(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ信号出力手段（２１）と、
ブラシレスモータ（１６）の無通電相に誘起する誘起電圧に基づいて前記ブラシレスモータのロータの回転位置を推定するロータ回転位置推定手段（１３）と、
前記ＰＷＭ信号出力手段が出力する前記ＰＷＭ信号と前記ロータ回転位置推定手段から入力される回転位置信号に基づいて駆動信号を出力する駆動信号出力手段（２２）と、
前記駆動信号出力手段が出力する前記駆動信号に基づいて複数のスイッチング素子（１１ａ）をオン／オフすることにより前記ブラシレスモータを駆動するインバータ回路部（１１）と、
前記ＰＷＭ信号のオン期間内に対応付けて、前記ロータ回転位置推定手段による推定処理をマスクするマスク期間を設定するマスク期間設定手段（３１）と、
を備え、
前記マスク期間設定手段は、
前記ＰＷＭ信号のオン期間に応じて、設定する前記マスク期間の長さを変化させるものであり、
前記マスク期間として、前記無通電相の電圧にノイズが発生してから当該ノイズが収束するまでの期間よりも長く、且つ、前記ＰＷＭ信号のオン期間よりも短い期間を設定し、
前記無通電相の電圧にノイズが発生してから当該ノイズが収束するまでの期間が前記ＰＷＭ信号のオン期間よりも長い場合には、所定条件が成立すると、前記ＰＷＭ信号のオン期間を前記無通電相の電圧にノイズが発生してから当該ノイズが収束するまでの期間よりも長くすることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記所定条件として、前記ＰＷＭ信号の１パルスにおいて前記誘起電圧が基準電圧よりも低くなる時間または回数が所定の閾値以上となることが設定されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆるセンサレスブラシレスモータを駆動するモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のモータ駆動装置は、ロータの回転位置を検出するためのセンサを備えておらず、モータの無通電相に誘起する誘起電圧と基準電圧とが交差するゼロクロス点を検出することによりロータの回転位置を推定する。例えば特許文献１には、このようにモータの無通電相に誘起する誘起電圧に基づいてロータの回転位置を推定する装置において、指令されたデューティ比、指令されたモータ回転数、検出されたデューティ比、検出されたモータ回転数の何れか１つのパラメータに応じてＰＷＭ信号の周波数を段階的に増減することで、低回転から高回転までの広い範囲で回転位置の検出を行うようにした構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１６５６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、モータの無通電相に誘起する誘起電圧に基づいてロータの回転位置を推定する構成においては、駆動信号に重畳するＰＷＭ信号のオン期間中に無通電相の電圧にノイズが発生することから、このノイズが基準電圧に交差することによる誤検知を防止する必要がある。そのため、無通電相の電圧にノイズが発生する期間に対応付けて回転位置の推定処理をマスクするマスク期間を設け、このマスク期間の後であって、且つ、ＰＷＭ信号がオンしている期間内に回転位置の検出処理を行う技術が考えられている。しかし、この技術においては、無通電相の電圧にノイズが発生する期間あるいはマスク期間よりもＰＷＭ信号のオン期間が短い場合には、ロータの回転位置の検出処理ができなくなるという難点がある。そのため、ＰＷＭ信号のオン期間に下限値が存在することとなり、特に低速回転でモータを駆動することができなくなるという問題がある。
【０００５】
そこで、無通電相の電圧にノイズが発生する期間に対応付けて回転位置の推定処理をマスクするマスク期間を設けるものにおいて、ロータ位置検出タイミングであるゼロクロス点の検出タイミングで、このマスク期間よりもＰＷＭ信号のオン期間が小さくなることを回避でき、より低速回転でモータを駆動することができるモータ駆動装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るモータ駆動装置によれば、ＰＷＭ信号出力手段は、ＰＷＭ信号を出力する。ロータ回転位置推定手段は、ブラシレスモータの無通電相に誘起する誘起電圧に基づいてブラシレスモータのロータの回転位置を推定する。駆動信号出力手段は、ＰＷＭ信号出力手段が出力するＰＷＭ信号とロータ回転推定手段からの入力信号に基づいて駆動信号を出力する。インバータ回路部は、駆動信号出力手段が出力する駆動信号に基づいて複数のスイッチング素子をオン／オフすることによりブラシレスモータを駆動する。マスク期間設定手段は、ＰＷＭ信号のオン期間内に対応付けて、ロータ回転位置推定手段による推定処理をマスクするマスク期間を設定する。そして、マスク期間設定手段は、ＰＷＭ信号のオン期間の長さに応じて、設定するマスク期間の長さを変化させる。
【０００７】
この構成によれば、ＰＷＭ信号のオン期間の長さに応じて、ゼロクロス点の検出タイミングにおいて、当該オン期間よりも短いマスク期間を設定することで、そのマスク期間よりもＰＷＭ信号のオン期間が小さくなることを回避することができ、より低速回転でモータを駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態に係るモータ駆動装置の構成例を概略的に示す図
【図２】モータの各相の通電状態の一例を示す図
【図３】マスク期間の設定例を説明するためのタイムチャート
【図４】モータ駆動装置によるモータの駆動制御例を示すフローチャート
【図５】時間閾値および回数閾値の設定例を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、モータ駆動装置に係る一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に例示するように、モータ駆動装置１０は、インバータ回路部１１と、インバータ駆動制御部１２と、ロータ回転位置推定部１３とを備える。インバータ回路部１１は、６個のスイッチング素子１１ａを３相ブリッジ接続して構成されている。インバータ回路部１１の直流電源線１４ａ，１４ｂ間には、電圧Ｖｄｃの直流電源１５が供給される。インバータ回路部１１の各相出力端子は、ブラシレスモータ１６の各相固定子巻線１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗにそれぞれ接続されている。以下、ブラシレスモータ１６を単に「モータ１６」と称する。
【００１０】
インバータ回路部１１は、インバータ駆動制御部１２によりスイッチング制御される。インバータ駆動制御部１２は、ＰＷＭ信号出力部２１と、駆動信号出力部２２とを備えている。ＰＷＭ信号出力部２１は、ＰＷＭ信号出力手段の一例であり、詳しくは後述するようにしてロータ回転位置推定部１３から入力される回転位置信号などに基づいて３相のＰＷＭ信号を生成して駆動信号出力部２２に出力する。駆動信号出力部２２は、駆動信号出力手段の一例であり、詳しくは後述するようにしてロータ回転位置推定部１３から入力される回転位置信号とＰＷＭ信号出力部２１が出力するＰＷＭ信号に基づいて駆動信号を生成してインバータ回路部１１に出力する。インバータ回路部１１は、駆動信号出力部２２が出力する駆動信号に基づいて複数のスイッチング素子１１ａをオン／オフすることによりモータ１６を駆動する。
【００１１】
ロータ回転位置推定部１３は、ロータ回転位置推定手段の一例であり、モータ１６の無通電相に誘起する誘起電圧に基づいて、当該モータ１６が備える図示しないロータの回転位置を推定する。即ち、図２に例示するように、モータ１６の各相の通電状態は、正の電圧が印加される電気角で１２０度の通電状態、電気角で６０度の無通電状態、負の電圧が印加される電気角で１２０度の通電状態、電気角で６０度の無通電状態からなる合計３６０度を１周期とする通電パターンを繰り返している。そして、正の電圧が印加される通電状態の直後の無通電状態では、最初に相電圧が直流電源のマイナス側の電圧付近まで下降し、その後、電圧が上昇し、その後、右下がりの誘起電圧が誘起されて電圧が発生する。また、負の電圧が印加される通電状態の直後の無通電状態では、最初に相電圧が直流電源プラス側の電圧付近まで上昇し、その後、電圧が下降し、その後に右上がりの誘起電圧が誘起されて電圧が発生する。
【００１２】
そして、ロータ回転位置推定部１３は、このようにしてモータ１６の無通電相に誘起する誘起電圧と基準電圧Ｖａとが交差するゼロクロス点Ｐｚを検出することによりモータ１６のロータの回転位置を推定する。そして、ロータ回転位置推定部１３は、検出した回転位置を示す回転位置信号をインバータ駆動制御部１２に出力する。なお、ロータ回転位置推定部１３による回転位置の検出処理は周知の処理であり、基準電圧Ｖａとしては、例えばモータ１６の中性点１６ａの電圧を符号１７Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗで示す３相の電圧と抵抗を用いて再現した電圧、直流電源１５の電圧Ｖｄｃの１／２の電圧が設定される。
【００１３】
また、ロータ回転位置推定部１３は、マスク期間設定部３１を備える。マスク期間設定部３１は、マスク期間設定手段の一例であり、ロータ回転位置推定部１３によるロータの回転位置の推定処理をマスクするマスク期間を設定する。このマスク期間においては、ロータ回転位置推定部１３は、ゼロクロス点Ｐｚを検出することにより回転位置信号を生成するが、その回転位置信号をインバータ駆動制御部１２に出力しないように構成されている。
【００１４】
この場合、マスク期間設定部３１は、少なくとも、無通電相の電圧にノイズが発生してから当該ノイズが収束するまでの期間に対応付けて、当該期間よりも若干長い期間をマスク期間として設定する。以下、「無通電相の電圧にノイズが発生してから当該ノイズが収束するまでの期間」を、単に「ノイズ発生期間」と称する。なお、マスク期間は、ノイズ発生期間を含む長さであれば、その長さを適宜変更して実施することができる。但し、マスク期間が長すぎると、ロータの回転位置の検出処理が不必要にマスクされてしまうおそれがあるため、その長さはノイズ発生期間と極力同じ長さであることが好ましい。また、ノイズ発生期間は、一般的なモータ駆動装置によるモータ１６の駆動時において想定されるノイズ発生期間が設定されるものであり、例えば、実験データやシミュレーションデータなどによって求めることができる。モータ駆動装置１０は、ＰＷＭ信号のデューティ比とそのデューティ比で駆動された場合に想定されるノイズ発生期間とを関連付けたデータ情報を図示しない記憶回路に記憶している。
【００１５】
ＰＷＭ信号出力部２１が出力するＰＷＭ信号のオン期間よりもノイズ発生期間が短い場合には、そのＰＷＭ信号のオン期間内に対応付けてマスク期間が設定されることとなる。一方、ＰＷＭ信号出力部２１が出力するＰＷＭ信号のオン期間よりもノイズ発生期間が長い場合には、そのＰＷＭ信号のオン期間を越えてマスク期間が設定されることとなる。また、マスク期間設定部３１は、ＰＷＭ信号出力部２１が出力するＰＷＭ信号のオン期間の長さを変更可能に構成されており、また、ＰＷＭ信号のオン期間の長さを変更した場合には、その変更後のＰＷＭ信号のオン期間に応じて、設定するマスク期間の長さを変化させることが可能に構成されている。
【００１６】
次に、マスク期間設定部３１によるマスク期間の設定例について説明する。即ち、図３（ｂ）に例示する無通電相の電圧Ｖｎには、図３（ａ）に例示するＰＷＭ信号Ｓａがオフからオンに切り替わる際にノイズが発生しやすい。そのため、このノイズが基準電圧Ｖａに到達してゼロクロス点が検出されてしまい、図３（ｃ）に例示するように、ロータの回転位置検出信号Ｓｂがインバータ駆動制御部１２に出力されてしまう場合がある。そこで、マスク期間設定部３１は、無通電相の電圧Ｖｎにノイズが発生してから当該ノイズが収束するまでの期間Ｔｎに対応付けてマスク期間Ｔｍを設定する。
【００１７】
モータ駆動装置１０は、設定されたマスク期間Ｔｍにおいては、ゼロクロス点が検出されたとしても、回転位置検出信号Ｓｂをインバータ駆動制御部１２に出力しないように設定されている。従って、このようにマスク期間Ｔｍが設定されることによって、無通電相の電圧Ｖｎに発生するノイズが基準電圧Ｖａに交差することによる誤検知を回避することができる。
【００１８】
しかし、図３（ａ）に符号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｄで示すように、例えばモータ１６を所定速度以下、即ち低速回転で駆動する場合においては、ノイズ発生期間ＴｎよりもＰＷＭ信号のオン期間Ｔｏｎの方が小さくなる場合がある。このような場合には、ＰＷＭ信号のオン期間Ｔｏｎの全体がマスク期間Ｔｍによりマスクされることから、ＰＷＭ信号のオン期間Ｔｏｎ中に回転位置の検出処理を行うことができなくなる。
【００１９】
そこで、マスク期間設定部３１は、ノイズ発生期間ＴｎがＰＷＭ信号のオン期間Ｔｏｎよりも長い場合には、所定条件が成立すると、図３（ａ）に符号Ｐｃで示すように、ＰＷＭ信号のオン期間Ｔｏｎをノイズ発生期間Ｔｎよりも長くするように変更する。そして、マスク期間設定部３１は、マスク期間Ｔｍとして、ノイズ発生期間Ｔｎよりも長く、且つ、変更後のＰＷＭ信号のオン期間Ｔｏｎよりも短い期間を設定する。なお、ＰＷＭ信号のオン期間Ｔｏｎを変更したことに伴いノイズ発生期間Ｔｎにも変動が生じる場合がある。そのため、マスク期間設定部３１は、ノイズ発生期間Ｔｎに変動が生じることも加味して新たなマスク期間Ｔｍを設定する。
【００２０】
所定条件としては、ゼロクロス点Ｐｚの発生が近付いていること、つまり、ゼロクロス点Ｐｚが発生しそうな状況を感知できる条件が設定されており、この場合、第１条件および第２条件が設定されている。マスク期間設定部３１は、第１条件および第２条件のうち何れか一方が成立すると、ＰＷＭ信号のオン期間Ｔｏｎをノイズ発生期間Ｔｎよりも長くする変更処理を実行するように設定されている。
【００２１】
第１条件は、ＰＷＭ信号の１パルスにおいて、誘起電圧が右下がりの場合は基準電圧よりも低くなる時間、誘起電圧が右上がりの場合は基準電圧よりも高くなる時間が所定の時間閾値Ｋａ以上となることである。即ち、図３（ｄ）に例示するように、マスク期間設定部３１は、ＰＷＭ信号がオンされると、誘起電圧が右下がりの場合であれば、誘起電圧が基準電圧よりも低くなることに伴い回転位置信号の変化があったか否かを監視する。また、図示はしないが、誘起電圧が右上がりの場合であれば、誘起電圧が基準電圧よりも高くなることに伴い回転位置信号の変化があったか否かを監視する。そして、マスク期間設定部３１は、回転位置信号の変化が検出されると、その回転位置信号が変化している時間に応じて時間計測カウンタＣａを増加させる。そして、マスク期間設定部３１は、時間計測カウンタＣａの値が時間閾値Ｋａ以上になると、第１条件が成立したと判断し、その直後のＰＷＭ信号のオン期間Ｔｏｎをノイズ発生期間Ｔｎよりも長くする。なお、マスク期間設定部３１は、ゼロクロスの検出が完了すると、時間計測カウンタＣａをリセットする。これにより、マスク期間設定部３１は、ＰＷＭ信号の１パルスにおいて誘起電圧が基準電圧よりも低くなる時間を計測するように構成されている。
【００２２】
一方、第２条件は、ＰＷＭ信号の１パルスにおいて、誘起電圧が右下がりの場合は基準電圧よりも低くなる回数、誘起電圧が右上がりの場合は基準電圧よりも高くなる回数が所定の回数閾値Ｋｂ以上となることである。即ち、図３（ｅ）に例示するように、マスク期間設定部３１は、ＰＷＭ信号がオンされると、誘起電圧が右下がりの場合であれば、誘起電圧が基準電圧よりも低くなることに伴い回転位置信号の変化があったか否かを監視する。また、図示はしないが、誘起電圧が右上がりの場合であれば、誘起電圧が基準電圧よりも高くなることに伴い回転位置信号の変化があったか否かを監視する。そして、マスク期間設定部３１は、回転位置信号の変化が検出されると、その検出回数に応じて回数計測カウンタＣｂを増加させる。そして、マスク期間設定部３１は、回数計測カウンタＣｂの値が回数閾値Ｋｂ以上になると、第２条件が成立したと判断し、その直後のＰＷＭ信号のオン期間Ｔｏｎをノイズ発生期間Ｔｎよりも長くする。なお、マスク期間設定部３１は、ゼロクロスの検出が完了すると、回数計測カウンタＣｂをリセットする。これにより、マスク期間設定部３１は、ＰＷＭ信号の１パルスにおいて誘起電圧が基準電圧よりも低くなる回数を計測するように構成されている。
【００２３】
次に、モータ駆動装置１０によるモータ１６の駆動制御例について説明する。即ち、図４に例示するように、モータ駆動装置１０は、モータ１６の駆動を開始すると（Ｓ１）、その時点におけるＰＷＭ信号の指令デューティ比を示す情報を取得する（Ｓ２）。そして、モータ駆動装置１０は、取得した指令デューティ比に基づいてＰＷＭ信号のオン期間を特定し、また、その指令デューティ比で駆動された場合に想定されるノイズ発生期間を特定する。そして、モータ駆動装置１０は、特定したノイズ発生期間に対応付けてマスク期間を設定する（Ｓ３）。
【００２４】
そして、モータ駆動装置１０は、特定したＰＷＭ信号のオン期間とノイズ発生期間との大小関係を比較する（Ｓ４）。そして、ノイズ発生期間がＰＷＭ信号のオン期間よりも長い場合（Ｓ４：ＹＥＳ）には、モータ駆動装置１０は、第１条件が成立したか否か（Ｓ５）、および、第２条件が成立したか否か（Ｓ６）を監視する。そして、モータ駆動装置１０は、第１条件または第２条件が成立すると（Ｓ５：ＹＥＳ、または、Ｓ６：ＹＥＳ）、オン期間変更処理（Ｓ７）およびマスク期間変更処理（Ｓ８）を実行する。
【００２５】
オン期間変更処理では、モータ駆動装置１０は、ＰＷＭ信号のオン期間をノイズ発生期間よりも長くする。なお、オン期間の延長量は適宜変更して実施することができる。マスク期間変更処理では、モータ駆動装置１０は、マスク期間を、ノイズ発生期間よりも若干長く、且つ、変更後のＰＷＭ信号のオン時間よりも短い期間に変更する。これにより、マスク期間の後であって、且つ、ＰＷＭ信号のオン期間内に、ノイズによる誤検知を回避しつつゼロクロス点を検出することが可能となる。
【００２６】
そして、モータ駆動装置１０は、オン期間変更処理およびマスク期間変更処理を完了すると、ロータの回転位置推定処理を実行する（Ｓ９）。なお、モータ駆動装置１０は、ノイズ発生期間がＰＷＭ信号のオン期間以下の場合（Ｓ４：ＮＯ）には、オン期間変更処理およびマスク期間変更処理を実行することなく回転位置推定処理（Ｓ９）に移行する。この場合も、マスク期間は、ノイズ発生期間よりも若干長く、且つ、ＰＷＭ信号のオン時間よりも短い期間となっている。従って、マスク期間の後であって、且つ、ＰＷＭ信号のオン期間内に、ノイズによる誤検知を回避しつつゼロクロス点を検出することが可能となる。
【００２７】
回転位置推定処理では、モータ駆動装置１０は、マスク期間の後であって、且つ、ＰＷＭ信号のオン期間内にゼロクロス点を検出することによりロータの回転位置を推定する。そして、モータ駆動装置１０は、推定したロータの回転位置などに基づいて駆動信号を出力しながらモータ１６の駆動を継続する。モータ駆動装置１０は、モータ１６の駆動を停止するための停止指令信号が入力されない場合（Ｓ１０：ＮＯ）には、ステップＳ４以降の処理を繰り返し実行する。そして、モータ駆動装置１０は、停止指令信号が入力されると（Ｓ１０：ＹＥＳ）、モータ１６の駆動を停止して、この制御を終了する。
【００２８】
モータ駆動装置１０によれば、ＰＷＭ信号のオン期間を変更した場合には、その変更後のＰＷＭ信号のオン期間の長さに応じて、設定するマスク期間の長さを変化させる。この構成によれば、変更後のＰＷＭ信号のオン期間に応じて、当該オン期間よりも短いマスク期間を設定することで、そのマスク期間よりもＰＷＭ信号のオン期間が小さくなることを回避することができ、より低速回転でモータを駆動することができる。
【００２９】
また、モータ駆動装置１０によれば、マスク期間として、ノイズ発生期間よりも若干長く、且つ、ＰＷＭ信号のオン期間よりも短い期間が設定される。これにより、無通電相の電圧に発生するノイズを確実にマスクすることができ、且つ、マスク期間の後であってＰＷＭ信号のオン期間内に、ロータの回転位置の検出処理を行うための期間を確実に確保することができる。
【００３０】
また、モータ駆動装置１０によれば、ノイズ発生期間がＰＷＭ信号のオン期間よりも長い場合には、所定条件が成立すると、ＰＷＭ信号のオン期間がノイズ発生期間よりも長くなるように変更され、さらに、マスク期間が、ノイズ発生期間よりも若干長く、且つ、変更後のＰＷＭ信号のオン時間よりも短い期間に変更される。ノイズ発生期間がＰＷＭ信号のオン期間よりも長い場合には、無通電相の電圧に発生するノイズをマスクすることはできるものの、マスク期間の後であってＰＷＭ信号のオン期間内にロータの回転位置の検出処理を行うための期間を確保することができない。モータ駆動装置１０によれば、このような場合に、ＰＷＭ信号のオン期間の長さを変更し、また、それに応じてマスク期間の長さを変更することで、無通電相の電圧に発生するノイズを確実にマスクすることができ、且つ、マスク期間の後であってＰＷＭ信号のオン期間内に、ロータの回転位置の検出処理を行うための期間を確実に確保することができる。
【００３１】
また、モータ駆動装置１０によれば、ゼロクロス点の発生が近付いていることを感知できる第１条件および第２条件が設定されている。これにより、ゼロクロス点の発生が近付いてきたことを条件に、ＰＷＭ信号のオン期間の長さを変更し、また、それに応じてマスク期間の長さを変更することができ、オン期間の変更処理やマスク期間の変更処理が無駄に実行されてしまうことを回避することができる。
【００３２】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。例えば、時間閾値Ｋａや回数閾値Ｋｂは、極力小さい値を設定するとよい。即ち、例えば図５（ａ）に示すように、無通電相に発生する誘起電圧Ｖｎの勾配が急である場合には、ゼロクロス点Ｐｚの発生直前においてノイズが基準電圧Ｖａと交差する時間や回数は比較的少なくなる傾向がある。逆に、例えば図５（ｂ）に示すように、無通電相に発生する誘起電圧Ｖｎの勾配が緩やかである場合には、ゼロクロス点Ｐｚの発生直前においてノイズが基準電圧Ｖａと交差する時間や回数は多くなる傾向がある。この場合、図５（ｂ）の状態を基準として、例えば回数閾値Ｋｂを「３」と設定してしまうと、図５（ａ）の状態が発生したとしても、第２条件が成立せず、ＰＷＭ信号のオン期間の変更処理やマスク期間の変更処理を行うことができない。そのため、図５（ａ）を基準として、例えば回数閾値Ｋｂを「１」と設定するなど、時間閾値Ｋａや回数閾値Ｋｂは、極力小さい値を設定することが好ましい。
【符号の説明】
【００３３】
図面中、１０はモータ駆動装置、１１はインバータ回路部、１１ａはスイッチング素子、１３はロータ回転位置推定部（ロータ回転位置推定手段）、１６はブラシレスモータ、２１はＰＷＭ信号出力部（ＰＷＭ信号出力手段）、２２は駆動信号出力部（駆動信号出力手段）、３１はマスク期間設定部（マスク期間設定手段）を示す。
【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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