(57)【要約】【課題】ブラシレスモータのトルクリップルを低減させることである。【解決手段】転流前後の各相の電機子コイルに重複して通電するオーバーラップ通電においてスイッチング素子をＯＮからＯＦＦに切り替える際に、このスイッチング素子に対するデューティー比を所定の時間ｔをかけて一定の割合で徐々に低下させる。これにより転流時のトルク定数は３相通電時のトルク定数ＴＫ３から２相通電時のトルク定数ＴＫ２に一定の割合で徐々に増加する。また、３相通電から２相通電へ切り替えられるときには、負極側スイッチング素子のデューティー比を低下させることにより、制御電流を３相通電時の約９０％の値にまでトルク定数の変化に合わせた一定の割合で減少させる。【選択図】      図９
2005027390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータに装着された複数相の電機子コイルとロータに設けられた複数の磁極を備えたブラシレスモータの駆動装置であって、
前記ロータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、
それぞれ対応する相の前記電機子コイルに接続される複数のスイッチング素子を備えたインバータ回路と、
前記回転位置検出手段により検出される前記ロータの回転位置に基づいて転流前後の各相の前記電機子コイルに所定の電気角だけ重複して通電するように前記スイッチング素子を切り替え、前記スイッチング素子の切替えを前記電機子コイルに流れる相電流が所定の割合で徐々に変化するように行い、前記インバータ回路に流れる制御電流を通電相数に応じた値に前記スイッチング素子の切替えに合わせた所定の割合で徐々に変化させる制御手段とを有することを特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
【請求項２】
ステータに装着された複数相の電機子コイルとロータに設けられた複数の磁極を備えたブラシレスモータの駆動装置であって、
前記ロータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、
それぞれ対応する相の前記電機子コイルに接続される複数のスイッチング素子を備えたインバータ回路と、
前記回転位置検出手段により検出される前記ロータの回転位置に基づいて転流前後の各相の前記電機子コイルに所定の電気角だけ重複して通電するように前記スイッチング素子を切り替え、前記スイッチング素子の切替えを前記電機子コイルに流れる相電流が所定の割合で徐々に変化するように行う制御手段とを有することを特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
【請求項３】
ステータに装着された複数相の電機子コイルとロータに設けられた複数の磁極を備えたブラシレスモータの駆動装置であって、
前記ロータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、
それぞれ対応する相の前記電機子コイルに接続される複数のスイッチング素子を備えたインバータ回路と、
前記回転位置検出手段により検出される前記ロータの回転位置に基づいて転流前後の各相の前記電機子コイルに所定の電気角だけ重複して通電するように前記スイッチング素子を切り替え、前記インバータ回路に流れる制御電流を通電相数に応じた値に所定の割合で徐々に変化させる制御手段とを有することを特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のブラシレスモータの駆動装置において、前記ブラシレスモータを車両に設けられた操舵装置の操舵力を補助する駆動源として用いたことを特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数相の電機子コイルが装着されたステータと複数の磁極を備えたロータとを有するブラシレスモータの駆動装置に関し、特に、転流前後の各相を重複して通電するオーバーラップ通電を行うものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、自動車等の車両に設けられる操舵装置としては、その操舵力を補助する動力源として電動機を用いた所謂電動パワーステアリング装置が知られている。そして、このような電動パワーステアリングに用いられる電動機としては、一般に、高い耐久性や信頼性を有するブラシレスモータが用いられている。
【０００３】
ブラシレスモータは、複数相の電機子コイルが装着されたステータと複数の磁極が設けられたロータとを有しており、例えば３相２極式の場合には、ステータには互いに星形結線されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子コイルが装着され、ロータには周方向に並ぶ２つの磁極が設けられる。そして、各相の電機子コイルに所定の順序と方向で通電することによりステータに回転磁界が生じてロータが回転するようになっている。
【０００４】
各相の電機子コイルに対する通電の切替えは、通常インバータ回路により行われるようになっている。インバータ回路は、それぞれ正極側のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子とを有する３対のスイッチング素子対を並列に接続した構造となっており、各相の電機子コイルの非接続端は対応する相のスイッチング素子間に接続されている。このようなスイッチング素子としては、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等、駆動信号によりオンオフ制御が行われる半導体素子が用いられている。
【０００５】
また、ロータの回転軌道近傍には、回転方向に向けて等間隔に配置されたホール素子などの回転位置検出手段が設けられており、インバータ回路を構成する各スイッチング素子の切替えは、これらの回転位置検出手段により検出されたロータの回転位置に基づいて行われるようになっている。
【０００６】
このようなブラシレスモータの駆動方法としては、各相の電機子コイルの通電角を電気角で１２０°に設定し、２つの相の電機子コイルが同時に通電状態とされる２相通電を順次繰り返す、所謂１２０°矩形波駆動により行われるのが一般的である。しかし、１２０°矩形波駆動では、ある相から他の相への通電の切替え時、つまり転流時に各相の電機子コイルに流れる相電流が一時的に途切れてトルクリップルを生じる場合がある。
【０００７】
そこで、従来のブラシレスモータでは、各相の通電角を１２０°以上に設定して転流前後の各相の電機子コイルに重複して通電する所謂オーバーラップ通電を行うようにして転流時の出力トルクの落ち込みを低減させるようにしていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特公平６−５２９９６号公報（第３−４頁、第３−４図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このようなオーバーラップ通電を行うブラシレスモータでは、１２０°矩形波駆動の場合と同様に、各スイッチング素子の切替えはＯＮからＯＦＦもしくはＯＦＦからＯＮに瞬間的に行われるようになっているので、通電を遮断するためにスイッチング素子をＯＮからＯＦＦに切り換えた場合であっても、インダクタンスにより蓄えられたエネルギによりスイッチング素子に設けられたフリーホイルダイオードを介して電機子コイルには相電流が流れ続けることになる。そのため、各電機子コイルに流れる相電流の総和がインバータ回路に供給される制御電流より一時的に増加してトルクリップルを生じさせることになっていた。
【００１０】
また、オーバーラップ通電を行う駆動方法では、２相通電時のトルク定数は３相通電時に比べて高くなるので、インバータ回路に供給する制御電流を３相通電時に対して２相通電時に低く設定する場合がある。これに対して、ある相のスイッチング素子が切り換えられて通電相が２相から３相もしくは３相から２相に切り換えられる際には、インダクタンスにより蓄えられたエネルギにより相電流の転流は迅速には行われない。そのため、転流直後には、トルク定数が２相通電時と３相通電時との間を過渡的に変化するのに対して制御電流も目標の値に向けて時間なりに変化することになるので、トルク定数と制御電流と変化が一致せずにトルクリップルを生じることになる。
【００１１】
本発明の目的は、ブラシレスモータのトルクリップルを低減させることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のブラシレスモータの駆動装置は、ステータに装着された複数相の電機子コイルとロータに設けられた複数の磁極を備えたブラシレスモータの駆動装置であって、前記ロータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、それぞれ対応する相の前記電機子コイルに接続される複数のスイッチング素子を備えたインバータ回路と、前記回転位置検出手段により検出される前記ロータの回転位置に基づいて転流前後の各相の前記電機子コイルに所定の電気角だけ重複して通電するように前記スイッチング素子を切り替え、前記スイッチング素子の切替えを前記電機子コイルに流れる相電流が所定の割合で徐々に変化するように行い、前記インバータ回路に流れる制御電流を通電相数に応じた値に前記スイッチング素子の切替えに合わせた所定の割合で徐々に変化させる制御手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明のブラシレスモータの駆動装置は、ステータに装着された複数相の電機子コイルとロータに設けられた複数の磁極を備えたブラシレスモータの駆動装置であって、前記ロータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、それぞれ対応する相の前記電機子コイルに接続される複数のスイッチング素子を備えたインバータ回路と、前記回転位置検出手段により検出される前記ロータの回転位置に基づいて転流前後の各相の前記電機子コイルに所定の電気角だけ重複して通電するように前記スイッチング素子を切り替え、前記スイッチング素子の切替えを前記電機子コイルに流れる相電流が所定の割合で徐々に変化するように行う制御手段とを有することを特徴とする。
【００１４】
本発明のブラシレスモータの駆動装置は、ステータに装着された複数相の電機子コイルとロータに設けられた複数の磁極を備えたブラシレスモータの駆動装置であって、前記ロータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、それぞれ対応する相の前記電機子コイルに接続される複数のスイッチング素子を備えたインバータ回路と、前記回転位置検出手段により検出される前記ロータの回転位置に基づいて転流前後の各相の前記電機子コイルに所定の電気角だけ重複して通電するように前記スイッチング素子を切り替え、前記インバータ回路に流れる制御電流を通電相数に応じた値に所定の割合で徐々に変化させる制御手段とを有することを特徴とする。
【００１５】
本発明のブラシレスモータの駆動装置は、前記ブラシレスモータを車両に設けられた操舵装置の操舵力を補助する駆動源として用いたことを特徴とする。
【００１６】
本発明にあっては、転流時におけるトルク定数の変化を制御することができ、また、制御電流をトルク定数の変化に合わせて制御することができるので、転流時の出力トルクを一定にしてブラシレスモータのトルクリップルを低減することができる。
【００１７】
また、本発明にあっては、転流時におけるトルク定数の変化が穏やかになるので、ブラシレスモータのトルクリップルを低減させることができる。
【００１８】
さらに、本発明にあっては、転流時における制御電流の変化が穏やかになるので、ブラシレスモータのトルクリップルを低減させることができる。
【００１９】
さらに、本発明にあっては、ブラシレスモータのトルクリップルは低減されるので、このブラシレスモータを用いた電動パワーステアリング装置の操作感を向上させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明の一実施の形態であるブラシレスモータの駆動装置の概略を示す回路図である。
【００２２】
図１に示すブラシレスモータ１１は、図示しない車両に設けられた操舵装置の操舵力を補助する図示しない電動パワーステアリング装置の駆動源として用いられている。
【００２３】
このブラシレスモータ１１は３相４極式となっており、図示しないステータにはＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３つの相に分けられた電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷが装着され、出力軸１２を中心としてステータに対して回転自在に設けられたロータ１３は４つの磁極Ｐを備えている。各相の電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷは星形結線されており、互いに回転方向に１２０°の間隔を空けて配置されており、ロータ１３に設けられた各磁極Ｐはこのロータ１３の回転方向に並んで配置されている。そして、このブラシレスモータ１１は駆動装置１４に接続され、この駆動装置１４により駆動制御されるようになっている。
【００２４】
駆動装置１４はロータ１３の回転位置を検出するための回転位置検出手段としての６つのホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷ，ＨＸ，ＨＹ，ＨＺとインバータ回路１５およびインバータ回路１５を制御する制御部１６を有している。
【００２５】
ホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷはロータ１３の回転軌道の近傍に位置するとともに互いに回転方向に１２０°の間隔を空けてステータに固定されており、それぞれロータ１３の回転位置に応じて互いに電気角で１２０°ずれた回転位置検出信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷを電気角で１８０°の範囲で出力するようになっている。また、ホール素子ＨＸ，ＨＹ，ＨＺはホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷに対して回転方向に機械角で１５°ずれてステータに固定されており、それぞれ互いに電気角で１２０°ずれるとともにホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷが出力する回転位置検出信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷに対して電気角で３０°ずれた回転位置検出信号ＰＸ，ＰＹ，ＰＺを出力するようになっている。
【００２６】
インバータ回路１５は、それぞれ直流電流が供給される電源端子１７に接続されるとともに各相に対応する３つの正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨと、それぞれ接地端子１８に接続されるとともに各相に対応する３つの負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬとを有している。Ｕ相用の正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨはＵ相用の負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＬに直列に接続され、Ｖ相用の正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＶＨはＶ相用の負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＶＬに直列に接続され、Ｗ相用の正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＷＨはＷ相用の負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＷＬに直列に接続されており、各相のスイッチング素子対は互いに並列に接続されている。これらのスイッチング素子としては例えばＦＥＴ等、制御部１６から出力される駆動信号によりＯＮ・ＯＦＦ制御可能な半導体素子が用いられている。また、これらのスイッチング素子のコレクタとエミッタ間には、それぞれフリーホイルダイオードＤが取り付けられており、誘導負荷の場合の遅れ電流成分を還流させてコレクタとエミッタ間に逆起電力が印加されないようにしている。そして、各相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨと負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬの相互接続部には対応する相の電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷの非結線端が接続されており、各相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨをＯＮすることにより対応する相の電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷを電源端子１７に接続し、各相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬをＯＮすることにより対応する相の電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷを接地端子１８に接続することができるようになっている。
【００２７】
また、駆動装置１４にはインバータ回路１５と電源端子１７の間に接続された電流センサ２１が設けられており、電源端子１７からインバータ回路１５に供給される制御電流の電流値をこの電流センサ２１により検出することができるようになっている。
【００２８】
制御手段としての制御部１６は、制御信号を演算するマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）と、制御プログラム、演算式およびマップデータなどが格納されるＲＯＭと、一時的にデータを格納するＲＡＭなどを有する図示しないマイクロコンピュータを有しており、各ホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷ，ＨＸ，ＨＹ，ＨＺや電流センサ２１はこの制御部１６に接続されている。そして、制御部１６は各ホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷ，ＨＸ，ＨＹ，ＨＺから入力される回転位置検出信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷ，ＰＸ，ＰＹ，ＰＺに基づいてロータ１３の回転位置を認識し、電流センサ２１からの検出信号に基づいてインバータ回路１５に供給される制御電流の電流値を認識することができるようになっている。また、駆動装置１４にはこのブラシレスモータ１１により駆動される図示しない電動パワーステアリング装置の制御装置からの制御信号が入力されるようになっており、この制御信号に応じて、ロータ１３の回転位置や制御電流の電流値に基づいた所定の出力パターンでインバータ回路１５の各スイッチング素子に向けて駆動信号を出力するようになっている。
【００２９】
また、この制御部１６には図示しないＰＷＭ制御回路が設けられており、各スイッチング素子に対する駆動信号をＰＷＭ制御して、そのデューティー比を変化させることができるようになっている。なお、本実施の形態においては、各スイッチング素子のデューティー比をＰＷＭ制御により変化させるようにしているが、これに限らず、例えばＰＡＭ制御など他の変調方式により行うようにしてもよい。
【００３０】
図２は図１に示す駆動装置の出力パターンを示すタイムチャート図であり、図３は各電機子コイルに対する通電状態と転流パターンを示す説明図である。
【００３１】
駆動装置は図２に示す出力パターンに従って駆動信号を出力する。
【００３２】
この出力パターンは、各ホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷ，ＨＸ，ＨＹ，ＨＺからの回転位置検出信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷ，ＰＸ，ＰＹ，ＰＺの立ち上がりもしくは立ち下がりのエッジを起点として１２のステージ１〜１２に分けられている。この場合、各ステージは電気角で３０°である。
【００３３】
各相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨに対する駆動信号の出力パターンは、それぞれＯＮ区間が電気角で１５０°に設定されるとともに各相のＯＮ区間が互いに電気角で１２０°ずれるように設定されている。したがって、各相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨのＯＮ区間は電気角で３０°の範囲で互いに重複している。例えば、Ｕ相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨとＶ相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＶＨはステージ５において重複してＯＮとなり、Ｖ相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＶＨとＷ相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＷＨはステージ９において重複してＯＮとなり、Ｕ相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨとＷ相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＷＨはステージ１において重複してＯＮとなる。
【００３４】
同様に、各相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬに対する駆動信号の出力パターンは、それぞれＯＮ区間が電気角で１５０°に設定されるとともに各相のＯＮ区間が互いに電気角で１２０°ずれるように設定されている。したがって、各相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬのＯＮ区間は電気角で３０°の範囲で互いに重複している。例えば、Ｕ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＬとＶ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＶＬはステージ１１において重複してＯＮとなり、Ｖ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＶＬとＷ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＷＬはステージ３において重複してＯＮとなり、Ｕ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＬとＷ相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＷＬはステージ７において重複してＯＮとなる。また、各相の負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬのＯＮ区間は、それぞれ同相の正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨのＯＮ区間に対して電気角で１８０°ずれており、いずれか２つの相の正極側スイッチング素子が重複してＯＮとなっているときには、これらの相とは相違する相の負極側スイッチング素子がＯＮとされるようになっている。
【００３５】
この出力パターンに従って各スイッチング素子が切り替えられることにより、各相の電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷに対する通電が所定の方向と順序で切り換えられるとともに、転流前後の各相の電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷには電気角で３０°だけ重複して通電される。したがって、各電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷに対する通電は所定の２相の電機子コイルにのみ通電される２相通電と３つ相の電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷ全てに通電される３相通電とが各ステージ毎に交互に行われる。つまり、図３に示すように、各電機子コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷに対する通電状態は、各相が対称であることを考慮すると、２つの相の電機子コイル（図示する場合にはＵ相とＷ相）が電源端子１７に接続され、他の１相の電機子コイル（図示する場合にはＶ相）が接地端子１８に接続される状態Ａと、１つの相の電機子コイル（図示する場合にはＵ相）が電源端子１７に接続され、他の１相の電機子コイル（図示する場合にはＶ相）が接地端子１８に接続される状態Ｂと、１つの相の電機子コイル（図示する場合にはＵ相）が電源端子１７に接続され、他の２相の電機子コイル（図示する場合にはＶ相とＷ相）が接地端子１８に接続される状態Ｃとが繰り返され、各状態Ａ〜Ｃの間における転流パターンとしては、状態Ａから状態Ｂに変化する転流パターンａと、状態Ｂから状態Ｃに変化する転流パターンｂと、状態Ｃから状態Ｂへ変化する転流パターンｃと、状態Ｂから状態Ａへ変化する転流パターンｄとが行われることになる。
【００３６】
図４（ａ）はＵ相の正極側スイッチング素子に対する駆動信号のデューティー比の変化を示す特性線図であり、図４（ｂ）はＵ相の負極側スイッチング素子に対する駆動信号のデューティー比の変化を示す特性線図である。
【００３７】
この駆動装置１４は、正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨのデューティー比ＤＨを１００％に固定するとともに負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬのデューティー比ＤＬを電動パワーステアリング装置の制御装置から入力される制御信号に応じた目標デューティー比ＤＯに設定することにより、出力軸１２から出力される出力トルクを電動パワーステアリング装置が要求する値となるようにしている。例えば、図４（ａ）にＵ相の場合を示すように、正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨに対する駆動信号のデューティー比ＤＨは基本的に１００％に設定されており、一方、例えば図４（ｂ）にＵ相の場合を示すように、負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＬに対する駆動信号のデューティー比ＤＬは目標デューティー比ＤＯに設定される。また、図４（ｂ）に示すように、負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＬに対する駆動信号のデューティー比ＤＬは、３相通電時には目標デューティー比ＤＯに設定されるが、２相通電時には目標デューティー比ＤＯの９０％の値にまで低下されるようになっている。これにより、２相通電時にインバータ回路１５に供給される制御電流Ｉは３相通電時に供給される制御電流Ｉの９０％の値に設定されるようになっている。つまり、この駆動装置１４は制御電流Ｉを通電相数に応じた値に変化させるようになっている。
【００３８】
さらに、この駆動装置１４では、各スイッチング素子のＯＦＦからＯＮもしくはＯＦＦからＯＮへの切替えを、所定の時間ｔの間に徐々にデューティー比ＤＨ，ＤＬを変化させるようにして行うことにより、転流時の出力トルクの変動を低減させるようにしている。
【００３９】
例えば、図４（ａ）にＵ相の場合を示すように、正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨをＯＮからＯＦＦへ切り換える際には、駆動信号は所定の時間ｔの間にデューティー比ＤＨが１００％から０％に一定の割合で徐々に低下するように変化し、正極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＨをＯＦＦからＯＮへ切り換える際には、駆動信号は所定の時間ｔの間にデューティー比ＤＨが０％から１００％に一定の割合で徐々に増加するように変化する。また、図４（ｂ）にＵ相の場合を示すように、負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＬをＯＮからＯＦＦへ切り換える際には、駆動信号は所定の時間ｔの間にデューティー比ＤＬが目標デューティー比ＤＯから０％に一定の割合で徐々に低下するように変化し、負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＬをＯＦＦからＯＮへ切り換える際には、駆動信号は所定の時間ｔの間にデューティー比ＤＬが０％から目標デューティー比ＤＯにまで一定の割合で徐々に増加するように変化する。
【００４０】
また、負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＬにより制御電流Ｉの値を変化させる際においても、負極側スイッチング素子ＦＥＴ・ＵＬのデューティー比ＤＬは所定の時間ｔの間に目標デューティー比ＤＯの９０％から１００％もしくは１００％から９０％に一定の割合で徐々に変化される。
【００４１】
図５は、比較例としてスイッチング素子の切替えを急激に行う駆動装置を用いた場合の相電流の変化を示す特性線図であり、図６は比較例の駆動装置による２相通電から３相通電への転流時における出力トルクの変動を示す特性線図であり、図７は比較例の駆動装置による３相通電から２相通電への転流時における出力トルクの変動を示す特性線図である。また、図８は、図１に示す駆動装置による相電流の変化を示す特性線図であり、図９は図１に示す駆動装置による２相通電から３相通電への転流時における出力トルクの変動を示す特性線図であり、図１０は図１に示す駆動装置による３相通電から２相通電への転流時における出力トルクの変動を示す特性線図である。
【００４２】
比較例に示す図示しない駆動装置が用いられた場合には、各スイッチング素子の切替えは急激に行われる、つまりステージが切り替わって転流を開始するのと同時に瞬間的に切り換えられるようになっている。したがって、この場合では、図５に示すように、転流パターンａ、ｃにおいて正極側スイッチング素子がＯＮからＯＦＦへ切り換えられると、インダクタンスにより蓄えられたエネルギにより負極側スイッチング素子に設けられたフリーホイルダイオードＤを介して電機子コイルには相電流が流れ続けることになる。このとき、この相電流は電流センサ２１を流れないので、負極側スイッチング素子の制御には反映されない。そのため、転流後の各電機子コイルに流れる相電流の総和がインバータ回路１５に供給される制御電流Ｉより一時的に増加してトルクリップルを生じることになる。また、転流開始後の所定の時間の間、電機子コイルには相電流が流れ続けることになるので、転流時におけるトルク定数は、図６に示すように、３相通電時のトルク定数ＴＫ３から２相通電時のトルク定数ＴＫ２まで所定の時間をかけて時間なりに変化することになる。これに対して制御電流Ｉは転流の開始と同時に３相通電時の制御電流Ｉに対して９０％の値にまで急激に切り換えられるので、トルク定数と制御電流Ｉとの積により決まるこのブラシレスモータ１１の出力トルクは転流時において変動することになる。
【００４３】
同様に、転流パターンｂ、ｄにおいてスイッチング素子がＯＦＦからＯＮに切り換えられると通電相は２相から３相に変化することになるが、その際、図７に示すように、インダクタンスにより蓄えられたエネルギにより相電流の転流は迅速には行われない。そのため、転流時におけるトルク定数は２相通電時のトルク定数ＴＫ２から３相通電時のトルク定数ＴＫ３まで所定の時間をかけて時間なりに変化することになる。これに対して制御電流Ｉは転流の開始と同時に３相通電時の制御電流Ｉの９０％の値から１００％の値まで急激に切り換えられるので、トルク定数と制御電流Ｉとの積により決まるこのブラシレスモータ１１の出力トルクは転流時において変動することになる。
【００４４】
これに対して、本発明の駆動装置１４では、各スイッチング素子を所定の時間ｔの間で徐々にデューティー比ＤＨ，ＤＬを変化させて切り換えるようにしたので、図８に示すように、転流パターンａ、ｃにおいてスイッチング素子をＯＮからＯＦＦへ切り換える際には、対応する相の電機子コイルに流れる相電流は制御電流Ｉの半分の値０．５Ｉから０にまで所定の時間をかけて一定の割合で徐々に減少することになる。したがって、このブラシレスモータ１１のトルク定数は、図９に示すように、３相通電時のトルク定数ＴＫ３から２相通電時のトルク定数ＴＫ２に所定に時間ｔをかけて一定の割合で徐々に増加することになる。また、このとき、負極側スイッチング素子に対する駆動信号のデューティー比ＤＬは目標デューティー比ＤＯの１００％から９０％に正極側スイッチング素子の切り替えに合わせて所定の時間ｔをかけて一定の割合で徐々に低下するように制御されるので、制御電流Ｉは３相通電時の制御電流Ｉからこの制御電流Ｉの９０％の値にまでトルク定数の増加に合わせた一定の割合で徐々に低下することになる。したがって、トルク定数と制御電流Ｉとの積により決まるこのブラシレスモータ１１の出力トルクは転流時においても変動が低減されることになる。
【００４５】
同様に、転流パターンｂ、ｄにおいてスイッチング素子をＯＦＦからＯＮへの切り替える際には、対応する一方の相の電機子コイルに流れる相電流は３相通電時の制御電流Ｉの９０％の値から５０％の値にまで所定の時間ｔをかけて一定の割合で徐々に減少する。また、対応する他方の相の電機子コイルに流れる相電流は０から３相通電時の制御電流Ｉの５０％の値にまで所定の時間ｔをかけて一定の割合で徐々に増加するように制御される。したがって、このブラシレスモータ１１のトルク定数は、図１０に示すように、２相通電時のトルク定数ＴＫ２から３相通電時のトルク定数ＴＫ３に所定の時間ｔをかけて一定の割合で徐々に低下することになる。このとき、負極側スイッチング素子に対する駆動信号のデューティー比ＤＬは目標デューティー比ＤＯの９０％から１００％にスイッチング素子の切替えに合わせて一定の割合で徐々に増加するように制御されるので、制御電流Ｉは３相通電時の制御電流Ｉからこの制御電流Ｉの９０％の値にまでトルク定数の増加に合わせた一定の割合で徐々に低下することになる。したがって、トルク定数と制御電流との積により決まるこのブラシレスモータ１１の出力トルクは転流時においても変動が低減されることになる。
【００４６】
また、これらの場合においては、所定の時間ｔは、インダクタンスに蓄えられたエネルギによる相電流の増加分が無視することができる程度に設定されており、相電流や制御電流Ｉの変化はこの駆動装置１４の制御下に置かれることになる。したがって、トルク定数の変化に合わせて制御電流Ｉを制御することが容易となる。
【００４７】
このように、このブラシレスモータ１１の駆動装置１４では、転流時におけるトルク定数の変化を制御することができ、また、制御電流Ｉをトルク定数の変化に合わせて制御することができるので、転流時の出力トルクを一定にして、このブラシレスモータ１１の出力トルクの変動つまりトルクリップルを低減することができる。
【００４８】
また、このブラシレスモータ１１の駆動装置１４では、電機子コイルに流れる相電流が所定の時間ｔをかけて一定の割合で徐々に変化するように各スイッチング素子の切替えを行うようにしたので、転流時における相電流の変化を穏やかにして、このブラシレスモータ１１のトルクリップルを低減することができる。
【００４９】
さらに、このブラシレスモータ１１の駆動装置１４では、転流時には制御電流Ｉが２相通電もしくは３相通電に対応した値に所定の時間ｔをかけて一定の割合で徐々に変化するようにスイッチング素子を切り替えるようにしたので、転流時における制御電流Ｉの変化を穏やかにして、このブラシレスモータ１１のトルクリップルを低減することができる。
【００５０】
さらに、このブラシレスモータ１１の駆動装置１４では、ブラシレスモータ１１の出力トルクの変動を低減させることができるので、このブラシレスモータ１１を車両に設けられた操舵装置の操舵力を補助する電動パワーステアリング装置に用いた場合には、この操舵装置の操作感を向上させることができる。
【００５１】
本発明は本実施の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変更可能であることはいうまでもない。たとえば、本実施の形態においては、相電流と制御電流Ｉの両方を所定の時間ｔの間に所定の割合で徐々に変化させるようにしているが、これに限らず、いずれか一方のみを徐々に変化させるようにしてもよい。
【００５２】
また、本実施の形態においては、ブラシレスモータ１１は３相４極式となっているが、これに限らず、３相以上の電機子コイルを有するものであれば他の形式のブラシレスモータとしてもよい。
【００５３】
さらに、本実施の形態においては、転流時の相電流の変化が一定の割合となるようにしているが、これに限らず、インダクタンスのエネルギによる相電流の増加が生じなければ、所定の割合で変化させるようにしてよい。
【００５４】
さらに、本実施の形態においては、このブラシレスモータ１１を車両の電動パワーステアリング装置に用いるようにしているが、これに限らず、他の用途に用いてもよい。
【００５５】
さらに、本実施の形態においては、ロータ１３の回転位置をホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷ，ＨＸ，ＨＹ，ＨＺを用いて検出するようにしているが、これに限らず、例えばレゾルバ等を用いた他の方法により検出するようにしてもよい。
【００５６】
さらに、本実施の形態においては、各電機子コイルの通電角は１５０°に設定されているが、１２０°を越えて１８０°未満であればよい。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、転流時におけるトルク定数の変化を制御することができ、また、制御電流をトルク定数の変化に合わせて制御することができるので、転流時の出力トルクを一定にしてブラシレスモータのトルクリップルを低減することができる。
【００５８】
また、本発明によれば、転流時におけるトルク定数の変化が穏やかになるので、ブラシレスモータのトルクリップルを低減させることができる。
【００５９】
さらに、本発明によれば、転流時における制御電流の変化が穏やかになるので、ブラシレスモータのトルクリップルを低減させることができる。
【００６０】
さらに、本発明によれば、ブラシレスモータのトルクリップルは低減されるので、このブラシレスモータを用いた電動パワーステアリング装置の操作感を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるブラシレスモータの駆動装置の概略を示す回路図である。
【図２】図１に示す駆動装置の出力パターンを示すタイムチャート図である。
【図３】各電機子コイルに対する通電状態と転流パターンを示す説明図である。
【図４】（ａ）はＵ相の正極側スイッチング素子に対する駆動信号のデューティー比の変化を示す特性線図であり、（ｂ）はＵ相の負極側スイッチング素子に対する駆動信号のデューティー比の変化を示す特性線図である。
【図５】比較例としてスイッチング素子の切替えを急激に行う駆動装置を用いた場合の相電流の変化を示す特性線図である。
【図６】比較例の駆動装置による２相通電から３相通電への転流時における出力トルクの変動を示す特性線図である。
【図７】比較例の駆動装置による３相通電から２相通電への転流時における出力トルクの変動を示す特性線図である。
【図８】図１に示す駆動装置による相電流の変化を示す特性線図である。
【図９】図１に示す駆動装置による２相通電から３相通電への転流時における出力トルクの変動を示す特性線図である。
【図１０】図１に示す駆動装置による３相通電から２相通電への転流時における出力トルクの変動を示す特性線図である。
【符号の説明】
１１  ブラシレスモータ
１２  出力軸
１３  ロータ
１４  駆動装置
１５  インバータ回路
１６  制御部
１７  電源端子
１８  接地端子
２１  電流センサ
ＬＵ，ＬＶ，ＬＷ  電機子コイル
Ｐ  磁極
ＨＵ，ＨＶ，ＨＷ，ＨＸ，ＨＹ，ＨＺ  ホール素子
ＰＵ，ＰＶ，ＰＷ，ＰＸ，ＰＹ，ＰＺ  回転位置検出信号
ＦＥＴ・ＵＨ，ＦＥＴ・ＶＨ，ＦＥＴ・ＷＨ  正極側スイッチング素子
ＦＥＴ・ＵＬ，ＦＥＴ・ＶＬ，ＦＥＴ・ＷＬ  負極側スイッチング素子
Ｄ  フリーホイルダイオード
Ａ，Ｂ，Ｃ  状態
ａ，ｂ，ｃ，ｄ  転流パターン
ＤＨ  正極側スイッチング素子のデューティー比
ＤＬ  負極側スイッチング素子のデューティー比
ＤＯ  目標デューティー比
Ｉ  制御電流
ＴＫ３  ３相通電時のトルク定数
ＴＫ２  ２相通電時のトルク定数
【図１】
2005027390.tif 000003
【図２】
2005027390.tif 000004
【図３】
2005027390.tif 000005
【図４】
2005027390.tif 000006
【図５】
2005027390.tif 000007
【図６】
2005027390.tif 000008
【図７】
2005027390.tif 000009
【図８】
2005027390.tif 000010
【図９】
2005027390.tif 000011
【図１０】
2005027390.tif 000012