆ｛＝（１／２）Ｖｄｃ｝［Ｖ］との差分を検出し、両電圧の大小関係に応じて２値化する。即ち、図６（ａ）（iii）に示すように、位置検出手段１２（コンパレータ１２ｕ〜１２ｗ）は、各端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ［Ｖ］が基準電圧Ｖｒｅｆ［Ｖ］より大の場合は、Ｈ信号（１）を出力し、それ以外の場合はＬ信号（０）を出力する。このＨ信号（１）及びＬ信号（０）をＵ，Ｖ，Ｗ各相について２値化数値の組にすることにより、図６（ａ）（α）及び図６（ａ）（β）に示すように、ロータ２ａの一回転周期の電気角３６０°の間、誘起電圧及び印加電圧において、且つＵ，Ｖ，Ｗ各相について、電気角６０°の間隔で［５］（１０１）⇒［１］（１００）⇒［３］（１１０）⇒［２］（０１０）⇒［６］（０１１）⇒［４］（００１）の全部で６（複数）種の波形パターンが得られる（ここで、［］内の数値は、各波形パターンを識別する識別番号を示す）。ここで、印加電圧の各波形パターン［５］〜［４］は、誘起電圧のそれに対して電気角３０°遅れたものとして設定する。該６種の波形パターンは、誘起電圧についてＰＷＭ信号のオン期間（サンプリング時間）毎にサンプリングされ、前記ロータ回転位置情報θとともにコントローラ１３のメモリ１３ｍに逐次記憶される。尚、［５］（１０１）の波形パターンから開始し、［４］（００１）の波形パターンまで時系列で連続する一連の波形パターンを「波形パターンシーケンスＳＱ１」という。この波形パターンシーケンスＳＱ１は、時系列で周期的に繰り返されるものであり、コントローラ１３のメモリ１３ｍに記憶されている。
【００１４】
前記通電角１２０°の間に位置し、強制転流ステップにおいてロータ２ａが回転を開始した後に現れる電気角６０°の通電休止区間においては、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のコイル２ｕ〜２ｗにおいて印加電圧は重畳されず誘起電圧のみが端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ［Ｖ］として発生するようになる。つまり、この通電休止区間においては、誘起電圧［Ｖ］は端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ［Ｖ］と一致するようになる。
【００１５】
以下のＳ１０３〜Ｓ１０５では、位置検出手段１２により、前記通電休止区間における端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ［Ｖ］、即ちＵ，Ｖ，Ｗ各相の誘起電圧［Ｖ］を基準電圧Ｖｒｅｆ［Ｖ］と比較することで誘起電圧について波形パターンをサンプリングし、各端子電圧（誘起電圧）Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ［Ｖ］と基準電圧Ｖｒｅｆ［Ｖ］との差分が０［Ｖ］となるゼロクロス点Ｔｚｕ１，Ｔｚｗ１，Ｔｚｖ１，Ｔｚｕ２，Ｔｚｗ２，Ｔｚｖ２を捕捉する。このゼロクロス点Ｔｚｕ１〜Ｔｚｖ２は、電気角６０°毎に出現し、ロータ２ａの一回転周期の電気角３６０°の間、６回出現することになる。
【００１６】
即ち、ロータ２ａの回転開始後、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相について、前記通電休止区間において、ＰＷＭ信号のオン期間毎に、誘起電圧の波形パターン（図６（ａ）（α）参照）をサンプリングし、今回印加した印加電圧と誘起電圧の両波形パターンを比較する（Ｓ１０３：第１比較ステップ）。その結果、両波形パターンが不一致であれば、次のＳ１０４を実行し、一致しておれば、強制転流ステップＳ１０２の手前に戻り、Ｓ１０２から再度実行する。
【００１７】
次に、前回サンプリングした誘起電圧の波形パターンと、今回サンプリングした誘起電圧の波形パターンとを比較する（Ｓ１０４：第２比較ステップ）。その結果、両波形パターンが一致しておれば、次のＳ１０５を実行し、不一致であれば、強制転流ステップＳ１０２の手前に戻り、Ｓ１０２から再度実行する。
【００１８】
次いで、次回サンプリングするべき誘起電圧の波形パターンと、今回サンプリングした誘起電圧の波形パターンとを比較する（Ｓ１０５：第３比較ステップ）。その結果、両波形パターンが一致しておれば、次のＳ１０６を実行し、不一致であれば、強制転流ステップＳ１０２の手前に戻り、Ｓ１０２から再度実行する。
【００１９】
Ｓ１０６では、強制転流ステップＳ１０２以前のロータ２ａの待機区間（ロータ２ａの回転停止位置）に応じ、予め決定した転流タイミングとしての波形パターンシーケンス（この場合は、波形パターンシーケンスＳＱ１）に設定する。そして、該波形パターンシーケンスＳＱ１を誘起電圧同期駆動の転流タイミングとして、今回サンプリングした時刻、即ち、ゼロクロス点Ｔｚｕ１から遅延時間としての電気角３０°後に誘起電圧同期駆動を開始する（Ｓ１０７：誘起電圧同期駆動ステップ）。逆に云えば、予め誘起電圧の転流タイミングを波形パターンシーケンスＳＱ１に設定しておけば、センサレス駆動の直前にロータ２ａが該波形パターンシーケンスＳＱ１に対応した一定の待機区間で停止している場合に、図６（ａ）（ii）に示すゼロクロス点Ｔｚｕ１を起点として電気角３０°後に、強制転流から当該波形パターンシーケンスＳＱ１に基づく誘起電圧同期駆動に移行できる。
【００２０】
そして、誘起電圧同期駆動においては、図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照して、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のコイル２ｕ〜２ｗについて、ゼロクロス点Ｔｚｕ１から電気角３０°の点Ｔｓｕ１を起点として、電気角６０°毎に、即ち、各ゼロクロス点Ｔｚｕ１，…，Ｔｚｖ２から電気角３０°の点Ｔｓｕ１，…，Ｔｓｖ２毎に、位置検出手段１２の極性反転タイミング（コンパレータ１２ｕ〜１２ｗの出力切り替えタイミング）をもって、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ［Ｖ］の波形パターン［５］，…，［４］に対応した通電電流の方向に切り替えられる。
【００２１】
以上のとおり、従来においては、予め決定した波形パターンシーケンス（例えば、波形パターンシーケンスＳＱ１）に基づいてロータ２ａが回転駆動されるように、予め特定のゼロクロス点Ｔｚｕ１以前の一定の待機区間にロータ２ａを移動・停止させておき、強制転流後にゼロクロス点Ｔｚｕ１の捕捉を行うことで、ブラシレスモータ２の起動及び駆動が行われていた。
【特許文献１】特開平１１−３１８０９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
ところが、何らかの原因でブラシレスモータ２の負荷が大きくなり、ロータ２ａが一定の待機区間からずれて停止した場合や、強制転流によりロータ２ａの回転数が上昇せず、予定したロータ２ａの回転位置でＵ，Ｖ，Ｗ各相のコイル２ｕ〜２ｗに発生した誘起電圧について波形パターンをサンプリングできない場合は、強制転流から波形パターンシーケンスＳＱ１に基づく誘起電圧同期駆動に移行しないため、再度、一定の待機区間にロータ２ａを復帰させる必要が生じる。
【００２３】
この結果、強制転流に要する時間が長期化し、ブラシレスモータ２において無駄に駆動電力が消費されたり、所謂コギング（回転むら）が生じて大きな異音が発生する原因となっていた。
【００２４】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ロータの回転停止位置に依存することなくスムーズに強制転流から誘起電圧同期駆動に移行することができ、大きな異音を発生させることなく高速に起動が行えるブラシレスモータのセンサレス駆動方法、及び、ブラシレスモータの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】
【００２５】
上記問題点を解決するために、複数相のコイルと該コイルに発生する電磁力により回転駆動されるロータとを備えるブラシレスモータのセンサレス駆動方法であって、前記各相のコイルに誘起された誘起電圧と基準電圧との差分を前記各相について２値化し、前記複数相についての２値化数値の組に対応する複数種の波形パターンと、該複数種の波形パターンが時系列で連続することにより構成されるとともに時系列で周期的に繰り返す波形パターンシーケンスとを取得し、且つ、前記ロータの回転停止位置に応じて前記複数の波形パターンのいずれか一つから開始される前記波形パターンシーケンスを選択し、該波形パターンシーケンスに基づいてセンサレス駆動を行うようにしたこと、を要旨とする。
【００２６】
同構成によれば、任意のロータの回転停止位置において、当該回転停止位置に応じた波形パターンシーケンスを選択し、該波形パターンシーケンスに基づいてブラシレスモータをセンサレス駆動する。このため、何らかの原因でブラシレスモータの負荷が大きくなり、ロータが一定の待機区間からずれて停止した場合や、強制転流によりロータの回転数が上昇せず、予定したロータの回転位置で複数相のコイルに誘起電圧が発生しない場合でも、当該一定の待機区間にロータを復帰させる必要がなくなる。この結果、ロータの回転停止位置に依存することなくスムーズに強制転流から誘起電圧同期駆動に切り替えることができるようになる。
【００２７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のブラシレスモータのセンサレス駆動方法において、前記コイルに印加電圧を印加して前記ロータを強制的に回転させる強制転流ステップと、所定のサンプリング時間ごとに、前記誘起電圧の波形パターンをサンプリングし、印加電圧と誘起電圧の両波形パターンを比較する第１比較ステップと、前記両波形パターンが同一でないことが確認されたことを条件に、前回サンプリングされた誘起電圧の波形パターンと、今回サンプリングした誘起電圧の波形パターンとを比較する第２比較ステップと、前記第２比較ステップにおいて両波形パターンが同一であることが確認されたことを条件として、次回サンプリングするべき誘起電圧の波形パターンと、今回サンプリングした誘起電圧の波形パターンとを比較する第３比較ステップと、前記第３比較ステップにおいて両波形パターンが同一であることが確認されたことを条件として、前記強制転流ステップ以前のロータの回転停止位置に応じて、前記波形パターンのいずれか一つから開始される波形パターンシーケンスを選択し、該波形パターンシーケンスに基づいて、今回サンプリングした時刻から所定の電気角後に誘起電圧同期駆動を開始する誘起電圧同期駆動ステップと、を備えたことを要旨とする。
【００２８】
同構成によれば、強制転流ステップ、第１〜第３比較ステップ、及び誘起電圧同期駆動ステップによって、ロータの回転停止位置に依存することなくスムーズに強制転流から誘起電圧同期駆動に切り替えることができる。
【００２９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のブラシレスモータのセンサレス駆動方法において、前記ロータの回転停止位置を、前記第１比較ステップにてサンプリングされ、前記第２比較ステップにて同一でないことが確認された前記誘起電圧と印加電圧の両波形パターンに基づいて推定するようにしたことを要旨とする。
【００３０】
同構成によれば、ロータの回転停止位置を、第１比較ステップにてサンプリングされ、第２比較ステップにて同一でないことが確認された誘起電圧と印加電圧の両波形パターンに基づいて確度高く推定できる。これにより、ロータの回転停止位置が確定され、当該回転停止位置に応じて、誘起電圧同期駆動において基づくべき波形パターンシーケンスを確実に選択することができる。
【００３１】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載のブラシレスモータのセンサレス駆動方法を実行するブラシレスモータの制御装置であって、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のコイルの端子電圧と前記基準電圧とを比較するとともに、該比較結果に基づきロータの回転位置を検出する位置検出手段と、前記強制転流ステップ、第１〜第３比較ステップ、及び、誘起電圧同期駆動ステップを実行するとともに、ロータの回転を制御するための指令信号を出力するコントローラと、前記指令信号に基づき、ロータに駆動電流を供給するインバータ回路とを備えたことを特徴とすることを要旨とする。
【００３２】
同構成によれば、強制転流ステップ、第１〜第３比較ステップ、及び誘起電圧同期駆動ステップによって、ロータの回転停止位置に依存することなくスムーズに強制転流から誘起電圧同期駆動に切り替えるセンサレス駆動が的確に行えるブラシレスモータの制御装置が提供できるようになる。
【００３３】
請求項５に記載の発明は、自動車等の車両のトランスミッションにおいて、アイドルストップ時に低下する油圧を補助するための電動オイルポンプであって、請求項４に記載の制御装置によって回転駆動されるブラシレスモータと、該ブラシレスモータにより駆動されるポンプとを備えたことを要旨とする。
【００３４】
同構成によれば、大きな異音を発生させることなく高速に起動が行える電動オイルポンプが実現され、自動車用途としての信頼性が高められるようになる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、ブラシレスモータにおいて、ロータの回転停止位置に依存することなくスムーズに強制転流から誘起電圧同期駆動に移行することができ、大きな異音を発生させることなく高速に起動が行えるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。
本実施形態に係るブラシレスモータは、図４に示すブラシレスモータ２と同様に、自動車等の車両のトランスミッションにおいて、アイドルストップ時に低下する油圧を補助するための電動オイルポンプ４に備えられるものである。
【００３７】
また、本実施形態のブラシレスモータの制御装置は、図４に示すブラシレスモータ２の制御装置１と構造上同様であって、その動作も以下に特に示す場合を除いて同様なものであり、対応する部位や名称には同一の符号を付してその説明を省略する。また、本実施形態において、ブラシレスモータ２のＵ，Ｖ，Ｗ各相のコイル２ｕ〜２ｗに対する通電角を１２０°とする。また、端子電圧の波形については、簡単のため、U相についてのみ示す。
【００３８】
＜波形パターンシーケンスについて＞
以下、本実施形態のブラシレスモータ２の制御装置１で用いる波形パターンシーケンスについて図面を参照して説明する。
【００３９】
本実施形態に係るブラシレスモータ２の制御装置１において、まず、前記コントローラ１３から強制転流の通電信号を出力し、強制転流を開始すると、図１（ａ）及び図４を参照して、印加電圧と、ロータ２ａの回転によりＵ相のコイル２ｕ〜２ｗに誘起された誘起電圧とが重畳した端子電圧Ｖｕ［Ｖ］が、Ｕ相のコイル２ｕに発生する。
【００４０】
次に、位置検出手段１２のコンパレータ１２ｕ〜１２ｗにより、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のコイル２ｕ〜２ｗの端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ［Ｖ］と基準電圧Ｖｒｅｆ｛＝（１／２）Ｖｄｃ｝［Ｖ］との差分を検出し、両電圧の大小関係に応じてＨ信号（１）及びＬ信号（０）に２値化する。そして、図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照して、このＨ信号（１）及びＬ信号（０）をＵ，Ｖ，Ｗ各相について２値化数値の組にすることにより、ロータ２ａの一回転周期の電気角３６０°の間、誘起電圧及び印加電圧において、且つＵ，Ｖ，Ｗ各相について、電気角６０°の間隔で［５］（１０１）⇒［１］（１００）⇒［３］（１１０）⇒［２］（０１０）⇒［６］（０１１）⇒［４］（００１）の全部で６（複数）種の波形パターンが得られる（ここで、［］内の数値は、各波形パターンを識別する識別番号を示す）。また、本実施形態において、印加電圧の各波形パターンは、誘起電圧のそれに対して電気角３０°遅れたものとして設定する。
【００４１】
ここで、図１（ａ）（ii）に示すように、［５］（１０１）の波形パターンから開始し、［４］（００１）の波形パターンまで時系列で連続する一連の波形パターンを「波形パターンシーケンスＳＱ１」といい、以下同様に、電気角６０°の間隔で順次遅れて発生する［１］（１００），…，［４］（００１）の各波形パターンから開始し、［５］（１０１），…，［６］（００１）の波形パターンまで時系列で連続する一連の波形パターンをそれぞれ、「波形パターンシーケンスＳＱ２，…，ＳＱ６」という。この波形パターンシーケンスＳＱ１〜ＳＱ６は、時系列で周期的に繰り返されるものであり、コントローラ１３のメモリ１３ｍに記憶されている。
【００４２】
＜制御プログラムに基づく基本動作について＞
本実施形態のブラシレスモータ２の制御装置１では、図５に示すフローチャートを実行する制御プログラムに代えて、図２に示すフローチャートを実行する制御プログラムを用いる。以下、当該制御プログラムに基づく制御装置１の基本動作について、図面を参照して説明する。
【００４３】
図１（ａ）、図２、及び図４を参照して、まず、コントローラ１３からリニア電圧信号によりスタート指令を発信し（Ｓ０）、そして、次のＳ１で直流励磁によりロータ２ａを任意の待機区間（回転停止位置）Ｗｓ（°）で待機（停止）させる。ここで、ロータ２ａの待機区間Ｗｓ（°）（ロータ２ａの回転停止位置）は、後述するように、第１比較ステップＳ３にてサンプリングされ、第２比較ステップＳ４にて同一でないことが確認された誘起電圧と印加電圧の両波形パターンに基づいて推定される。
【００４４】
次に、前記コントローラ１３から強制転流の通電信号を出力し、強制転流を開始する。即ち、強制的にインバータ回路１０を介してＵ，Ｖ，Ｗ各相のコイル２ｕ〜２ｗに通電角１２０°で矩形波からなる印加電圧を印加してロータ２ａを回転させる。ここでの強制転流におけるロータ２ａの回転数は、２８０［ｒｐｍ］とする（Ｓ２：強制転流ステップ）。
【００４５】
すると、図１（ａ）を参照して、ロータ２ａの一回転周期の電気角３６０°の間、誘起電圧及び印加電圧において、且つＵ，Ｖ，Ｗ各相について、電気角６０°の間隔で［５］（１０１）⇒［１］（１００）⇒［３］（１１０）⇒［２］（０１０）⇒［６］（０１１）⇒［４］（００１）の全部で６（複数）種の波形パターンが得られる。
【００４６】
この６種の波形パターンは、図１（ｂ）及び図４を参照して、誘起電圧についてＰＷＭ信号のオン期間（サンプリング時間）毎にサンプリングされ、ロータ回転位置情報（ロータ回転位置パターン）θとともにコントローラ１３のメモリ１３ｍに逐次記憶される。ここで、通電角１２０°の間に位置し、強制転流ステップにおいてロータ２ａが回転を開始した後に現れる電気角６０°の通電休止区間においては、Ｕ相のコイル２ｕにおいて印加電圧は重畳されず誘起電圧のみが端子電圧Ｖｕ［Ｖ］として発生するようになる。つまり、この通電休止区間においては、誘起電圧は端子電圧と一致するようになる。
【００４７】
以下のＳ３〜Ｓ５では、位置検出手段１２により、前記通電休止区間における端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ［Ｖ］、即ちＵ，Ｖ，Ｗ各相の誘起電圧を基準電圧Ｖｒｅｆ［Ｖ］と比較することで誘起電圧について波形パターンをサンプリングし、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の端子電圧（誘起電圧）Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ［Ｖ］と基準電圧Ｖｒｅｆ［Ｖ］との差分が０［Ｖ］となるゼロクロス点Ｔｚｕ１〜Ｔｚｖ２のいずれかを捕捉する。
【００４８】
即ち、ロータ２ａの回転開始後、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相について、前記通電休止区間において、ＰＷＭ信号のオン期間毎に、誘起電圧の波形パターン（図６（ａ）（α）参照）をサンプリングし、印加電圧と誘起電圧の両波形パターンを比較する（Ｓ３：第１比較ステップ）。その結果、両波形パターンが不一致であれば、次のＳ４を実行し、一致しておれば、強制転流ステップＳ２の手前に戻り、Ｓ２から再度実行する。
【００４９】
次に、前回サンプリングした誘起電圧の波形パターンと、今回サンプリングした誘起電圧の波形パターンとを比較する（Ｓ４：第２比較ステップ）。その結果、両波形パターンが一致しておれば、次のＳ５を実行し、不一致であれば、強制転流ステップＳ２の手前に戻り、Ｓ２から再度実行する。
【００５０】
そして、次回サンプリングするべき誘起電圧の波形パターンと、今回サンプリングした誘起電圧の波形パターンとを比較する（Ｓ５：第３比較ステップ）。その結果、両波形パターンが一致しておれば、次のＳ６を実行し、不一致であれば、強制転流ステップＳ２の手前に戻り、Ｓ２から再度実行する。
【００５１】
Ｓ６では、強制転流ステップＳ２以前のロータ２ａの待機区間（ロータ２ａの回転停止位置）に応じて波形パターンシーケンスを選択する。即ち、例えば、ロータ２ａが図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す待機区間Ｗｓ（°）に位置する場合は、波形パターンシーケンスＳＱ１を選択し、待機区間Ｗｓ（°）より電気角６０°遅れて位置する場合は、波形パターンシーケンスＳＱ２を選択する。さらに以下同様である。ここで、ロータ２ａの待機区間Ｗｓ（°）（ロータ２ａの回転停止位置）は、前記第１比較ステップＳ３にてサンプリングされ、第２比較ステップＳ４にて同一でないことが確認された誘起電圧と印加電圧の両波形パターンに基づいて推定する。例えば、図６（ａ）を参照して、誘起電圧の波形パターンが［５］、印加電圧の両波形パターンが［４］の場合は、ロータ２ａの待機区間Ｗｓ（°）は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すとおりとなる。尚、図１（ａ）に示すように、任意の波形パターン（この場合は［４］）が占める電気角６０°の間に待機区間Ｗｓ（°）が存在する場合は、ゼロクロス点Ｔｚｕ１の前に、当該ゼロクロス点Ｔｚｕ１の捕捉に必要な助走区間Ｒｓ（°）（Ｗｓ＞＞Ｒｓ）が必要となる。つまり、待機区間Ｗｓ（°）＋助走区間Ｒｓ（°）＝電気角６０°となる。
【００５２】
続いて、該選択された波形パターンシーケンスＳＱ１を誘起電圧同期駆動の転流タイミングとして、今回サンプリングした時刻、即ち、ゼロクロス点Ｔｚｕ１から遅延時間としての電気角３０°後に誘起電圧同期駆動を開始する（Ｓ７：誘起電圧同期駆動ステップ）。
【００５３】
そして、誘起電圧同期駆動においては、図１（ａ）、図４、及び図６（ａ）を参照して、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のコイル２ｕ〜２ｗについて、ゼロクロス点Ｔｚｕ１から電気角３０°の点Ｔｓｕ１を起点として、電気角６０°毎に、即ち、各ゼロクロス点Ｔｚｕ１，…，Ｔｚｖ２から電気角３０°の点Ｔｓｕ１，…，Ｔｓｖ２毎に、位置検出手段１２の極性反転タイミング（コンパレータ１２ｕ〜１２ｗの出力切り替えタイミング）をもって、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ［Ｖ］の波形パターン［５］，…，［４］に対応した通電電流の方向に切り替えられる。
【００５４】
＜制御装置の具体的動作について＞
以下、上記したブラシレスモータ２の制御装置１の具体的動作を図面を参照して従来技術と対比しつつ説明する。
【００５５】
まず、従来技術においては、図３（ｂ）（Ｉ）に示すように、予めロータ２ａが波形パターンシーケンスＳＱ１に対応した一定の待機区間にある場合は、特定のゼロクロス点Ｔｚｕ１（図６（ａ）参照）の捕捉が迅速に行え、当該ゼロクロス点Ｔｚｕ１を起点として電気角３０°後に、強制転流から所定の波形パターンシーケンスＳＱ１に基づく誘起電圧同期駆動にスムーズに移行できる。
【００５６】
ところが、図３（ｂ）（ＩＩ）に示すように、何らかの原因でブラシレスモータ２の負荷が大きくなり、ロータ２ａが一定の待機区間からずれて停止した場合は、波形パターンシーケンスＳＱ１に基づいて誘起電圧同期駆動に移行させることができない。このため、再度、前記一定の待機区間にロータ２ａを復帰させる必要が生じ、結果として、ゼロクロス点Ｔｚｕ１の捕捉が迅速に行えなかったことになる。
【００５７】
これと同様に、図３（ｂ）（ＩＩＩ）に示すように、強制転流によりロータ２ａの回転数が上昇せず、予定したロータ２ａの回転位置でＵ，Ｖ，Ｗ各相のコイル２ｕ〜２ｗに発生した誘起電圧について波形パターンをサンプリング（検出）できない場合についても、任意のロータ２ａの回転停止位置（［１］〜［５］のいずれかの手前の位置）において、当該回転停止位置からロータ２ａを回転開始し、常に同じ波形パターンシーケンスＳＱ１に基づくのでは誘起電圧同期駆動に移行させることができない。このため、再度、前記一定の待機区間にロータ２ａを復帰させる必要が生じ、結果として、ゼロクロス点Ｔｚｕ１の捕捉が迅速に行えなかったことになる。
【００５８】
これに対して、本実施形態においては、図３（ａ）（Ｉ）（ｉ）に示すように、ロータ２ａの回転停止位置が予定の位置からずれた場合であっても、当該ロータ２ａの回転停止位置（［５］の手前の位置）に応じて波形パターン［５］から開始される波形パターンシーケンスＳＱ１を選択し、該選択された波形パターンシーケンスＳＱ１に基づいて強制転流から誘起電圧同期駆動にスムーズに移行できる。また、これと同様に、図３（ａ）（Ｉ）（ii）に示すように、ロータ２ａの回転停止位置が予定の位置からずれた場合において、当該ロータ２ａの回転停止位置（［１］の手前の位置）に応じて波形パターン［１］から開始される波形パターンシーケンスＳＱ２を選択し、該選択された波形パターンシーケンスＳＱ２に基づいて強制転流から誘起電圧同期駆動にスムーズに移行できる。そして、図３（ａ）（Ｉ）（ｉ）及び（ii）のいずれの場合も、結果として、各ゼロクロス点Ｔｚｕ１，Ｔｚｗ１（図６（ａ）参照）の捕捉が迅速に行えることになる。
【００５９】
さらには、図３（ａ）（ＩＩ）に示すように、強制転流によりロータ２ａの回転数が上昇せず、予定したロータ２ａの回転位置でＵ，Ｖ，Ｗ各相のコイル２ｕ〜２ｗに発生した誘起電圧について波形パターンをサンプリング（検出）できない場合であっても、任意のロータ２ａの回転停止位置（［１］〜［５］のいずれかの手前の位置）において、当該回転停止位置に応じた波形パターンシーケンスＳＱ１〜ＳＱ６のいずれかに基づいて強制転流から誘起電圧同期駆動に移行させることができるようになり、結果として、各ゼロクロス点Ｔｚｕ１，…，Ｔｚｖ２（図６（ａ）参照）の捕捉が迅速に行えることになる。
【００６０】
以上、本実施形態のブラシレスモータのセンサレス駆動方法によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。
（１）任意のロータ２ａの回転停止位置において、当該回転停止位置に応じた波形パターンシーケンスＳＱ１〜ＳＱ６のいずれかを選択し、該波形パターンシーケンスＳＱ１〜ＳＱ６のいずれかに基づいてブラシレスモータ２をセンサレス駆動する。このため、何らかの原因でブラシレスモータ２の負荷が大きくなり、ロータ２ａが一定の待機区間Ｗｓ（°）からずれて停止した場合や、強制転流によりロータ２ａの回転数が上昇せず、予定したロータ２ａの回転位置でＵ，Ｖ，Ｗ各相のコイル２ｕ〜２ｗに誘起電圧が発生しない場合でも、当該一定の待機区間Ｗｓ（°）にロータ２ａを復帰させる必要がなくなる。この結果、ロータ２ａの回転停止位置に依存することなくスムーズに強制転流から誘起電圧同期駆動に切り替えることができるようになる。
【００６１】
（２）強制転流ステップＳ２、第１〜第３比較ステップＳ３〜Ｓ５、及び誘起電圧同期駆動ステップＳ７によって、ロータ２ａの回転停止位置（待機区間）に依存することなくスムーズに強制転流から誘起電圧同期駆動に切り替えることができる。
【００６２】
（３）ロータ２ａの回転停止位置を、第１比較ステップＳ３にてサンプリングされ、第２比較ステップＳ４にて同一でないことが確認された誘起電圧と印加電圧の両波形パターンに基づいて確度高く推定できる。これにより、ロータ２ａの回転停止位置が確定され、当該回転停止位置に応じて、誘起電圧同期駆動において基づくべき波形パターンシーケンスＳＱ１〜ＳＱ６のいずれかを確実に選択することができる。
【００６３】
（４）Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のコイル２ｕ〜２ｗに通電角を１２０°としたので、印加電圧は重畳されず誘起電圧のみが端子電圧として発生し、当該誘起電圧からロータ２ａの磁極位置（回転位置）を検出する通電休止区間が十分な長さの電気角６０°に確保でき、センサレス駆動が安定して行えるようになる。
【００６４】
（５）自動車等の車両のトランスミッションにおいて、アイドルストップ時に低下する油圧を補助するための電動オイルポンプに、本実施形態のブラシレスモータ２を使用するので、大きな異音を発生させることなく高速に起動が行える電動オイルポンプが実現され、自動車用途としての信頼性が高められるようになる。
【００６５】
尚、上記実施形態は、以下のように変形してもよい。
・上記実施形態では、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のコイル２ｕ〜２ｗに通電角を１２０°とし、それに対応して通電休止区間の電気角を６０°としたが、誘起電圧からロータ２ａの磁極位置（回転位置）を検出する通電休止区間が十分な長さに確保できる限り、その他の通電角（例えば１００°）にも変更可能である。
【００６６】
・上記実施形態では、インナーロータ型のブラシレスモータ２を意図したが、本発明の技術的思想は、ステータがロータの外周に位置する所謂アウタロータ型のブラシレスモータをセンサレス駆動する際にも同様に適用できる。
【００６７】
・上記実施形態では、ロータ２ａの回転停止位置を、第１比較ステップＳ３にてサンプリングされ、第２比較ステップＳ４にて同一でないことが確認された誘起電圧と印加電圧の両波形パターンに基づいて推定するようにしたが、その他の方法で推定しても勿論よい。
【００６８】
・上記実施形態では、ブラシレスモータ２を自動車等の車両のトランスミッションにおいて、アイドルストップ時に低下する油圧を補助するための電動オイルポンプに使用したが、本発明の技術的思想に基づくブラシレスモータ２は、その他の用途、例えば、冷蔵庫やコンピュータ等の各種電子機器用途にも使用できることは言うまでもない。
【００６９】
・上記実施形態では、コントローラ１３とインバータ回路１０をそれぞれ個別のＩＣで構成したが、両者は一体の専用ＩＣ又は汎用ＣＰＵで構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】（ａ）は、本発明の実施形態に係る（ｉ）ブラシレスモータのＵ相の端子電圧（誘起電圧＋印加電圧）波形グラフと、（ｉｉ）Ｕ，Ｖ，Ｗ各相についての各波形パターンから開始する波形パターンシーケンスとの対応関係を示す図、（ｂ）は、（ａ）の非通電区間の周辺を拡大した拡大図。
【図２】本発明に係るブラシレスモータのセンサレス駆動方法の手順を示すフローチャート図。
【図３】（ａ）は、本発明に係るブラシレスモータのセンサレス駆動の具体的動作を説明する模式図、（ｂ）は、従来例のブラシレスモータのセンサレス駆動の具体的動作を説明する模式図。
【図４】従来例及び本発明に係るブラシレスモータの回路ブロック図。
【図５】従来例のブラシレスモータのセンサレス駆動方法の手順を示すフローチャート図。
【図６】（ａ）は、従来例及び本発明に係るブラシレスモータのＵ，Ｖ，Ｗ各相の（ｉ）印加電圧波形グラフ、（ii）端子電圧（誘起電圧＋印加電圧）波形グラフ、（iii）コンパレータ出力、（α）端子電圧（誘起電圧）の波形パターン、（β）印加電圧の波形パターンをそれぞれ示す図、（ｂ）は、従来例及び本発明に係るブラシレスモータの（ｉ）端子電圧の波形パターンと、（ii）Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のコイルに対する通電電流の方向との対応関係を示す図。
【符号の説明】
【００７１】
ＳＱ１〜ＳＱ６…波形パターンシーケンス、１…制御装置、２…ブラシレスモータ、２ａ…ロータ、２ｕ〜２ｗ…コイル、１０…インバータ回路、１２…位置検出手段、１３…コントローラ。
【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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