(57)【要約】【課題】マグネットロータの現在の角度及び速度の検出のために行われるＣＰＵの演算負荷を軽減することができ、低コストのＣＰＵを使用することができるブラシレスモータの制御装置を提供する。【解決手段】速度角度検出部４０は各相のホールＩＣ信号に基づいて電気角６０度毎のパターン切換を検出するパターン検出部４１と、電気角３６０度を規定して３６０度分の基準クロック回数を積算する３６０度カウンタ４３を備える。速度角度検出部４０は３６０度カウンタ４３が積算した基準クロック回数に基づき速度ωを検出する速度検出部４４と、検出された速度ωに基づいて１基準クロック数当たりの平均電気角を算出し、算出した平均電気角を基準クロック回数毎に積算して更新することによりマグネットロータの現在の角度θを検出する発振部４２を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネットロータの角度検出及び速度検出を磁気検出手段の検出信号に基づいて行い、前記角度検出と速度検出に基づいて複数相のステータ巻線を正弦波駆動させて前記マグネットロータを回転させるブラシレスモータの制御装置において、
前記検出信号に基づいて同検出信号の電気角６０度毎のパターン切換を検出するパターン検出手段と、
前記パターン切換の検出によって電気角３６０度を規定し、同３６０度分の基準クロック回数を積算する３６０度カウンタと、
前記３６０度カウンタが積算した前記基準クロック回数に基づいて速度を検出する速度検出手段と、
前記検出された速度に基づいて１基準クロック数当たりの平均電気角を算出し、算出した前記平均電気角を基準クロック回数毎に積算して更新することによりマグネットロータの現在の角度を検出する角度検出手段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２】
前記角度検出手段は、前記パターン検出手段がパターンを検出した際に、角度補正を行うことを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータの制御装置。
【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制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスモータの正弦波駆動における駆動方法としては、座標変換によるベクトル制御や、固定座標系により正弦波電流を直接駆動する方法が一般的である。上記のいずれの駆動方法においても、ブラシレスモータを駆動する場合、ロータの現在の回転位置である現在の角度を検出するためのホールＩＣが用いられることが多い。例えば３相ブラシレスＤＣモータの場合、マグネットロータの周囲に例えば１２０度又は６０度間隔で３個のホール素子が配置される。そして、３個のホールＩＣから出力されたホールＩＣ信号に基づいて、電気角６０度毎の信号を生成し、この電気角６０度毎の信号に基づいて現在の角度（位置）及び速度を算出するようにしている。
【０００３】
図６は、ホールＩＣ信号に基づいて、現在の角度（位置）と速度の算出を行う従来の制御装置が備えるＣＰＵの機能ブロック図である。ＣＰＵ１００は、パターン検出部１０１、現在角度演算部１０２及び速度検出部１０３を備えている。パターン検出部１０１では、入力された３個のホールＩＣ信号の立ち上がり、立ち下がりのエッジ検出を行うことによって、パターン検出を行い、電気角６０度の検出を行う。そして、現在角度演算部１０２では、この検出された電気角６０度に基づいて現在の角度θ（位置）の検出を行うとともに、速度検出部１０３では速度ωの検出を行うようにされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、正弦波駆動を行うためには、ホールＩＣの電気角６０度毎の信号からいかに正確な現在の角度（位置）、及び速度ωを算出するかが重要である。従来は、この現在の角度θ（位置）と、速度検出のためには、一番高速なループでＣＰＵは演算を行うようにしている。従って、従来においては、現在の角度θの検出、及び速度ωの検出は、ＣＰＵの負荷が大きくなる問題があり、高速な演算をさせるためには、高速演算が可能な高コストのＣＰＵで行う必要があった。
【０００５】
本発明の目的は、マグネットロータの現在の角度及び速度の検出のために行われるＣＰＵの演算負荷を軽減することができ、低コストのＣＰＵを使用することができる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】
【０００６】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、マグネットロータの角度検出及び速度検出を磁気検出手段の検出信号に基づいて行い、前記角度検出と速度検出に基づいて複数相のステータ巻線を正弦波駆動させて前記マグネットロータを回転させるブラシレスモータの制御装置において、前記検出信号に基づいて同検出信号の電気角６０度毎のパターン切換を検出するパターン検出手段と、前記パターン切換の検出によって電気角３６０度を規定し、同３６０度分の基準クロック回数を積算する３６０度カウンタと、前記３６０度カウンタが積算した前記基準クロック回数に基づいて速度を検出する速度検出手段と、前記検出された速度に基づいて１基準クロック数当たりの平均電気角を算出し、算出した前記平均電気角を基準クロック回数毎に積算して更新することによりマグネットロータの現在の角度を検出する角度検出手段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を要旨とするものである。
【０００７】
請求項１のブラシレスモータの制御装置では、３６０度カウンタが検出信号のパターン切換の検出によって電気角３６０度を規定し、同３６０度分の基準クロック回数を積算し、速度検出手段が電気角３６０度分の基準クロック回数に基づいて速度を検出するようにしているため、速度検出手段では速度検出処理を割り込み外処理で行うことができ、ＣＰＵの負荷が低減できる。又、請求項１のブラシレスモータの制御装置では、角度検出手段が、検出された速度に基づいて１基準クロック数当たりの平均電気角を算出し、算出した前記平均電気角を基準クロック回数毎に積算して更新することによりマグネットロータの現在の角度を検出するという簡単な処理であるため、ＣＰＵ負荷が軽減される。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１において、前記角度検出手段は、前記パターン検出手段がパターンを検出した際に、角度補正を行うことを特徴とする。請求項２の発明では、パターン検出手段がパターンを検出した際に、角度補正が行われ、速度が変化した場合においても、適正な角度の検出を行うことができる。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明によれば、マグネットロータの現在の角度及び速度の検出のために行われるＣＰＵの演算負荷を軽減することができ、低コストのＣＰＵを使用することができる効果を奏する。
【００１０】
請求項２の発明によれば、角度補正が、パターン検出手段がパターンを検出した際に、角度補正を行うため、速度が変化した際にも、角度が正しく補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を具体化した電動ポンプのブラシレスモータとしての三相ブラシレスＤＣモータの制御装置の一実施形態を図１〜４を参照して説明する。
図１は、３相ブラシレスモータの制御装置の機能ブロック図である。制御装置１０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、及び図示しないＲＯＭ、及びＲＡＭを備えている。
【００１２】
図１に示すように、速度制御部１２は、入力端子１１から入力された速度指令信号ω＊と速度角度検出部４０が検出した速度ωの偏差を入力して増幅し、電流指令値ｉ＊を出力する。
【００１３】
電流制御部１４は、速度制御部１２から出力された電流指令値ｉ＊と、電流検出部３０が検出した電流値ｉｋとの偏差を入力して増幅し、モータ電流ｉｍを出力する。
制御量変換部１６では、モータ電流ｉｍと、速度角度検出部４０から入力された現在の角度θ（現在位置）に基づいて、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の位相に合った正弦波形状の制御量をそれぞれ算出して、ＰＷＭ変換部１８に出力する。
【００１４】
ＰＷＭ変換部１８では、ＰＷＭ信号の搬送波である三角波を発生する三角波形発生回路やコンパレータ（ともに図示しない）を備えている。なお、三角波は所定のキャリア周波数を有する。そして、前記コンパレータは、入力された各相の正弦波形状の制御量と、前記三角波のレベルを比較して前記制御量のレベルが高い場合にハイレベル、低い場合にローレベルとなるＰＷＭ信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗをインバータ２０に出力する。
【００１５】
インバータ２０は、電圧形制御方式の３相ＰＷＭインバータから構成されている。インバータ２０は、入力されたＰＷＭ信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗに基づいてＰＷＭ制御し、ブラシレスモータ２４のＵ相，Ｖ相，Ｗ相のステータ巻線に流れる電流を制御する。
【００１６】
シャント抵抗２２ｕ，２２ｖ，２２ｗは、それぞれ各相のステータ巻線とＰＷＭ変換部１８との間に接続されている。
又、シャント抵抗２８は、シャント抵抗２２ｕ，２２ｖ，２２ｗの各相のステータ巻線側端子が接続される接続点Ｐとアース間に設けられている。シャント抵抗２８の端子電圧は、ブラシレスモータ２４の各相に流れる電流を合わせた総電流を検出するために電流検出部３０に入力される。電流検出部３０は、オペアンプ（図示しない）等を有する公知の構成であり、シャント抵抗２８の端子電圧に基づいてシャント抵抗２８に流れる総電流を検出する。
【００１７】
ブラシレスモータ２４は、ステータ巻線とマグネットロータとにより構成され、マグネットロータの位置（現在の角度θ）を検出するために、磁気検出手段としてのホールＩＣで構成される位置検出器２６（２６ｕ，２６ｖ，２６ｗ）が配置されている。位置検出器２６の配置は、マグネットロータの周囲に例えば１２０度又は６０度間隔で配置されている。位置検出器２６により出力される検出信号としてのホールＩＣ信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗは速度角度検出部４０に出力される。
【００１８】
ホールＩＣ信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗは、図３に示すように、各相のステータ巻線に発生する誘起電圧の正半波期間がハイレベル、負半波期間がローレベルとなる信号に対して電気角で３０°位相遅れとなるように出力される。なお、ホールＩＣ信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗは互いに電気角で１２０°の位相がずれている。
【００１９】
図２はＣＰＵが速度角度検出部４０として機能する機能ブロック図である。同図に示すように速度角度検出部４０は、パターン検出手段としてのパターン検出部４１と、３６０度カウンタ４３と、角度検出手段としての発振部４２とから構成されている。パターン検出部４１は、ホールＩＣ信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを入力すると、ホールＩＣ信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗの信号レベルが変化するタイミングである立上がり、立下がりエッジを検出することにより、電気角６０度毎のパターン切換を検出する。電気角６０度の周期は以後、変化周期という。そして、パターン検出部４１は、電気角６０度の検出が６回繰り返される毎に、３６０度カウンタ４３にリセット信号を出力する。
【００２０】
３６０度カウンタ４３は、ＣＰＵが備えている図示しない基準クロックジェネレータから出力される基準クロック信号Ｃｋを入力し、その基準クロック回数を積算（すなわち、カウント）するようにされている。そして、３６０度カウンタ４３は、前記パターン検出部４１から電気角３６０度毎にリセット信号が入力されると、電気角３６０度毎に積算した基準クロック回数を速度検出手段としての速度検出部４４に出力するとともに基準クロック回数を０にしてリセットしてからカウントを再開する。このように、３６０度カウンタ４３は、電気角３６０度分の基準クロック回数を積算する。
【００２１】
前記パターン検出部４１のエッジ検出のための検出周期及び３６０度カウンタ４３のカウント周期は、前記基準クロック信号Ｃｋの周期とされるとともに電気角６０度の変化周期よりも十分に短い周期とされている。
【００２２】
速度検出部４４は、３６０度カウンタ４３から通知された電気角３６０度分の基準クロック回数に基づいて速度ωを算出（すなわち、検出）して、速度ωを発振部４２に入力するとともに速度の偏差の算出に使用される。速度検出部４４における速度検出処理は、３６０度カウンタ４３からの通知を待って行う処理であり、３６０度カウンタ４３のカウントと周期よりも長い周期で割り込み外で実行される。
【００２３】
発振部４２は、入力した速度ωに基づいて、基準クロック毎に変化する平均電気角Δθを算出し、この平均電気角Δθを基準クロック毎に加算して累積することにより、現在の角度θの更新を行う。
【００２４】
図４は発振部４２が基準クロック毎に割込で実行する処理のフローチャートである。
Ｓ１０で発振部４２は割込禁止にし、Ｓ２０で速度ωの更新（すなわち、速度検出部４４からの入力）があったか否かを判定し、速度ωの更新があれば、Ｓ３０で更新された速度ωに基づいて平均電気角Δθ（＝速度ω／基準クロック周期）の算出を行う。発振部４２は、Ｓ４０では、前回の制御周期で算出した角度θに対して、Ｓ３０で算出した平均電気角Δθを、或いは、Ｓ２０で「ＮＯ」と判定した場合は、前回の制御周期で使用した平均電気角Δθを、加算することにより角度θを更新する。
【００２５】
Ｓ５０では、発振部４２はパターン検出部４１からのエッジ検出有りの通知があったか否かを判定し、エッジ検出有りの通知がなければ、Ｓ７０に移行する。パターン検出部４１からのエッジ検出有りの通知があった場合、発振部４２は、Ｓ６０で、角度θを、角度θが最も近い６０×ｎ（なお、ｎは１〜６の整数）の電気角に補正し、Ｓ７０に移行する。
【００２６】
Ｓ７０では、発振部４２は、角度θが３６０度であるか否かを判定し、角度θが３６０度であれば、Ｓ８０で角度θから３６０度を減算して、すなわち、角度θを０度にしてＳ９０に移行する。又、発振部４２はＳ７０で「ＮＯ」と判定した場合には、Ｓ９０に移行する。Ｓ９０では、現在の角度θを制御量変換部１６に出力し、Ｓ１００で割込許可して、このフローチャートを終了する。
【００２７】
以上のように構成された実施形態のブラシレスＤＣモータの制御装置は、下記の特徴がある。
（１）  本実施形態の制御装置１０では、ホールＩＣ信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ（検出信号）に基づいて同信号の電気角６０度毎のパターン切換を検出するパターン検出部４１（パターン検出手段）と、パターン切換の検出によって電気角３６０度を規定し、同３６０度分の基準クロック回数を積算する３６０度カウンタ４３を備える。又、制御装置１０は、３６０度カウンタ４３が積算した基準クロック回数に基づいて速度ωを検出する速度検出部４４（速度検出手段）を備える。又、制御装置１０は、検出された速度ωに基づいて１基準クロック数当たりの平均電気角Δθを算出し、算出した平均電気角Δθを基準クロック回数毎に積算して更新することによりマグネットロータの現在の角度θを検出する発振部４２（角度検出手段）とを備える。
【００２８】
このため、制御装置１０では、３６０度カウンタ４３がホールＩＣ信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗのパターン切換の検出によって電気角３６０度を規定し、同３６０度分の基準クロック回数を積算する。そして、速度検出部４４が電気角３６０度分の基準クロック回数に基づいて速度を検出するようにしているため、速度検出部４４では速度検出処理を割り込み外処理で行うことができ、ＣＰＵの負荷を低減できる。
【００２９】
又、制御装置１０では、発振部４２が、検出された速度ωに基づいて１基準クロック数当たりの平均電気角Δθを算出し、算出した平均電気角Δθを基準クロック回数毎に積算して更新することによりマグネットロータの現在の角度を検出するという簡単な処理であるため、ＣＰＵ負荷を軽減することができ、低コストのＣＰＵを使用することができる。  
【００３０】
（２）  又、本実施形態の制御装置１０は、パターン検出部４１がパターンを検出した際に、角度補正を行うため、速度が変化した際にも、現在の角度θを正しく補正することができる。
【００３１】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図５のブラシレスモータの制御装置２００に具体化した第２実施形態を説明する。なお、第１実施形態と同一又は相当する構成については、同一符号を付して、その説明を省略する。図５は制御装置２００の電気的構成のブロック図である。
【００３２】
ブラシレスモータ２４のＵ相及びＷ相に流れる電流（すなわち、シャント抵抗２２ｕ，２２ｗに流れる電流）は、シャント抵抗２２ｕ，２２ｗの端子間電圧が電流検出部３０に印加されることにより検出される。ここで、Ｖ相に流れる電流は、Ｕ相及びＷ相の検出された値に基づいて電流検出部３０により算出される。各相の電流値ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは、３相／２相変換部５０に取り込まれ、ｄ／ｑ変換（２相変換）される。
【００３３】
ここで、ｄ／ｑ変換とは、ブラシレスモータ２４のマグネットロータの磁束と同一方向をｄ軸とし、このｄ軸と直交する方向をｑ軸とした直交座標を設定し、その直交座標に対して各相に流れる交流電流のベクトルを写像することにより、交流を直流として演算する手法である。
【００３４】
位置検出器２６により検出されたホールＩＣ信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗは、第１実施形態と同様に速度角度検出部４０に入力される。速度角度検出部４０は第１実施形態と同様に、現在の角度θと、速度ωを算出する。そして、電流値ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは、３相／２相変換部５０において角度θを用いてｄ／ｑ変換され、電流値ｉｄ，ｉｑとして出力される。
【００３５】
速度制御部１２は、入力端子１１から入力された速度指令信号ω＊と速度角度検出部４０が検出した速度ωの偏差を入力して増幅し、ｑ軸電流指令値ｉｑ＊を出力する。
ｉ軸電流制御部５２は、速度制御部１２から出力されたｑ軸電流指令値ｉｑ＊と、３相／２相変換部５０から出力された電流値ｉｑとの偏差を入力して、比例積分するとともに、電圧方程式を用いてｑ軸電圧指令値Ｖｑ*を演算する。又、ｑ軸電流制御部５３は、３相／２相変換部５０から出力された電流値ｉｄを入力して、比例積分するとともに、電圧方程式を用いてｄ軸電圧指令値Ｖｄ*を演算する。なお、ブラシレスモータ２４は、マグネットロータを有していることから該ロータ自身には励磁電流を流す必要がないため、ｄ軸電流指令値ｉｄ*＝０である。
【００３６】
２相／３層変換部５４は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ*及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ*を入力して３相変換（ｄ／ｑ逆変換）し、電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*を演算する。そして、ＰＷＭ変換部５５は、電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*を入力して、それぞれ対応するパルス幅を有するパルス信号をインバータ２０へ出力し、各相へ駆動電圧を印加する。以上のように、指令値及びフィードバック値の偏差が０になるように制御する。
【００３７】
上記のように構成された第２実施形態においても、速度角度検出部４０によって、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
【００３８】
○  前記各実施形態では、磁気検出手段としての位置検出器２６としてホールＩＣを採用したが、ホール素子でもよい。この場合は、ホール素子と該ホール素子の出力を２値化するコンパレータと組み合わせるものとする。
【００３９】
○  第２実施形態では、速度角度検出部４０を、座標変換によるベクトル制御が行われる制御装置に具体化したが、固定座標系による直接正弦波電流を制御する制御装置に具体化してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態の３相ブラシレスモータの制御装置の機能ブロック図。
【図２】速度角度検出部４０のブロック図。
【図３】（ａ）はホールＩＣ信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗの波形図、（ｂ）は、基準クロック信号Ｃｋの波形図である。
【図４】発振部４２が実行するフローチャート。
【図５】第２実施形態の３相ブラシレスモータの制御装置の機能ブロック図。
【図６】従来の速度検出と角度検出を行うＣＰＵの機能ブロック図。
【符号の説明】
【００４１】
θ…角度、ω…速度、Δθ…平均電気角、
１０…制御装置、２４…ブラシレスモータ、２６…位置検出器（磁気検出手段）、
４０…速度角度検出部、４１…パターン検出部（パターン検出手段）、
４２…発振部（角度検出手段）、４３…３６０度カウンタ。
【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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