(57)【要約】      （修正有）【課題】マイクロステップモードで動作される多相モーターのストールを検出する方法。【解決手段】位相がシフトした少なくとも２つのマイクロステップ波形をモーターの位相巻線に印加し、位相巻線を流れる合計の電流を測定し、前記マイクロステップ波形の印加と同期して前記合計の電流からサンプルを取得し、位相がシフトした波形の１つまたはそれ以上の”フルステップ”について、前記サンプルの移動平均または移動合計を算出し、前記サンプルに基づいて適応しきい値を算出し、移動平均が前記適応しきい値に比べて大きい場合にモーターのストールを検出する。【選択図】図４
2016021850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロステップモードで動作される二相または三相モーター（２）のストールを検出するモーターストール検出方法であって、
ａ）位相がシフトした複数のマイクロステップ波形（６）を前記モーター（２）の位相巻線（Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗ）に印加し、その位相のシフトが三相モーターの場合には１２０度であり、二相モーターの場合には９０度であり、
ｂ）前記モーター（２）の位相巻線を流れる合計の電流を測定し、前記マイクロステップ波形の印加と同期して前記合計の電流からサンプルを取得し、
ｃ）三相モーターの場合にはマイクロステップ波形の１２０度または６０度の偶数倍に対応する複数のサンプルについて、二相モーターの場合にはマイクロステップ波形の１８０度または９０度の偶数倍に対応する複数のサンプルについて、サンプルの移動平均または移動合計を算出し、
ｄ）前記サンプルに基づいて適応しきい値を算出し、
ｅ）移動平均または移動合計が前記適応しきい値に比べて大きい場合に、モーター（２）のストールを検出するモーターストール検出方法。
【請求項２】
適応しきい値の算出には、ローパスフィルタ処理された移動平均または移動合計を算出することと、そのローパスフィルタ処理された移動平均または移動合計に所定の一定値を掛け算して適応しきい値とすることとが含まれる、請求項１に記載のモーターストール検出方法。
【請求項３】
前記所定の一定値が、１．１０〜１．５０の範囲で選択されている請求項２に記載のモーターストール検出方法。
【請求項４】
ローパスフィルタ処理された移動平均または移動合計の算出には、ＩＩＲフィルタを用いたローパスフィルタ処理による算出が含まれる、請求項２または３に記載のモーターストール検出方法。
【請求項５】
前記合計の電流が抵抗によって測定される、請求項１から３のいずれか一項に記載のモーターストール検出方法。
【請求項６】
モーターが、バイポーラ型ＢＬＤＣモーター、バイポーラ型ステッピングモーター、ユニポーラ型ステッピングモーター、三相ＢＬＤＣモーター、シングルコイル二相ＢＬＤＣモーター、または、三相ステッピングモーターである、請求項１から５のいずれか一項に記載のモーターストール検出方法。
【請求項７】
マイクロステップ波形の印加には、ＰＷＭ信号（８）をモーター駆動回路（４）に印加することが含まれる、請求項１から６のいずれか一項に記載のモーターストール検出方法。
【請求項８】
さらにモーター駆動回路（４）に供給される供給電圧（Ｖｂａｔ）を測定し、
ＰＷＭ信号（８）が、位相巻線を流れる電流が供給電圧（Ｖｂａｔ）に対して独立するように、供給電圧（Ｖｂａｔ）に基づいて発生される、請求項７に記載のモーターストール検出方法。
【請求項９】
１つのマイクロステップの間、供給電圧（Ｖｂａｔ）を複数回測定し、
前記１つのマイクロステップの間、複数の対応するＰＷＭ信号（８）がそのマイクロステップの一部の期間中に印加される、請求項８に記載のモーターストール検出方法。
【請求項１０】
突然停止するまで第１の方向に多相モーターを駆動するモーター駆動方法であって、
ｉ）第１の方向と反対の第２の方向にモーター（２）を駆動し、
ｉｉ）次に、請求項１から９のいずれか一項に記載された方法を用いて第１の方向にモーター（２）を駆動させる、モーター駆動方法。
【請求項１１】
二相モーターまたは三相モーター（２）を駆動し、前記モーターのストールを検出する電子回路（１）であって、
ａ）位相がシフトした複数のマイクロステップ波形（６）を前記モーター（２）の位相巻線（Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗ）に印加し、その位相のシフトが三相モーターの場合には１２０度であって二相モーターの場合には９０度である印加手段と、
ｂ）前記マイクロステップ波形の印加に同期して、位相巻線を流れる合計の電流からサンプルを取得するアナログーデジタルコンバータ（ＡＤＣ）と、
ｃ）三相モーターの場合にはマイクロステップ波形の１２０度または６０度の偶数倍に対応する複数のサンプルについて、二相モーターの場合にはマイクロステップ波形の１８０度または９０度の偶数倍に対応する複数のサンプルについて、移動平均または移動合計を算出するように構成され、前記サンプルに基づいて適応しきい値を算出するように構成され、且つ、移動平均または移動合計が前記適応しきい値に比べて大きい場合にモーター（２）のストールを検出するように構成されたプログラム可能プロセッサと、を有する電子回路。
【請求項１２】
モーター駆動回路（４）と、
前記マイクロステップ波形に対応するＰＷＭ信号（８）をモーター駆動回路（４）に印加するＰＷＭ発生器と、を有する、請求項１１に記載の電子回路。
【請求項１３】
モーター駆動回路（４）に印加される供給電圧（Ｖｂａｔ）を測定する手段を有し、
ＰＷＭ発生器が、位相巻線を流れる電流が供給電圧（Ｖｂａｔ）に対して独立するように、測定された供給電圧（Ｖｂａｔ）に基づくように構成されている、請求項１２に記載の電子回路。
【請求項１４】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法を実行するためのコンピュータプログラム製品であって、
請求項１１から１３のいずれか一項に記載の電子回路のプログラム可能プロセッサ上で実行される、コンピュータプログラム製品。
【請求項１５】
二相モーターまたは三相モーター（２）と、
前記モーター（２）の位相巻線を流れる合計の電流を測定するように構成された抵抗と、
前記モーター（２）に接続された請求項１１から１３のいずれか一項に記載の電子回路（１）と、を有するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスＤＣ（ＢＬＤＣ）モーターやステッピングモーターなどのセンサーレス多相モーターの分野に関する。特に、本発明は、いわゆる”マイクロステップ”モードで駆動される二相または三相のセンサーレスモーターのストールを検出するための方法およびデバイスを提供する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレス直流（ＢＬＤＣ）モーターは、複数（例えば２、３、またはそれ以上）の位相巻線とロータとしての永久磁石（例えば、棒状磁石または多極磁石）とを備える電気モーターの一種である。ＢＬＤＣモーターは、転流のためにブラシを使用するのではなく、その代わりに電気的に転流を行う。しかしながら、これは、ロータにトルクをかけるための磁界を方向付けするために、駆動回路がステータに対するロータの相対位置を知る必要があることを意味する。そのための１つの公知の方法として、例えば光学的位置決め手段または磁気的位置決め手段などの位置決め手段がモーターに追加される。
【０００３】
なお、本発明は、このような追加的な位置決め手段を備えていない、”センサーレス”モーターとして公知のモーターのカテゴリーに関連する。このようなモーターにおいて、ロータの相対位置（ステータに対する）は、通常、”逆ＥＭＦ（ＢＥＭＦ）”または逆電圧”の測定に基づいて決定される。この方法は、とりわけ三相モーターに適しており、３つの中の２つの位相巻線がブロック波形によって駆動され、第３の巻線が非駆動のまま維持される。逆ＥＭＦは、第３の巻線について測定される。逆ＥＭＦをモニタリングすることにより、モーター駆動回路は、ロータの相対位置を取得し、転流を適切に調節する。ＢＥＭＦはまた、ロータが停止した、例えば固定されたまたは突然停止したかを判定するために使用される。
【０００４】
このようなモーターに関する問題として、２つの位相巻線のみが駆動されているために、トルクが制限されることがある。別の問題として、トルクが一定ではなく、その結果としてノイズや振動が増加することがある。これらの両方の問題は、正弦曲線に類似するＢＥＭＦ電圧が発生するように（それらが機械的に外部から駆動された場合に）巻線が配置されたモーターを使用することにより、技術的に解決される。これらのモーターは、理想的には同時に発生した３つの正弦曲線波形によって駆動されるべきであるが、ＢＥＭＦをモニタリングするための巻線がないということが問題になる。いくつかの技術的な解決策が提案されており、そこでは、巻線の１つを一時的にオープンにすることにより、ＢＥＭＦをモニタリングする（短時間ではあるが）。
【０００５】
ＵＳ７４３２６８２（Ｂ２）は、逆ＥＭＦに基づくことがない、位相巻線を流れる合計の電流に基づく異なるアプローチを開示している。このＵＳ特許は、駆動回路（本明細書に図３として挙げられている）を用いることにより、位相巻線に対して移送がシフトした波形（本明細書に図２として挙げられている）を印加する方法を開示している。合計の電流は抵抗Ｒ１によって測定され、信号はＲＣフィルタによってローパスフィルタ処理され、そしてサンプリングされる。次に、サンプルに対して統計的分析が行われ、それによりサンプル値の”分散”が算出される。モーターが通常速度で運転している場合にはこの分散は相対的に小さく、モーターが停止した場合にはこの分散は大きい。この現象が、モーターがストールしたか否かの判断に使用される。しかしながら、この方法は複雑である。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の実施の形態の目的は、多相ブラシレスモーターおよびセンサーレスモーター、特に二相または三相を備えるＢＬＤＣモーターまたはステッピングモーターの”ストール”を検出するための優れた方法および電子回路を提供することである。
【０００７】
特に、本発明の実施の形態の目的は、ストール状態の検出に関してよりロバストな方法および電子回路を提供することである。
【０００８】
さらに、本発明の実施の形態の目的は、従来のものに比べて複雑ではない方法および電子回路を提供することである。
【０００９】
第１の態様によれば、本発明は、マイクロステップモードで動作される二相または三相モーターのストールを検出する方法であって、ａ）位相がシフトした複数のマイクロステップ波形を前記モーターの位相巻線に印加し、その位相のシフトが三相モーターの場合には１２０度であり、二相モーターの場合には９０度であり、ｂ）前記モーターの位相巻線に流れる合計の電流を測定し、前記マイクロステップ波形の印加と同期して前記合計の電流からサンプルを取得し、ｃ）三相モーターの場合には６０度の偶数倍、例えば１２０度に対応する複数のサンプルについて、二相モーターの場合には９０度の偶数倍、例えば１８０度に対応する複数のサンプルについて、サンプルの移動平均または移動合計を算出し、ｄ）前記サンプルに基づいて適応しきい値を算出し、ｅ）移動平均または移動合計が前記適応しきい値に比べて大きい場合にモーターのストールを検出する方法を提供する。
【００１０】
三相モーターの場合、複数の位相巻線（コイル）は、通常、１２０度間隔で配置されており、各巻線内の電流は二方向の中の一方の方向に供給されるので、複数の位相巻線は、それぞれが６０度である６つの”フルステップ（ｆｕｌｌ  ｓｔｅｐ）”と呼ばれるものを形成する。移動平均は、この”フルステップ”の偶数倍について算出され、波形の２×６０°＝１２０°（または４×６０°＝２４０°あるいは３６０°など）の角距離に対応するサンプルウインドウについて算出される。例えば、波形が１電気的周期あたり４８個のマイクロステップを備える場合、移動距離（または移動合計）は、１６個（または３２個あるいは４８個など）のサンプルについて算出される。
【００１１】
二相モーターの場合、複数の位相巻線（コイル）は、通常、９０度間隔で配置されており、それぞれが９０度である４つの”フルステップ”を形成する。この場合、移動平均は、２×９０°＝１８０°（または４×９０°＝３６０°など）について算出される。
【００１２】
この利点として、このような平均演算の出力によって安定した電流値を得ることができ、それによりマイクロステッピングの影響が実質的に減少する（図からわかるように）。
【００１３】
本発明の実施の形態の方法の利点は、ストールが発生したか否かの判断のために誘発的な逆ＥＭＦを測定する必要がなくなり、位相巻線を通過するトータルの電流の測定結果に基づく点である。このことは有益であり、なぜなら、正弦曲線モーターの場合、全ての位相は、同時に駆動され、さもなくば中断する必要があるからである。
【００１４】
マイクロステッピングを使用することによる利点は、ロータの変位インクリメントが”一体ステップ（ｗｈｏｌｅ  ｓｔｅｐ）”アプローチの場合に比べて細かく、それにより動作ノイズが減少することである。
【００１５】
電流サンプルの移動平均（または移動合計）としきい値とを比較する利点は、一定のしきい値に対する電流サンプルの変動または標準偏差を算出する場合に比べて計算が容易になり、低い能力のプロセッサで実行可能である点である。
【００１６】
一定の予め決められたしきい値とは対照的な適応しきい値を使用する利点は、速度の違い、負荷、経年劣化、摩耗などの現象が自動的に考慮される点である。さらに、キャリブレーション（生産環境において非常に費用がかかる）を回避することができる。このことは、非常に競争が激しいマーケットにおいては非常に重要である。
【００１７】
マイクロステップと同期して（例えばマイクロステップそれぞれの終了時に）サンプルを取得する利点は、これにより、過渡的挙動が消えた後にサンプルを取得することができ、その結果として、ノイズが少ないサンプルを得ることができる点である。
【００１８】
サンプルは、アナログーデジタルコンバータ（ＡＤＣ）によってデジタル化されるのが好ましい。これにより、デジタルドメインでサンプルを処理することができる。
【００１９】
非同期のサンプルの統計値ではなく、同期のサンプルの移動平均を算出する利点は、低い能力のプロセッサで済むとともにきれいな信号を提供でき、そのため、通常速度での運転状態とストール状態とを確実に区別することができる点である。
【００２０】
単純な計算を用いることにより、シンプルな（安い）マイクロコントローラを使用することができ、各マイクロステップにおけるストール状態を評価でき、また、１電気的周期あたりのマイクロステップの数を増やすことができる。
【００２１】
この方法は、とりわけ、自動車の用途における、エアフラップ、グリルシャッタなどに適する。
【００２２】
ある実施の形態の方法において、適応しきい値の算出には、ローパスフィルタ処理された移動平均または移動合計を算出することと、そのローパスフィルタ処理された移動平均または移動合計に所定の一定値を掛け算して適応しきい値とすることとが含まれている。
【００２３】
発明者は、適応しきい値のような値を用いることにより、モーターの突然の停止、すなわちモーターのストールの検出のためにモーター内の電流の突然の増加を検出する優れた方法が提供されることに気が付いた。
【００２４】
なお、移動平均（または移動合計）とそのローパスフィルタ処理されたものとの比較により、これらが同一の定常状態（モーター速度が一定）であることが保証される。
【００２５】
所定の一定値が、１．１０〜１．５０の範囲で選択されてもよい。
【００２６】
所定の一定値を、当業者であれば、手近のシステム（例えば、特定のギアボックスと特定のエアフラップなどを備える特定のモーターなど）上で繰り返しテストを行うことによって決定することができる。小さすぎる所定の一定値が選択されている場合、小さな障害やしゃっくりが誤ってストールと検出される可能性がある。大きすぎる値が選択されている場合、本当のモーターストールが認識されない可能性がある、または、比較的遅れて検出される可能性がある。
【００２７】
ある実施の形態において、ローパスフィルタ処理された移動平均または移動合計を算出には、ＩＩＲフィルタを用いたローパスフィルタ処理による算出が含まれている。
【００２８】
ＩＩＲフィルタ（例えばＦＩＲフィルタではなく）を用いる利点は、わずかの処理能力で済む点である。本発明の用途の場合、低次のフィルタ、例えば一次フィルタで十分である。
【００２９】
ある実施の形態において、前記合計の電流は抵抗によって測定される。
【００３０】
抵抗は、モーター駆動回路に直列に接続されていてもよい。モーター駆動回路は、供給電圧とグラウンドとの間を接続し、ＰＷＭ信号を受け取る入力とモーターの巻線に接続可能な出力とを備える複数の二重Ｈブリッジを有しもよい。好ましくは１つの抵抗が使用されるが、絶対というわけではない。
【００３１】
ある実施の形態において、モーターは、バイポーラ型ＢＬＤＣモーター、バイポーラ型ステッピングモーター、ユニポーラ型ステッピングモーター、三相ＢＬＤＣモーター、シングルコイル二相ＢＬＤＣモーター、または、三相ステッピングモーターである。
【００３２】
本発明の方法は、理想的には、この種のモーターに適している。
【００３３】
ある実施の形態において、マイクロステップ波形の印加には、ＰＷＭ信号をモーター駆動回路に印加することが含まれる。
【００３４】
ＰＷＭ信号を、マイクロコントローラの専用のハードウェアブロックによって発生してもよいし、または、特定の数のクロック周期に対して出力ポート”ｈｉｇｈ”または”ｌｏｗ”を単に設定することによってソフトウェア内で発生してもよい。
【００３５】
マイクロステップを発生させるためにＰＷＭ信号を使用すること自体は公知であるが、同期サンプリング（例えば、各マイクロステップの終了時に）と組み合わせてマイクロステップを発生させるためにＰＷＭ信号を使用することについては、一般的に公知であるとは思えない。
【００３６】
ＰＷＭ信号はモーターに直接的に印加されてもよい（例えば埋め込みモータードライバを備えるＡＳＩＣを使用する場合）。代わりとして、統合型コントローラが使用され、例えば、二重Ｈブリッジとして配列されている複数のトランジスタからなる外部の駆動回路にＰＷＭ信号を印加してもよい。
【００３７】
本方法はさらに、モーター駆動回路に供給される供給電圧を測定してもよく、その場合、ＰＷＭ信号が、位相巻線を流れる電流が供給電圧に対して独立するように、測定された供給電圧に基づいて発生される。
【００３８】
好ましくは、ＰＷＭ信号は、波形テーブルから取得されるが、測定された供給電圧に対して反比例に補正される。
【００３９】
本発明の実施の形態の利点は、ＰＷＭ信号を発生させるときに供給電圧を考慮していることであり、それにより、本方法は、電力安定回路（ＤＣ−ＤＣコンバータなどの）を必要とすることなく、供給変動に対してロバストを備える。
【００４０】
本発明の実施の形態の利点は、マイクロステップレベルで電圧の供給変動に対して補正動作を行うことができる点である。これにより、（略）瞬間的な補正が行われる。
【００４１】
巻線を流れる電流に基づいてストール検出が行われるため、上述のストール検出方法は、電力の供給変動に対してロバストを備える。
【００４２】
ある実施の形態において、供給電圧が、１つのマイクロステップの間、複数回測定され、前記１つのマイクロステップの間、複数の対応するＰＷＭ信号がそのマイクロステップの一部の期間中に印加される。
【００４３】
これは、特に、モーターが相対的に低速度、例えば所定のしきい値より下の速度で駆動する場合に関与する。なぜなら、マイクロステップは相対的に長い可能性があり、供給電圧が１つのマイクロステップの間に変化する可能性があるからである。供給電圧のサンプルを取得することによりまた対応するＰＷＭ信号を複数回１つのマイクロステップに印加することにより、供給電圧の変動がより補償される。
【００４４】
第２の態様によれば、本発明は、突然停止するまで第１の方向に多相モーターを駆動する方法を提供し、その方法では、ｉ）第１の方向と反対の第２の方向にモーターを駆動し、ｉｉ）次に、第１の態様のいずかの実施の形態に従う方法を用いて第１の方向にモーターを駆動させる。
【００４５】
この逆駆動の目的は（モーターがスタート位置にいたかどうか、また逆方向に回転可能でなかったかどうかに関係なく）、モーターが次のステップにおいて公称速度に到達することができることを確実にするためであり、それにより上述のアルゴリズムを用いて確実にストールを検出することができる。これにより、モーターが突然停止にすでに近い状況であった場合にストール検出が失敗する可能性の問題を回避することができる。この問題は、まず、反対方向にモーターを駆動することによって解決される。
【００４６】
第３の態様によれば、本発明はまた、二相モーターまたは三相モーターを駆動し、前記モーターのストールを検出する電子回路であって、ａ）位相がシフトした複数のマイクロステップ波形を前記モーターの位相巻線に印加し、その位相のシフトが三相モーターの場合には約１２０度であって二相モーターの場合には約９０度である印加手段と、ｂ）前記マイクロステップ波形の印加に同期して、位相巻線を流れる合計の電流からサンプルを取得するアナログーデジタルコンバータ（ＡＤＣ）と、ｃ）三相モーターの場合にはマイクロステップ波形の６０度の偶数倍、例えば１２０度に対応する複数のサンプルについて、二相モーターの場合にはマイクロステップ波形の９０度の偶数倍、例えば１８０度に対応する複数のサンプルについて、移動平均または移動合計を算出するように構成され、前記サンプルに基づいて適応しきい値を算出するように構成され、且つ、移動平均または移動合計が前記適応しきい値に比べて大きい場合にモーターのストールを検出するように構成されたプログラム可能プロセッサと、を有する電子回路を提供する。
【００４７】
ある実施の形態において、電子回路は、少なくとも１つのＡＤＣ（埋め込み型または非埋め込み型）を備えるマイクロコントローラまたはＡＳＩＣと、モーター駆動回路（埋め込み型または非埋め込み型）と、モーターの巻線を流れる合計の電流を測定するために設けられた抵抗（埋め込み型または非埋め込み型）とを有する。
【００４８】
特に好適な実施の形態において、電子回路は、少なくとも１つの埋め込み型ＰＷＭモジュール、少なくとも１つの埋め込み型ＡＤＣ、および、メモリに接続されているとともに上記の方法のいずれかを実行する命令を有するプログラム可能プロセッサ備える１つのＡＳＩＣを有する。
【００４９】
ある実施の形態において、電子回路はさらに、モーター駆動回路と、前記マイクロステップ波形に対応するＰＷＭ信号をモーター駆動回路に印加するＰＷＭ発生器とを有する。
【００５０】
ある実施の形態において、電子回路はさらにモーター駆動回路に印加される供給電圧を測定する手段を有し、ＰＷＭ発生器が、位相巻線を流れる電流が供給電圧に対して実質的に独立するように、測定された供給電圧に基づくように構成されている。
【００５１】
第４の態様によれば、本発明は、第１の態様のいずれかの実施の形態に係る方法を実行するためのものであって、第２の態様のいずれかの実施の形態に係る電子回路のプログラム可能プロセッサ上で実行されるコンピュータプログラム製品を提供する。
【００５２】
第５の態様によれば、本発明は、二相モーターまたは三相モーターと、モーターの位相巻線を流れる合計の電流を測定するように構成された抵抗と、前記モーターに接続された第２の態様のいずれかの実施の形態に係る電子回路と、を有する。
【００５３】
本発明の特に好ましい態様は、添付の独立請求項および従属請求項にて提示されている。従属請求項の特徴は、独立請求項の特徴と組み合わされてもよいし、また他の従属請求項の特徴と、適切なものとしてまた単に明確に請求項にて提示されているものに限らずに組み合わされてもよい。
【００５４】
本発明の上述の態様または他の態様は、後述の実施の形態を参照することによって明らかになるとともに説明される。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
これらの図面は概略的且つ非限定的である。図面においては、説明のために、いくつかの要素が誇張され、正しい縮尺で示されていない。異なる図面において、同一または類似する要素には同一の参照符号が付されている。請求項の参照符号はその範囲を制限するものと解釈すべきでない。
【図１】当業者にとっては公知である、三相の星形結線されたＢＬＤＣステータと二極性永久磁石ロータとを概略的に示す図
【図２】正弦曲線関数に近似し、１電気的周期あたり２４個のマイクロステップを備える、当業者にとっては公知のマイクロステップ波形を示す図
【図３】図１の位相巻線を駆動するための図２の波形を発生させるために使用される、当業者にとっては公知の駆動回路を示す図
【図４】本発明の実施の形態に係る、多相のセンサーレスモーターがストールしたか否かを検出するための方法であって、モーターを通過するトータルの電流が”正常レベル”より増加したか否かに基づくものであり、さらに詳細には、合計の電流からサンプルを取得し、それらのサンプルについて移動平均を算出し、電流が”正常”であるかおよび電流が”大きすぎる”かを判定するための動的なしきい値を決定し、前記移動平均と前記動的なしきい値との比較に基づいてモーターがストールしているか否かを判定する方法を示すフローチャート図
【図５】図４の方法を実行するために使用される、本発明の実施の形態に係る一例の電子回路のブロック図
【図６】図４で提案された基礎的なアルゴリズムであって、複数のサンプル（細線で互いに接続されている）と、その移動平均（太線）と、動的なしきい値（点線）とを示し、底の曲線（破線）でモーターのストールが検出された様子を表しているアルゴリズムを示す図
【図７】図６の変形例であって、本発明の選択的な特徴に係る、加速中または減速中におけるストール検出が無効にされた例を示す図
【図８】図７の変形例であって、本発明の第２の選択的な特徴によって解決される再ストール検出の問題を示す図
【発明を実施するための形態】
【００５６】
本発明について特定の実施の形態を挙げておよびいくつかの図面を参照しながら説明するが、本発明はこれらによって限定されず、請求項のみによって限定される。図面は概略的に且つ非限定的に示されており、いくつかの要素のサイズについては、説明のために、誇張され、正しい縮尺で示されていない。寸法や相対的寸法は、実行される発明の実際の縮尺には対応していない。
【００５７】
明細書および請求項内の第１、第２などは、類似の要素を区別するために使用され、必ずしも、時間的な、空間的な、序列などの順番を示すものではない。これらの用語は適当な状況においては交換可能に使用されると理解され、また、本明細書に記載されている実施の形態は本明細書で示されている順番とは異なる順番で実現可能であることと理解される。
【００５８】
さらに、明細書および請求項内の上、下などの用語は、説明のために使用されるのであって、必ずしも相対的な位置を示すものではない、これらの用語は適当な状況において交換可能に使用されると理解され、また、本明細書に記載されている実施の形態は本明細書で示されている姿勢とは異なる姿勢で実現可能であることと理解される。
【００５９】
請求項で使用される”有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）”の用語は、その後に言及されている手段に限定するものではなく、他の要素やステップを排除しないものとして解釈すべきであることに留意する。したがって、言及されている規定された特徴、数値、ステップ、構成要素の存在を示すものであって、また１つまたはそれ以上の他の特徴、数値、ステップ、構成要素の存在や追加を除外しないと解釈される。そのため、”手段ＡおよびＢを有するデバイス”の範囲は、デバイスが構成要素ＡおよびＢのみからなることに限定されない。本発明に関して、デバイスの特に関連する構成要素がＡとＢであることを意味する。
【００６０】
明細書のあらゆる箇所で言及される”一実施の形態”または”ある実施の形態”は、その実施の形態に関連して記載されている特定の特徴、構造、または特性が本発明の少なくとも１つの実施の形態に含まれていることを意味する。したがって、本明細書のあらゆる箇所で使用されている”一実施の形態において”または”ある実施の形態において”の記載がある場合、必ずしも同一の実施の形態の全てを言及してはいない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つまたはそれ以上の実施の形態において、本開示から当業者が明らかなように、適切に組み合わせられてもよい。
【００６１】
同様に、本発明の一例の実施の形態の説明において、本発明の様々な特徴は、本開示の合理化のために、また、１つまたはそれ以上の発明の態様の理解を助けるために、単一の実施の形態、図、その説明にグループ化されている。しかしながら、この開示方法は、各請求項で明確に言及されている以上の特徴を本願発明が必要とすることを意図するものではない。むしろ、従属請求項に反映するものとして、発明の態様では、上述で開示された１つの実施の形態の全ての特徴より少ない。したがって、詳細な説明に従う複数の請求項は、各請求項が本発明の異なる実施の形態として自立した状態で、本明細書によってこの詳細な説明に組み込まれている。
【００６２】
さらにまた、当業者であれば理解されるように、本明細書に記載されているいくつかの実施の形態が他の実施の形態に含まれる特徴ではないいくつかの特徴を含んでいる一方で、異なる実施の形態の特徴の組み合わせが、本発明の範囲内に含まれ、また異なる実施の形態を形成している。例えば、従属請求項において、その請求された実施の形態のいずれかが組み合わせて使用される。
【００６３】
本明細書の説明において、多くの具体的な詳細が説明される。しかしながら、本発明の実施の形態がこれらの具体的な詳細がなくても実施できることが理解される。他の例では、公知の方法、構造、および技術は、本明細書の理解を妨げないように、詳細には示されていない。
【００６４】
本発明において、”モーター相”、”相巻線”、および”モーターコイル”は、類義語として使用されている。
【００６５】
本発明において、”移動平均（ｍｏｖｉｎｇ  ａｖｅｒａｇｅ）”および”移動平均（ｒｕｎｎｉｎｇ  ａｖｅｒａｇｅ）”は、類義語としてまた通常の意味で使用されている。
【００６６】
本発明において、”適応しきい値”および”動的しきい値”は、類義語として使用されている。
【００６７】
本発明において、”モーターのストール”は、モーターの回転が不意に停止し、動作を止めることを言う。
【００６８】
本発明は、２つの巻線、３つの巻線、または３つ以上の巻線を備える多相モーターに適用可能である。本発明の概念は、３つの巻線を備えるモーターに関して説明されるが、本発明はこれに限定されない。
【００６９】
（背景情報）
図１は、星形結線されたブラシレスＤＣ（ＢＬＤＣ）ステータと、二極性永久磁石ロータ５とを備える三相モーター２を概略的に示している。ロータは、Ｎ極とＳ極とを備えるバー状の磁石５として示されている。ステータは、一端がいわゆる”星”点に接続され、他端Ｕ、Ｖ、Ｗ（いわゆる端子）が、例えばモータードライバ回路４（例えば図３）によって駆動されるためにアクセス可能にされている３つの巻線を有する。ステータの巻線はインダクタンスＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗ（黒色で示されている）によって表現されているが、巻線はまた電気抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗを備える。モーター２は、１つまたはそれ以上の巻線に電流が流れるように、端子Ｕ、Ｖ、Ｗに電圧波形が印加されることによって駆動される。
【００７０】
いくつかのブラシレスセンサーレスＤＣ（ＢＬＤＣ）モーターにおいて、通常、３つの端子の中の２つのみに同時に電圧が印加され、非接続（浮いている）第３の端子が逆起電力（逆ＥＭＦまたはＢＥＭＦと呼ばれる）の測定に使用される。このように、２つの巻線に電圧を印加し、第３の巻線は電圧を印加せずに維持する（オープン状態を維持する）。例えば、端子ＶにＶＤＤが印加されて端子ＷにＧＮＤが印加されるとき、矢印Ｉｍｓｔ１によって示す電流が巻線Ｌｖ、Ｌｗを流れ、その一方で逆ＥＭＦが巻線Ｌｕ内で発生して端子Ｕで測定される（モーターが運転中のとき）。このことは、当業者にとっては周知であり、本明細書に更なる詳細が記載されている。
【００７１】
ＢＥＭＦの形状は、例えば、ステータへの巻線の配置によるが、台形または正弦曲線である。台形のＢＬＤＣモーターは、一つの巻線と別の巻線とに供給電圧ＶＤＤとグラウンド電圧ＧＮＤを交互に印加し、その一方で、第３の巻線を、特定の時間の間、オープン状態（トライステート）で維持する。図１は６本の矢印Ｉｍｓｔ１〜Ｉｍｓｔ６を示しており、ＭＳＴ１〜ＭＳＴ６は、当業者には周知のように、６０度間隔で配置されている６つのモーターステート（ｍｏｔｏｒ  ｓｔａｔｅｓ）を示している。
【００７２】
しかしながら、本発明は、いわゆる”ブロックモード（ｂｌｏｃｋ  ｍｏｄｅ）”または台形モード（ｔｒａｐｅｚｏｉｄａｌ  ｍｏｄｅ）”の転流を対象としていない。むしろ、ブロック波ではなく、電圧駆動として正弦曲線波形を用いることによってまたは空間ベクトル波形（二重の正弦波に見える）を用いることによって三相が同時に駆動される（たった２つではなく）モーター、例えばＰＭＳＭモーターを対象とする。このようなモーターは、ノイズや振動が小さく、空間ベクトル波形を用いる場合、同一の電力供給であれば出力が１５％増加する。正弦曲線波形または正弦曲線に似ている波形は、後述するように、階段関数や”マイクロステップ”動作として公知の技術によって近似される。
【００７３】
ストールの検出は、モーターが回転を止めたか否かを検出することである。センサーレスモーターのローラの停止または固定を検出する１つの方法は、ＢＥＭＦを測定することである。ＢＥＭＦ電圧（厳密に言えば、ＢＥＭＦ波形の振幅）は、ロータの角速度に比例する。ロータが固定されているまたは停止された場合、ＢＥＭＦ電圧はゼロであり、巻線を流れる電流が増加する（供給電圧が同一である場合）。したがって、ＢＥＭＦ電圧を測定する代わりに、間接的な検出方法として、電流の増加に基づいてロータの停止を検出することができる。この原理に基づく一つの方法がＵＳ７４３２６８２（Ｂ２）に開示されており、以下、図２および図３を参照しながら簡潔に説明される。
【００７４】
図２（ＵＳ７４３２６８２Ｂ２の図１のコピー）は、２４個のマイクロステップを備えるマイクロステップ波形６の一例を示している。図１の正弦曲線の三相モーター２は、時計方向にまたは反時計方向に、３つの当該波形をモーター端子Ｕ、Ｖ、Ｗに同時に印加することによって駆動される。その３つの波形それぞれは、求められる回転の方向にもよるが、他の波形に対して１２０度、２４０度シフトしている。このような波形は、例えば、図３に示すモーター駆動回路４によって発生させることができる。６つのトランジスタＱ１〜Ｑ６は、当業者であれば周知のように、ＰＷＭ信号をこれらのゲートに印加することによってＯＮ／ＯＦＦされる。
【００７５】
図３（ＵＳ７４３２６８２Ｂ２の図２のコピー）は、三重Ｈブリッジを形成するように配置された６つのトランジスタＱ１〜Ｑ６を備える駆動回路４を示している。これらの中点に、モーター２の三相巻線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗが接続されている。モーター巻線を通過する合計の電流Ｉｓｕｍは、駆動回路４とグラウンドの０Ｖとを接続する抵抗Ｒ１を用いることによって測定される。ＵＳ７４３２６８２Ｂ２において、合計電流は、直接的に読み出すことはできないが、抵抗Ｒ２とキャパシタＣとによってローパスフィルタ処理される。その後、合計電流はサンプリングされ、そのサンプルの変化が算出され、その変化に基づいてモーターの回転が停止したか否かが判断される。
【００７６】
しかしながら、本発明の発明者は、ＵＳ７４３２６８２Ｂ２に記載されているストールの検出が、全ての状況下において、例えば、供給電圧が変動するなど、機械力学的／磁気学的にミスマッチしている状況において、常に信頼できるわけではないことに気付いた。さらに、発明者は、Ｒ−Ｃローパスフィルタ（Ｒ−Ｃ値は温度によって変化する可能性がある）の最小−最大のフィルタ値が変化するとともにその変動も変化することと、それとともに定格負荷が運転モード中に変化することに気付いた。さらにまた、彼らは、統計的分析に基づく改良には比較的強力なプロセッサが必要であることを実感した。発明者は、以下に記載するように、いくつかの改良を考え出した。
【００７７】
（ストール検出―基礎的なアルゴリズム）
図４は本発明の実施の形態に係る方法のフローチャートを示しており、図５はこの方法を実行するために使用される一例の電子回路１を概略的に示している。図５の駆動回路は、ローパスフィルタＲ２、Ｃ１が本発明の実施の形態に存在しないことを除いて、図３に示すものと非常に類似する。
【００７８】
方法の第１のステップ４１０において、例えば、図２に示すものに類似するが、振幅や時間のスケールが任意であって、２４個より多いまたは少ないステップを備える３つのマイクロステップ波形が、当業者であれば周知の方法でモーター２を駆動するコントローラにより、位相巻線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗそれぞれに印加される。コントローラは、例えば、マイクロコントローラ、ＡＳＩＣ、ハイブリッド集積モーター制御ＩＣなどである。
【００７９】
第２のステップ４２０において、位相巻線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗを通過する合計電流Ｉｓｕｍが、例えば抵抗Ｒ１（図５）によって測定され、その合計電流Ｉｓｕｍからサンプルが取得される。これは、例えば、抵抗Ｒ１の電圧を例えばコントローラ７内部のＡＤＣが測定することによって実現される。本発明の重要な態様によれば、これらのサンプルそれぞれは、駆動波形信号のマイクロステップと同期して取得される。好ましくは、サンプルは、”マイクロステップ”それぞれの過渡的挙動が消えたときに、例えばマイクロステップそれぞれの終了時に取得される。このような同期は、合計の電流を測定するプロセッサと同一のプロセッサ７内で波形を発生させる場合、比較的容易に実行することができる。同期サンプリングの利点は、過渡電流のサンプリングを回避することができ、それによってよりきれいな信号を得ることができる点である。
【００８０】
第３のステップ４３０において、”移動平均（ｍｏｖｉｎｇ  ａｖｅｒａｇｅ）”（”移動平均（ｒｕｎｎｉｎｇ  ａｖｅｒａｇｅ）”）が、マイクロステップ波形の電気的周期の所定の部分または１つの完全な周期におけるサンプルから取得される。特に、波形が１電気的回転あたり、例えば４８個のマイクロステップを備える場合、移動平均は、好ましくは、１２０度の位相に対応する、１６個のサンプルについて取得される。代わりとして（好ましくはないが）、移動平均はまた、１２０度の倍数、例えば２４０度（３２個のサンプル）や３６０度（４８個のサンプル）などについて取得される。最小の移動平均のサンプルサイズは三相モータ（６ｘ＝３コイル×２電流方向）の自然転流周期である６０の電気角度に対応する８個であるが、多くの場合、２つの転流（１２０度）を取ることにより、２つの転流ごとに繰り返されるモーターのコイルインピーダンスのわずかな非対称に起因して、より安定した平均が与えられる。１電気的周期あたり２４個のマイクロステップを備える図２の波形が使用される場合、移動平均は好ましくは８個のサンプル、または８の倍数個のサンプルについて算出される。このような平均演算によって比較的に安定した合計電流が与えられ、それによってマイクロステップの影響が実質的に減少される。言い換えると、移動平均は、非常に小さな”リップル”を示す（モーターが実質的に定速で運転しているとき）。
【００８１】
好ましくは、”全ステップ”あたりのマイクロステップの数は、必ずしも、２の累乗、例えば、結果として完全な電気的回転（すなわち３６０度）の間に１２、２４、４８、９６、１９２個などのマイクロステップを生じさせる、”全ステップ”（すなわち、三相モーターの場合は６０度）あたり２、４、８、１６、３２個などのマイクロステップ数から選択される必要はない。
【００８２】
さらに、このような演算は非常にシンプルである。なぜなら、シンプルな計算（例えば、４８個のマイクロステップの場合、１マイクロステップあたり１５回の足し算と１回の割り算のみであり、平方根もなければ二乗差の和などもない）のみ含むからである。さらに、”移動平均”は、１６個の最新のサンプル値の合計を効率的に算出する（１５回の足し算）ことに代わって、単に最古のサンプルを引き算するとともに最新のサンプルを足し算することにより、過去に計算された移動平均の値（厳密に言えば、割り算する前の”移動合計（ｒｕｎｎｉｎｇ  ｓｕｍ）”）に基づいて算出することができる。これにより、従来技術に記載されたように標準偏差を算出する場合に比べてチープであるたった１回の引き算とたった１回の足し算（加えて１回の選択的な割り算）により、移動平均（移動合計）をマイクロステップごとに算出することができる。実際には、”移動平均”に代わって”移動合計”を算出する場合、割り算を省略することが可能であり、その結果として、マイクロステップごとに１回の引き算と１回の足し算とが行われる。
【００８３】
第４のステップ４４０において、既に取得された少なくともいくつかのサンプルに基づいて、適応しきい値が算出され（各マイクロステップにおいて）、それから第５のステップ４５０において、移動平均（移動合計）の値が適応しきい値と比較される。移動平均（移動合計）が適応しきい値に比べて高い場合、モーター２がストールしているまたは突然停止したと判断される。そうでない場合、モーター２は必要に応じて運転中であると判断される。
【００８４】
既に取得されたサンプルにしきい値が基づくことにより、追加の測定（ＢＥＭＦなど）を行う必要がなくなる。移動平均（移動合計）と適応しきい値とを比較することにより、移動平均（移動合計）と一定の所定値（例えば、生産時に測定された位相線の電気抵抗に基づく）とを比較する場合とは対照的に、負荷変動、最大速度変動、経年劣化、摩耗、摩擦、温度影響、または比較的”長期的な”他の現象などが自動的に考慮され、それにより大きな利益がもたらされる。さらに、（生産環境においては費用がかかる）キャリブレーションや測定された抵抗値などを記憶する余分な非揮発性メモリが必要なくなる。
【００８５】
ある実施の形態において、前記適応しきい値は、所定の一定値が掛け算される前、例えばモーターのストールの判断前に平均電流を２５％増加させる１．２５が掛け算される前に、算出された移動平均（移動合計）をローパスフィルタ処理したものとして算出される。
【００８６】
ある実施の形態において、一次のＩＩＲフィルタがこのＬＰＦ関数を実行するために使用される。例えば、数式１の関数が使用されてもよい。
【数１】
2016021850.tif 000003
Ｘ［ｋ］は時間（マイクロステップ）ｋでサンプリングされた合計電流を示し、Ｙ［ｋ］は、ＬＰフィルタ処理された信号を示している。このフィルタのコーナー周波数は、１２８個の転流周期（すなわち１２８個のマイクロステップ）であり、正弦曲線波形が４８個のマイクロステップを備える場合に適切なフィルタである。しかしながら、他の適切なコーナー周波数が使用されてもよい。
【００８７】
所定の一定値（”係数”）は、１．１０〜１．５０の範囲、好ましくは１．１５〜１．４０の範囲、より好ましくは１．２０〜１．３０の範囲の値であってもよく、例えば、１．２０、１．２５、または１．３０であってもよい。当業者であれば、特定の用途において繰り返しテストを行うことによって適切な範囲を見つけることができる。例えば、特定の機構（ギアボックス、伝達率、形状、摩擦、材料弾性など）を備えるエアコーフラップ（ａｉｒｃｏ−ｆｌａｐ）のストールの検出にモーターが使用される場合、その所定の一定値は、例えば異なるモーター、ギアボックス、材料、形状、弾性などを備える、同一の車両内のグリルシャッター（ｇｒｉｌｌ  ｓｈｕｔｔｅｒ）のものと異なってもよい。
【００８８】
この基礎的なアルゴリズムの背景にある考え方は、移動平均（移動合計）が平均のトータル電流を示し、その値に、適応しきい値が、移動平均（移動合計）が突然に例えば２５％増加し、モーターのストールと解釈される異常状態が発生したときに追従しようとすることである。
【００８９】
本発明の方法が、モーターのストール状態中に生じるリップルやスパイクの振幅を使用せず、その代わりとしてトータルのモーター電流の低周波数成分に基づくものであることに注目される。
【００９０】
図６は、本発明の方法（アルゴリズム）の仕組み一例を示している。Ｘ軸上には、時間がマイクロステップの数として示されている。Ｙ軸上には、合計電流Ｉｓｕｍを示すサンプル値が、デジタル数（例えば、ＡＤＣ値）として示されている。電流の絶対値は、実際には、このアルゴリズムでは重要ではない（ただし、ＡＤＣと、計数器と、フィルタとが十分な範囲と精度を備え、クリップしないことが条件である）。”生（ｒａｗ）”のサンプル値は線分によって相互に接続されており（説明のために）、１サンプルは、各マイクロステップの終了時に取得される。図６の左側では（約サンプル＃４８から約サンプル＃５２８までは）、モーターは実質的に一定の速度で運転している。図６の右側では（約サンプル＃５２８からは）、モーターは突然停止しているまたは他の理由でストールしている。この例において、移動平均ＭｏｖＡｖｇは、１６個のサンプル値について算出され、また極太線で示されている（サンプル２４０以下では点線に重なっている）。図に示すように、本例における生のサンプル値は約４０から約７０の間を変化し（図の左半分）、移動平均は、実質的に一定であるが（マイクロステップ＃４８から＃５２８の間は、約５７から約６３の範囲内であるが）、その後約８５の値に向かって徐々に増加する。点線は、ローパス処理された移動平均を示しており、マイクロステップ＃４８から＃５７８の間では、約５８から約６０の値を示している。しかし、その後は、移動平均ほど急速ではないものの、緩やかに増加している。所定の係数によって算出されているので（この場合、例えば１．２０が選択されている）、この２つの線（ＭｏｖＡｖｇとＬＰＦ）の違いが大きすぎる場合、本発明の態様によれば、モーターがストールしていると判断される。
【００９１】
図６の下側では、ストール状態が検出されたタイミングに計数器が始動されたことが示されている。このタイミングでは、黒線のサンプルは、点線の値の１．２倍に比べて大きい（実際には、信号フラグ”ｙｅｓ”/”ｎｏ”で十分であるが、ランプ関数表示が展開目的で使用されている）。
【００９２】
（加速と減速）
図７は、図６に示す基礎的なアルゴリズムのわずかに異なる変形例を示している。モーターの加速および減速中（例えば始動中）においてストール検出を好ましく無効にする例が単に示されている。検出アルゴリズムの反応速度は、機械的な慣性を原因として、とりわけ、ゼロの速度（開始）から目標速度までの間の振幅が一定（例えば最大）である正弦曲線波形を用いることによってモーターが駆動される用途の場合には、モーターの反応速度に比べて非常に高速である。そのため、モーター電流が高くなり、そのモーター電流の変動によってストール検出が不正確なものになる。この不正確なストール検出を回避するために、ストール検出機構が、加速中や減速中の間、単に無効にされる。図示する例において、ストール検出は、最初の６４個のサンプルの間（この場合、１．３３電気回転）、無効にされる。当業者であれば、スキップされるサンプルの適切な数を、具体的な実施内容（モーターのサイズ、ギアボックス、摩擦など）にもよるが、例えば試行錯誤することによって見つけ出すことができる。実際には、加速中または減速中において、他の方法、例えば高いソフトウェアレベルにおいて不正確なストール検出を単に無視することによっても同一の効果を得ることができるため、無効にすることは本発明の方法の選択的な特徴にすぎない。
【００９３】
（再ストール）
図８は、図７に示す方法のさらなる変形例を示している（実際には、図８のサンプル＃０から＃４２８までの部分が図７である）。図８の右半分が当該部分である。発明者は、上述の方法によれば、正確に言えば、”第１のストール”状態（本例では約サンプル＃６００で）、約サンプル＃６２４で”第２のストール”状態、約サンプル＃６４８で”第３のストール”状態、そして約サンプル＃６９６で”第４のストール”状態が検出され、それより後ではストール状態を検出していないことを指摘している。これは、適応しきい値が約７０（本例では”通常”値）から約８０に徐々に増加しているからである。そのため、基礎的アルゴニズムは、高い信頼性でストールを検出することができない。この問題は、第１のストール状態が検出されたときに適切な措置を取ることにより、高いソフトウェアレベルで対処することができる。この問題はまた、例えば次に示すように、ドライバーレベルでも解決することができる。第１のストールが検出された後、内部ストールフラグを立て、その回転方向を記憶する（例えば時計方向）。この場合、同一方向（時計方向）の新しい動作命令を受け取ると、モーターはまず、複数のステップだけ逆に戻る（反時計方向）。そして、その後、モーターは、要求された方向（時計方向）に動作する。この解決方法は、例えば化学工場においてバルブを閉じるときなど、全ての用途で適用可能ではないが、例えば自動車などの車両内の空調システムのエアフラップを制御するためには適用可能である。
【００９４】
モーターがスタートから動けない場合を確認するために、すなわちスタート時にＬＰＦフィルタ処理された電流が、動作時のＢＥＭＦを原因として、最大レベル（１００％）から加速後に低レベル（例えば８０％）に減少しなければならない状況を確認するために、付加的なチェックが追加されてもよい。ＬＰＦの減少がない場合、モーターは動けない状態である（図７および図８の通常のスタートを参照）。この場合、電気的なエラーがコントローラ、例えばマスターＥＣＵに報告されてもよい。
【００９５】
（供給電圧の変動に対する補償）
既に述べたように、摩耗、温度の変動（例えば外気温度の変動）、供給電圧の変動（例えば、フル充電または空のバッテリ）などの遅い変化（例えば少なくとも１秒の時定数を備える）による影響は、適応しきい値を用いることによって効率的に取り扱われる。
【００９６】
しかしながら、発明者は、自動車の分野においてはこれでは不十分であることに気が付いた。なぜなら、とりわけ、供給電圧（Ｖｂａｔ）が、例えば１２．０Ｖ＋／−０．１Ｖのように一定の電圧ではなく、例えば、オルタネータのｏｎ／ｏｆｆ切替、空調ユニットのｏｎ／ｏｆｆ切替、ライトのｏｎ／ｏｆｆ切替などを原因として、短時間に非常大きく変化する可能性があるからである。これは、モーター自体がバッテリで駆動する電気自動車において顕著である。
【００９７】
まず、図３に示すようなモーター駆動回路が、供給電圧が一定の１２．０Ｖである場合、図２のマイクロステップ波形を生成するときにどのように動作するかについて説明する。図２のマイクロステップ波形が、以下の２４個の値からなるテーブルとして記憶されていると仮定する。波形テーブルは［２５％、５０％、７０％、８５％、９５％、１００％、９５％、８５％、７０％、５０％、２５％、０％、−２５％、−５０％、．．．、０％］である（ここでは、パーセンテージで表現されているが、他の表現でも可能である）。モーターの位相巻線に印加される電圧は、図４に示す駆動回路４のトランジスタのゲートを駆動するＰＷＭ信号（コントローラ７から出力された）によって発生する。トランジスタは（非調整の）供給電圧Ｖｂａｔによって駆動され、位相に印加される電圧は、数式２の通りである。
【数２】
2016021850.tif 000004
Ｖｂａｔは１２．０Ｖであって、ＰＷＭｄｕｔｙｃｙｃｌｅは、波形テーブルから取得される。したがって、例えば、マイクロステップ０でのＵは１２Ｖ*２５％＝３．０Ｖであり、マイクロステップ１でのＵは１２Ｖ*５０％＝６．０Ｖであり、マイクロステップ２でのＵは１２Ｖ*７０％＝８．４Ｖであって、他の２つの巻線Ｖ、Ｗの値は１２０度だけ位相シフトする。
【００９８】
しかしながら、ここで供給電圧が９．０Ｖ〜１５．０Ｖの間で（例えば疑似ランダムに）変化する（例えば自動車の場合、まれである）と考えると、位相巻線に印加される実際の電圧は、例えば、マイクロステップ０でのＵは（９Ｖ〜１５Ｖ）*２５％＝２．２５〜３．７５Ｖであり、マイクロステップ１でのＵは（９Ｖ〜１５Ｖ）*５０％＝４．５〜７．５Ｖである。他の２つの巻線Ｖ、Ｗの値は１２０度だけ移送シフトし、波形は図２に示すものと完全に異なるように見える。
【００９９】
位相電流は位相電圧によって異なるため、（近似の）数式３に従う。
【数３】
2016021850.tif 000005
Ｖｂｅｍｆは実質的に角速度（一定の角速度）に比例し、Ｚｐｈａｚｅはモーター巻線のインダクタンスと電気抵抗の組み合わせである。位相巻線を流れる電流が供給電圧とともに変化していくことは明らかである。
【０１００】
上述のストール検出アルゴリズムが合計電流のモニタリングに基づいているため、変化する供給電圧Ｖｂａｔによって駆動される駆動回路を用いる場合にアルゴリズムが高い信頼性で動作しないことは当然のことである。
【０１０１】
この問題を解決するための古典的なアプローチとしては、例えばＤＣ−ＤＣコンバータを用いることによって安定した電圧をモーター電流駆動回路４に供給することがあるが、余分な部品や基板スペースが必要であり、またかなりの費用がかかる。
【０１０２】
本発明の発明者は、例えばマイクロステップごとに一定の間隔で供給電圧Ｖｂａｔを測定することにより（直接的または間接的に、例えば供給電圧とグラウンドとの間を接続する電圧分配器を流れる電流を測定することにより）、また、波形テーブルと測定された供給電圧Ｖｂａｔとの両方に基づくＰＷＭ信号を用いることにより、数式４に従うチープでエレガントな方法を驚いたことに見い出した。
【数４】
2016021850.tif 000006
ＰＷＭｃｏｒｒｅｃｔｅｄはモータードライバに実際に印加されるＰＷＭ信号であり、Ｖｍｉｎは最小の供給電圧（本例では９Ｖ）であり、Ｖｂａｔは現在測定されたまたは前のマイクロステップで測定された供給電圧（本例では９Ｖ〜１５Ｖ）であり、ＰＷＭｄｕｔｙｃｙｃｌｅは特定のマイクロステップに対応する波形テーブルから取得されたＰＷＭ値である。
【０１０３】
実際に実行する場合、波形テーブルの値にはすでに一定値Ｖｍｉｎが掛け算されていてもよく、それにより、実際の補正は、測定された供給電圧Ｖｂａｔによってテーブル値を割り算するだけで済む。
【０１０４】
言い換えると、マイクロステップ波形がＰＷＭによって発生される場合、そのＰＷＭ値は、波形テーブルからは単純に取得しないが、測定された供給電圧Ｖｂａｔに反比例する係数を用いて補正される。そして、電流波形（図２の波形のような）は、供給電圧の変動に対する波形の依存性が低下するモーター巻線において取得され、供給電圧Ｖｂａｔが大きく変動しても、その供給電圧変動に対して理想的に完全補償される。
【０１０５】
したがって、”補正された”すなわち”供給電圧に対して補償された”ＰＷＭ信号をモーター駆動回路４に印加し、上述のストール検出の１つを用いる（すなわち、加速中／減速中に選択的に無効にするまたは無効にせず、また選択的に逆回転させるまたは逆回転させない基礎的なアルゴリズム）方法は、供給電圧変動に対してさらにロバストである。
【０１０６】
供給電圧Ｖｂａｔがマイクロステップの持続時間に比べて速く変化する可能性は低いが、モーター速度が非常に低い、例えば所定のしきい値以下の速度（時間的にマイクロステップの方が長い）では起こりうる。この問題については、いくつかの方法、例えば、駆動回路４に新たなキャパシタを追加することにより、モーターが所定のしきい値以下の速度で駆動している場合には供給電圧Ｖｂａｔの多数のサンプルを取得して１マイクロステップ中の供給電圧の平均値を算出することにより、または、１マイクロステップあたり供給電圧Ｖｂａｔの１つのサンプルを複数回取得し、マイクロステップの持続時間の一部の間に対応するＰＷＭ値を印加することにより、対処可能である。
【０１０７】
（まとめ）
方法および電子回路が、モーターがストールしたまたは突然停止したかを検出するために提供される。基礎的なストール検出方法は、図４に示され、モーター巻線（またはモータードライバ）を通過する電流の増加の検出に基づいている。
【０１０８】
方法のロバストを向上させるための第１の選択的な変更は、加速中および減速中にストール検出を無効にすることによって実行される。第２の選択的な変更は、モーターを所望の方向に駆動する前にその逆方向にモーターを短時間駆動させることによって実行される。第３の選択的な変更は、マイクロステップ波形を発生させるために使用されるＰＷＭ信号の供給電圧変動に対する補償に関する。
【０１０９】
本発明の実施の形態は、これらの選択的変更がなくてもよく、これらの選択的変更の１つのみを有してもよく（例えば、第１のみ、第２のみ、または第３のみ）、これらの選択的変更の２つを有してもよく（例えば、第１＋第２、第１＋第３、または第２＋第３）、あるいは全ての選択的変更を有してもよい（すなわち、第１＋第２＋第３）。
【０１１０】
本発明の実施の形態は、さらなる変更や改良が可能である。例えば、以下の変更が、請求項によって提示されているように、単独でまたは組み合わせて考えられる。
（＊）１マイクロステップごとの移動平均（または”移動合計”）を算出することに代わって、例えば２マイクロステップごと、または４マイクロステップごとの移動平均を算出することも可能である。これにより、処理能力をさらに減少させることができる。
（＊）１マイクロステップごとに供給電圧（この選択的な特徴が使用される場合）を測定することに代わって、２マイクロステップごと、または３マイクロステップごとなどに測定することも可能である。これにより、処理能力をさらに減少させることができる。
（＊）１電気的周期あたりのマイクロステップの数は、例えば、三相モーターの場合には１２、２４、４８、９６、または１９２が選択され、二相モーターの場合には８、１６、３２、６４、または１２８が選択される。しかし、他の値が使用されてもよい。１電気的周期あたりのマイクロステップが多くなればなるほど、正弦波形はより正確に近似されるが、より高い処理能力が必要となる。
（＊）移動平均（または移動合計）は、三相モーターの場合、１２０度（すなわち２つの６０度の”フルステップ”）の角距離で算出するのが好ましく、二相モーターの場合には１８０度（すなわち２つの９０度の”フルステップ”）または３６０度（すなわち４つの９０度の”フルステップ”）が好ましい。しかし、本発明は、移動距離（または移動合計）がこれらの中から算出されたのであれば実施できる。
（＊）”移動平均”を算出する代わりに、”移動合計”を算出することも可能である。この場合、マイクロステップごとの割り算演算を省略することができる。
（＊）合計電流は、駆動回路４に対して直列に接続された１つの抵抗によって測定されるのが好ましい。しかし、巻線それぞれを流れる電流を測定することも可能であり、また、その個々の電流値を足し算することも可能である。
【符号の説明】
【０１１１】
１    電子回路
２    モーター
４    駆動回路
５    永久磁石
６    マイクロステップ正弦曲線波形
７    コントローラ（例えば、マイクロコントローラ、ＡＳＩＣ）
８    ＰＷＭ信号
Ｖｂａｔ    バッテリ／供給電圧
Ｒ    抵抗
Ｒａｗ  合計電流の生のサンプル値
ＭｏｖＡｖｇ  移動平均（例えば、１６個のサンプルから取得）
ＬＰＦ  動的しきい値として用いられる、ローパスフィルタ処理後のＭｏｖＡｖｇ
【図１】
2016021850.tif 000007
【図２】
2016021850.tif 000008
【図３】
2016021850.tif 000009
【図４】
2016021850.tif 000010
【図５】
2016021850.tif 000011
【図６】
2016021850.tif 000012
【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
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