(57)【要約】【課題】実際のモータ回転数を検出することで、駆動電力を補正し意図した回転数に近似させることを可能にする。【解決手段】モータを駆動するモータ駆動装置であって、前記モータの駆動時、前記モータへの駆動電力に一定期間の瞬断を発生する瞬断発生手段と、瞬断時における前記モータの回生電圧に基づいて前記モータの回転数を算出する回転数検出手段とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを駆動するモータ駆動装置であって、
前記モータの駆動時、前記モータへの駆動電力に一定期間の瞬断を発生する瞬断発生手段と、
瞬断時における前記モータの回生電圧に基づいて前記モータの回転数を算出する回転数検出手段とを具備することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記回転数検出手段は、前記回生電圧の平均値に基づいて前記モータの回転数を算出することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記モータはブラシモータであり、
前記回転数検出手段は、前記回生電圧のパルス周期及び前記ブラシモータのブラシ数に基づいて前記ブラシモータの回転数を算出することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記瞬断発生手段は、１秒以上の一定間隔で前記瞬断を発生させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記瞬断の時間は、１０ミリ秒以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
モータと、
前記モータを駆動すると共に請求項１〜５のいずれか一項に記載のモータ駆動装置と、
前記モータによって回転するファンと、
前記モータを固定するモータブラケットと、
前記モータ駆動装置が前記モータブラケットに取り付けられていることを特徴とする車両用空気調整装置。
【請求項７】
モータの駆動時、モータへの駆動電力に一定期間の瞬断を発生する瞬断発生工程と、
瞬断時における前記モータの回生電圧に基づいて前記モータの回転数を算出する回転数検出工程とを具備することを特徴とするモータ回転数検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動装置、車両用空気調整装置及びモータ回転数検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、ブロアモータへの駆動電流によるノイズの影響を低減することができると共に、構成が簡易で組み立ても容易である空調用ブロアモータ制御ユニットが開示されている。該空調用ブロアモータ制御ユニットは、ブロアモータを駆動する駆動回路を搭載したベース基板をモータ接続端子を介してブロアモータに直接接続するとともに、ベース基板に対して制御回路を搭載した制御基板を一体的に装着し、制御回路で生成した制御信号によりブロアモータをＰＷＭ制御し、ブロアファンを回転させて送風を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−００６４１３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、上記従来技術は、例えば、ブロアモータにＰＷＭ制御により駆動電力を供給し、要求する送風量を得られるモータ回転数に対応する電圧を負荷させるが、ブロアモータの個体差、特にブロアモータがブラシモータの場合、ブラシの経年劣化などにより負荷した電圧により予想される回転数と実際の回転数とにズレが生じ、意図した送風量に達しない可能性がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、実際のモータ回転数を検出して駆動電力を補正することで、意図した回転数に近似させることを可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、モータ駆動装置に係る第１の解決手段として、モータを駆動するモータ駆動装置であって、前記モータの駆動時、前記モータへの駆動電力に一定期間の瞬断を発生する瞬断発生手段と、瞬断時における前記モータの回生電圧に基づいて前記モータの回転数を算出する回転数検出手段とを具備する、という手段を採用する。
【０００７】
本発明では、モータ駆動装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記回転数検出手段は、前記回生電圧の平均値に基づいて前記モータの回転数を算出する、という手段を採用する。
【０００８】
本発明では、モータ駆動装置に係る第３の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記モータはブラシモータであり、前記回転数検出手段は、前記回生電圧のパルス周期及び前記ブラシモータのブラシ数に基づいて前記ブラシモータの回転数を算出する、という手段を採用する。
【０００９】
本発明では、モータ駆動装置に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれか１つの解決手段において、前記瞬断発生手段は、１秒以上の一定間隔で前記瞬断を発生させる、という手段を採用する。
【００１０】
本発明では、モータ駆動装置に係る第５の解決手段として、上記第１〜第４のいずれか１つの解決手段において、前記瞬断の時間は、１０ミリ秒以下である、という手段を採用する。
【００１１】
本発明では、車両用空気調整装置に係る解決手段として、モータと、モータを駆動すると共に上記第１〜第４のいずれか１つの解決手段を採用するモータ駆動装置と、前記モータによって回転するファンと、前記モータを固定するモータブラケットと、前記モータ駆動装置が前記モータブラケットに取り付けられている、という手段を採用する。
【００１２】
本発明では、モータ回転数検出方法に係る解決手段として、モータの駆動時、モータへの駆動電力に一定期間の瞬断を発生する瞬断発生工程と、瞬断時における前記モータの回生電圧に基づいて前記モータの回転数を算出する回転数検出工程とを具備する、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、モータを駆動するモータ駆動装置であって、前記モータの駆動時、前記モータへの駆動電力に一定期間の瞬断を発生する瞬断発生手段と、瞬断時における前記モータの回生電圧に基づいて前記モータの回転数を算出する回転数検出手段とを具備することによって、実際の回転数を基に駆動電力を補正することでモータを意図した回転数に近似させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータ駆動装置の機能ブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るモータ駆動装置が搭載される車両用空気調整装置の断面（ａ）、モータブラケットの下面（ｂ）及び上面（ｃ）を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るモータ駆動装置に生じる駆動電力及び回生電圧の波形（ａ）、回生電圧を拡大した波形（ｂ）及び回生電圧をさらに拡大した波形（ｃ）を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るモータ駆動装置における回生電圧の平均値を算出する処理（ａ）及び回生電圧のパルス周期を算出する処理（ｂ）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係るモータ駆動装置Ａは、直流電源Ｅによって出力される電力を変換してブラシモータＧに供給するものである。このようなモータ駆動装置Ａは、図１に示すように、駆動回路１、電圧センサ２、回転数検出回路３（回転数検出手段）及び駆動回路制御部４（瞬断発生手段）から構成されている。
【００１６】
上記ブラシモータＧは、例えば、回転軸に後述する車両用空気調整装置ＳのファンＦが接続されて、ファンＦを回転するための回転機として使用されるものである。また、上記直流電源Ｅは、例えば、１つあるいは複数の電池セルが直列接続されたバッテリである。
【００１７】
駆動回路１は、駆動回路制御部４から供給されるＰＷＭ信号に基づいて直流電源Ｅから供給される直流電力を励磁電力に変換して、ブラシモータＧに供給する。
電圧センサ２は、駆動回路１とブラシモータＧとを接続する電力線の電圧を検出し、検出した電圧を示す電圧検出信号を回転数検出回路３に出力する。
【００１８】
回転数検出回路３は、ブラシモータＧの回転数を検出するものであり、電圧センサ２からの電圧検出信号によって示される駆動電力の電圧値をパラメータとして内部のＲＯＭに記憶された演算プログラムに基づいて演算処理を行いブラシモータＧの現在回転数を算出し、現在回転数を駆動回路制御部４に出力する。
【００１９】
駆動回路制御部４は、駆動回路１のスイッチングを制御するものであり、図１に示すように、目標回転数検出部４ａ、モータロック判定部４ｂ及びＰＷＭ制御部４ｃから構成されている。
【００２０】
目標回転数検出部４ａは、図示しない操作パネルからの操作指示によって示される車両用空気調整装置ＳのファンＦの動作指示に基づいてブラシモータＧの目標回転数を算出するものであり、算出した目標回転数をモータロック判定部４ｂ及びＰＷＭ制御部４ｃに出力する。
【００２１】
モータロック判定部４ｂは、回転数検出回路３から入力される現在回転数と、目標回転数検出部４ａから入力される目標回転数とを比較し、その差が所定のしきい値を超える場合にはブラシモータＧがモータロック状態であると判定し、モータロック状態である場合、ブラシモータＧへの駆動電力の供給停止指示をＰＷＭ制御部４ｃに出力し、一方モータロック状態でない場合、現在回転数をＰＷＭ制御部４ｃに出力する。
【００２２】
ＰＷＭ制御部４ｃは、目標回転数検出部４ａから入力される目標回転数に、モータロック判定部４ｂから入力される現在回転数が追従するように、ＰＷＭ制御におけるＰＷＭ信号のデューティ値を算出し、該デューティ値に基づいて駆動回路１をスイッチング動作させるためのＰＷＭ信号を生成して駆動回路１に出力する。一方、ＰＷＭ制御部４ｃは、モータロック判定部４ｂから供給停止指示が入力された場合には、駆動回路１へのＰＷＭ信号の出力を停止する。駆動回路１は、ＰＷＭ制御部４ｃからのＰＷＭ信号の入力が停止すると、ブラシモータＧへの駆動電力の供給を停止する。
【００２３】
上記構成のモータ駆動装置Ａ及びブラシモータＧは、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、車両用空気調整装置Ｓの構成要素である。車両用空気調整装置Ｓは、自動車等の車両に設けられ、外気あるいは内気を取り込み、車両の乗車スペース内の空調を行うものである。車両用空気調整装置Ｓにおいて、ファンＦは、ブラシモータＧの回転軸に連結され、ブラシモータＧによる駆動によって回転する。また、モータブラケットＢｋは、車両用空気調整装置Ｓの下側からブラシモータＧを収容して固定するものである。
【００２４】
また、モータブラケットＢｋの下面ｂ１の表面には、図２（ｂ）に示すように、モータ駆動装置Ａが取り付けられている。一方、モータブラケットＢｋの上面ｂ２の表面には、モータ駆動装置Ａを構成する駆動回路１、電圧センサ２、回転数検出回路３及び駆動回路制御部４に接続される配線が取り付けられている。
【００２５】
次に、このように構成されたモータ駆動装置Ａの動作について説明する。
モータ駆動装置Ａは、直流電源Ｅによって出力される電力を変換してブラシモータＧに供給するものであり、以下の特徴的な処理を実行する。
【００２６】
まず、モータ駆動装置Ａにおいて、駆動回路制御部４のＰＷＭ制御部４ｃは、ブラシモータＧを駆動するように、ＰＷＭ信号を生成して駆動回路１に出力する。ここで、ＰＷＭ制御部４ｃは、ブラシモータＧへの駆動電力に一定間隔で瞬断が発生するようにＰＷＭ信号を生成する。
【００２７】
駆動電力の瞬断の際、電圧センサ２は、例えば、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す回生電圧を検出する。通常、駆動回路１によってパルス状の駆動電力が生成されてブラシモータＧに供給されるが、瞬断が発生すると、ブラシモータＧに回生電力が発生する。この回生電力の電圧波形は、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、リップルを有する波形となっている。該リップルは、ブラシモータＧのブラシに対応して発生する。
【００２８】
なお、瞬断を発生させる間隔については、１秒以上にすることで、瞬断を頻繁に発生させないようにして、モータ駆動装置Ａを備える車両用空気調整装置Ｓが搭載される車両の乗員に不快感を与えないようすることができる。また、瞬断の時間については、１０ミリ秒以下にすることで、ブラシモータＧの回転数の変動が大きいことが原因で発生する唸り音を抑制し、車両の乗員に不快感を与えないようすることができる。
【００２９】
回転数検出回路３は、この瞬断時の回生電圧の平均値を算出し、該平均値に基づいてブラシモータＧの回転数を判断する。例えば、回転数検出回路３は、電圧センサ２から入力される電圧検出信号によって示される電圧値が急激に低下して、所定のしきい値よりも低下した場合、ブラシモータＧへの駆動電力の瞬断が発生していると判断する。
【００３０】
回転数検出回路３は、駆動電力の瞬断が発生していると判断すると、この瞬断時に、電圧センサ２から入力される電圧検出信号によって示される電圧値の平均値を算出する（図４（ａ）参照）。ここで、回転数検出回路３は、瞬断開始直後に過電流が発生するため、瞬断開始直後の電圧値を含まないようにして、電圧値の平均値を算出する。つまり、回転数検出回路３は、電圧検出信号によって示される電圧値が所定のしきい値よりも低下して。所定時間経過後からある時間経過後までの間（例えば、予め瞬断の時間が１０ミリ秒である場合、２ミリ秒経過から４ミリ秒経過までの間）の電圧値の平均値を算出し、該平均値に基づいてブラシモータＧの回転数を算出する。
【００３１】
また、平均値からブラシモータＧの回転数を算出するには、データテーブルを使用する。つまり、回転数検出回路３は、電圧値の平均値に応じてブラシモータＧの回転数が登録されたデータテーブルを予め記憶し、電圧値の平均値を算出すると、該平均値をデータテーブルに照らし合わせてブラシモータＧの回転数を算出する。また、回転数検出回路３は、複数回の平均値からブラシモータＧの回転数を算出するようにしてもよい。
【００３２】
例えば、回転数検出回路３は、３回の瞬断それぞれで電圧値の平均値を算出し、さらに、この３回の瞬断時の平均値の平均値を算出し、該平均値からブラシモータＧの回転数を算出するようにしてもよい。ブラシモータＧの駆動電力は、通常、サイン波であるため、このサイン波上の瞬断した位置によっては、瞬断した際の回生電圧が大きく異なる。そのため、複数回の瞬断時の平均値から、さらに平均値を求めることで、回生電圧全体での平均値を求めることが可能である。
【００３３】
そして、回転数検出回路３は、ブラシモータＧの回転数を算出すると、算出した回転数を駆動回路制御部４に出力する。駆動回路制御部４は、回転数検出回路３から入力される回転数に基づいて駆動回路１を制御して、ブラシモータＧへの駆動電力を制御する。
【００３４】
また、回転数検出回路３は、駆動電力の瞬断時、上述した方法とは異なる方法で、ブラシモータＧの回転数を判断するようにしてもよい。例えば、回転数検出回路３は、電圧センサ２から入力される電圧検出信号によって示される電圧波形のパルス周期及びブラシモータＧのブラシ数に基づいてブラシモータＧの回転数を算出するようにしてもよい。
【００３５】
具体的には、まず、上述した方法と同様、回転数検出回路３は、電圧センサ２から入力される電圧検出信号によって示される電圧値が急激に低下して、所定のしきい値よりも低下した場合、ブラシモータＧへの駆動電力の瞬断が発生していると判断する。
【００３６】
続いて、回転数検出回路３は、駆動電力の瞬断が発生していると判断すると、この瞬断時に、電圧センサ２から入力される電圧検出信号によって示される電圧波形のリップルをハイ状態したパルス波形を生成する。なお、このパルス波形を生成する方法として、例えば、瞬断時に電圧値の平均値を算出し、該平均値と、電圧検出信号によって示される電圧波形とをコンパレータによって比較し、平均値よりも電圧波形が高い場合にハイ状態となる波形を形成する。このパルス波形のパルス数は、ブラシモータＧのブラシ数に依存したものである（図４（ｂ）参照）。回転数検出回路３は、このパルス波形のパルス数からパルス周期を算出し、以下の式（１）に基づいて回転数を算出する。
【００３７】
回転数（ｒｐｍ）＝１分÷パルス周期÷ブラシモータＧのブラシ数・・・（１）
なお、上記２つの方法において、電圧センサ２から入力される電圧検出信号によって示される電圧波形のノイズについては、フィルタ回路によって除去されているものとする。
【００３８】
そして、回転数検出回路３は、ブラシモータＧの回転数を算出すると、算出した回転数を駆動回路制御部４に出力する。駆動回路制御部４は、回転数検出回路３から入力される回転数に基づいて駆動回路１を制御して、ブラシモータＧへの駆動電力を制御する。
【００３９】
このような本実施形態によれば、ブラシモータＧの駆動時、ブラシモータＧへの駆動電力に一定期間の瞬断を発生し、瞬断時におけるブラシモータＧの回生電圧に基づいてブラシモータＧの回転数を算出することによって、従来よりもブラシモータＧを意図した回転数に近似させることができる。
【００４０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形が考えられる。
（１）本実施形態は、車両用空気調整装置以外の装置に搭載されてもよい。
【００４１】
（２）本実施形態では、瞬断を発生させる間隔については１秒以上、瞬断の時間については、１０ミリ秒以下としたが、この瞬断を発生させる間隔及び瞬断の時間については、ユーザによって設定可能にするようにしてもよい。つまり、ユーザの好みによって、瞬断を発生させる間隔を１秒未満や、瞬断の時間を１０ミリ秒より長く設定するようにしてもよい。
【００４２】
（３）上記実施形態は、ブラシモータＧに駆動電力を供給するモータ駆動装置に本発明を適用したものであるが、瞬断時の回生電圧の平均値を算出し、該平均値に基づいてモータの回転数を判断する技術については、ブラシモータＧ以外のモータであるブラシレスモータや永久磁石同期モータ等に駆動電力を供給するモータ駆動装置に適用するようにしてもよい。
【００４３】
例えば、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相の駆動電力をモータに供給するモータ駆動装置である場合、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のいずれかの１つの電力線に電圧センサ２を設け、この電圧センサ２によって検出される検出結果に基づいてモータの回転数を検出するようにしてもよい。また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各電力線（あるいは３本のうちの２本の電力線）に電圧センサ２を設け、各電力線で発生する回生電圧それぞれに基づいて回転数を算出し、各電力線で発生する回生電圧に基づく回転数から最終的な回転数を算出する（例えば、各電力線で発生するに回生電圧に基づく回転数の平均値に基づいて最終的な回転数を算出する）ようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
Ａ…モータ駆動装置、Ｇ…ブラシモータ、１…駆動回路、２…電圧センサ、３…回転数検出回路（回転数検出手段）、４…駆動回路制御部（瞬断発生手段）、４ａ…目標回転数検出部、４ｂ…モータロック判定部、４ｃ…ＰＷＭ制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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