(57)【要約】      （修正有）【課題】電気掃除機などの家庭用電化製品は、高回転速度で動作するモータによって駆動される必要があり、モータの回転速度が高まるにつれて逆起電力も増加し、これによってモータの電源の利用効率が低下する。【解決手段】制御システムが、駆動コントローラと、２つの半ブリッジを有するインバータとを含む。駆動コントローラは、モータの励磁電圧が反転し、又はモータがフリーホイール回転した時に、一方の半導体スイッチをオフにし、同じ半ブリッジ内で他方の半導体スイッチを遅れ角にわたって遅延させた後にオンにする。【選択図】図５
2017143722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ制御システムであって、
駆動コントローラと、
２つの半ブリッジを有するインバータと、
を備え、前記駆動コントローラは、モータの励磁電圧が反転し、又は前記モータがフリーホイール回転した時に、同じ半ブリッジ内で一方の半導体スイッチをオフにし、他方の半導体スイッチを遅れ角にわたって遅延させた後にオンにする、
ことを特徴とするモータ制御システム。
【請求項２】
前記モータ制御システムは、位置センサを備え、前記モータは、ステータと、該ステータに対して回転自在なロータとを含み、前記インバータは、電源と前記モータとの間に、該電源と該モータとの間の電源路の確立又は遮断を行うように結合され、前記位置センサは、前記モータの前記ロータの位置を検出して検出信号を生成し、該検出信号を前記駆動コントローラに送信するように構成され、前記駆動コントローラは、逆起電力のゼロ交差よりも進角だけ前に前記電源と前記モータとの間の電気的接続をオンにするように制御され、前記モータは、前記電気的接続が導通角にわたってオンになった後にフリーホイール角にわたってフリーホイール回転する、
請求項１に記載のモータ制御システム。
【請求項３】
前記インバータは、第１の半導体スイッチと、第２の半導体スイッチと、第３の半導体スイッチと、第４の半導体スイッチとを含むＨ−ブリッジ回路であり、前記第１の半導体スイッチ及び前記第２の半導体スイッチは、第１の半ブリッジ内で直列に接続され、前記第３の半導体スイッチ及び前記第４の半導体スイッチは、第２の半ブリッジ内で直列に接続され、前記駆動コントローラは、前記第１の半導体スイッチ、前記第２の半導体スイッチ、前記第３の半導体スイッチ及び前記第４の半導体スイッチに接続されて、該第１の半導体スイッチ、該第２の半導体スイッチ、該第３の半導体スイッチ及び該第４の半導体スイッチをそれぞれ制御する第１、第２、第３及び第４の駆動信号を出力するように構成され、前記第１、第２、第３及び第４の半導体スイッチは、高レベルでオンになるスイッチである、
請求項２に記載のモータ制御システム。
【請求項４】
前記駆動コントローラは、最初の半電気サイクルにおいて、前記第２の駆動信号を前記検出信号のエッジよりも前記進角だけ前に低レベルに移行するように制御し、前記第３の駆動信号を低レベルに留まるように制御し、前記第４の駆動信号を高レベルに留まるように制御し、前記第２の駆動信号が前記遅れ角にわたって前記低レベルに移行した後に、前記第１の駆動信号を高レベルに移行するように制御する、
請求項３に記載のモータ制御システム。
【請求項５】
前記駆動コントローラは、前記導通角にわたって前記励磁電圧が付与された後に、前記第１の駆動信号を低レベルに移行するように制御し、前記第３の駆動信号を前記低レベルに留まるように制御し、前記第４の駆動信号を前記高レベルに留まるように制御し、前記第１の駆動信号が前記遅れ角にわたって前記低レベルに移行した後に前記第２の駆動信号を高レベルに移行するように制御し、前記駆動コントローラは、前記検出信号の前回のエッジ後の（１８０°−θadv）の角度の時点において、前記第２の駆動信号を低レベルに移行するように制御し、前記第２の駆動信号が前記遅れ角にわたって前記低レベルに移行した後に前記第１の駆動信号を高レベルに移行するように制御し、前記第３の駆動信号を前記低レベルに留まるように制御し、前記第４の駆動信号を前記高レベルに留まるように制御し、θadvは、前記進角である、
請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記駆動コントローラは、前記モータを、前記検出信号の前記現在のエッジの後に駆動角θdrv内で励磁状態に保たれるように制御し、前記駆動角θdrv後、前記第１の駆動信号は、低レベルに移行するように制御され、前記第２の駆動信号は、前記第１の駆動信号が前記遅れ角にわたって前記低レベルに移行した後に高レベルに移行するように制御され、前記第３の駆動信号は、前記低レベルに留まるように制御され、前記第４の駆動信号は、前記高レベルに留まるように制御され、θdrv＝θcon−θadvであり、θadvは、前記進角であり、θconは、前記導通角である、
請求項４に記載のモータ制御システム。
【請求項７】
前記駆動コントローラは、次の半電気サイクルにおいて、前記検出信号の次のエッジよりも前に、前記第３の駆動信号を高レベルに移行するように制御し、前記第４の駆動信号を低レベルに移行するように制御し、前記第１の駆動信号を前記低レベルに留まるように制御し、前記第２の駆動信号を前記高レベルに留まるように制御し、前記駆動コントローラは、前記導通角にわたって前記励磁電圧が付与された後に、前記第１の駆動信号を前記低レベルに留まるように制御し、前記第２の駆動信号を前記高レベルに留まるように制御し、前記第３の駆動信号を低レベルに移行するように制御し、前記第４の駆動信号を前記第３の駆動信号が前記遅れ角にわたって前記低レベルに移行した後に高レベルに移行するように制御する、
請求項５に記載のモータ制御システム。
【請求項８】
前記遅れ角は、前記進角及び前記導通角未満である、
請求項２に記載のモータ制御システム。
【請求項９】
モータ制御方法であって、
モータの励磁電圧が反転し、又は前記モータがフリーホイール回転した時に、一方の半導体スイッチをオフにするステップと、
同じ半ブリッジ内で他方の半導体スイッチを遅れ角にわたって遅延した後にオンにするステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
モータを備えた電気掃除機であって、該電気掃除機は、請求項１から８に記載のモータ制御システムをさらに備える、
ことを特徴とする電気掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、制御システムに関し、具体的には、モータ制御システム、モータ制御方法、及び効率を高めることができる、このモータ制御システムを含む電気掃除機に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在では、電気掃除機などの様々な家庭用電化製品にモータが電源として応用されている。一般に、電気掃除機などの家庭用電化製品は、高回転速度で動作するモータによって駆動される必要がある。モータの回転速度が高まるにつれて逆起電力も増加し、これによってモータの電源の利用効率が低下する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
このため、本開示では、ロータの高速動作時におけるモータの電源の利用効率を高めるように効率を改善できるモータ制御システム、モータ制御方法及び電気掃除機を提供する。
【０００４】
モータ制御システムが、駆動コントローラと、２つの半ブリッジを有するインバータとを含み、駆動コントローラは、モータの励磁電圧が反転し、又はモータがフリーホイール回転した時に、同じ半ブリッジ内で一方の半導体スイッチをオフにし、他方の半導体スイッチを遅れ角にわたって遅延させた後にオンにする。
【０００５】
さらに、モータ制御システムは、位置センサを含み、モータは、ステータと、ステータに対して回転自在なロータとを含み、インバータは、電源とモータとの間に、電源とモータとの間の電源路の確立又は遮断を行うように結合され、位置センサは、モータのロータの位置を検出して検出信号を生成し、この検出信号を駆動コントローラに送信するように構成され、駆動コントローラは、逆起電力のゼロ交差よりも進角だけ前に電源とモータとの間の電気的接続をオンにするように制御され、モータは、電気的接続が導通角にわたってオンになった後にフリーホイール角にわたってフリーホイール回転する。
【０００６】
さらに、インバータは、第１の半導体スイッチと、第２の半導体スイッチと、第３の半導体スイッチと、第４の半導体スイッチとを含むＨ−ブリッジ回路であり、第１の半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチは、第１の半ブリッジ内で直列に接続され、第３の半導体スイッチ及び第４の半導体スイッチは、第２の半ブリッジ内で直列に接続される。
【０００７】
さらに、駆動コントローラは、第１の半導体スイッチ、第２の半導体スイッチ、第３の半導体スイッチ及び第４の半導体スイッチに接続されて、第１の半導体スイッチ、第２の半導体スイッチ、第３の半導体スイッチ及び第４の半導体スイッチをそれぞれ制御する第１、第２、第３及び第４の駆動信号を出力するように構成され、第１、第２、第３及び第４の半導体スイッチは、高レベルでオンになるスイッチである。
【０００８】
さらに、駆動コントローラは、最初の半電気サイクルにおいて、第２の駆動信号を検出信号のエッジよりも進角だけ前に低レベルに移行するように制御し、第３の駆動信号を低レベルに留まるように制御し、第４の駆動信号を高レベルに留まるように制御し、第２の駆動信号が遅れ角にわたって低レベルに移行した後に、第１の駆動信号を高レベルに移行するように制御する。
【０００９】
さらに、駆動コントローラは、導通角にわたって励磁電圧が付与された後に、第１の駆動信号を低レベルに移行するように制御し、第３の駆動信号を低レベルに留まるように制御し、第４の駆動信号を高レベルに留まるように制御し、第１の駆動信号が遅れ角にわたって低レベルに移行した後に第２の駆動信号を高レベルに移行するように制御する。
【００１０】
さらに、駆動コントローラは、検出信号の前回のエッジ後の（１８０°−θadv）の角度の時点において、第２の駆動信号を低レベルに移行するように制御し、第２の駆動信号が遅れ角にわたって低レベルに移行した後に第１の駆動信号を高レベルに移行するように制御し、第３の駆動信号を低レベルに留まるように制御し、第４の駆動信号を高レベルに留まるように制御し、θadvは進角である。
【００１１】
さらに、駆動コントローラは、モータを、検出信号の現在のエッジの後に駆動角θdrv内で励磁状態に保たれるように制御し、駆動角θdrv後、第１の駆動信号は、低レベルに移行するように制御され、第２の駆動信号は、第１の駆動信号が遅れ角にわたって低レベルに移行した後に高レベルに移行するように制御され、第３の駆動信号は、低レベルに留まるように制御され、第４の駆動信号は、高レベルに留まるように制御され、θdrv＝θcon−θadvであり、θadvは進角であり、θconは導通角である。
【００１２】
さらに、駆動コントローラは、次の半電気サイクルにおいて、検出信号の次のエッジよりも前に、第３の駆動信号を高レベルに移行するように制御し、第４の駆動信号を低レベルに移行するように制御し、第１の駆動信号を低レベルに留まるように制御し、第２の駆動信号を高レベルに留まるように制御し、駆動コントローラは、導通角にわたって励磁電圧が付与された後に、第１の駆動信号を低レベルに留まるように制御し、第２の駆動信号を高レベルに留まるように制御し、第３の駆動信号を低レベルに移行するように制御し、第４の駆動信号を第３の駆動信号が遅れ角にわたって低レベルに移行した後に高レベルに移行するように制御する。
【００１３】
さらに、進角の範囲は０〜３０°である。
【００１４】
さらに、遅れ角は、進角及び導通角未満である。
【００１５】
モータ制御方法が、
モータの励磁電圧が反転し、又はモータがフリーホイール回転した時に、一方の半導体スイッチをオフにするステップと、
同じ半ブリッジ内で他方の半導体スイッチを遅れ角にわたって遅延した後にオンにするステップと、
を含む。
【００１６】
モータを含む電気掃除機が、上述したようなモータ制御システムをさらに含む。
【００１７】
以下、本明細書の図面及びいくつかの実施形態と共に本開示をさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本開示の実施形態による電気掃除機の構造ブロック図である。
【図２】本開示の実施形態によるモータ制御システムの機能モジュール図である。
【図３】本開示の実施形態によるモータ制御システムの特定の回路のブロック図である。
【図４】本発明の実施形態による駆動信号のタイミング図である。
【図５】本発明の別の実施形態による駆動信号のタイミング図である。
【図６】本開示の実施形態によるモータ制御方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本開示の実施形態による電気掃除機１００の構造ブロック図である。電気掃除機１００は、モータ制御システム１、電源２、及びモータ３を含む。モータ制御システム１は、モータ３に電力を供給するように電源２を制御するよう構成される。モータ制御システム１は、逆起電力のゼロ交差よりも進角だけ前にモータ３を励磁する励磁電圧を供給するように電源２を制御する。モータ制御システム１は、モータ３の始動後の加速モードから定速動作モードへの過程中に進角を徐々に増加させる。電源２は、２４Ｖ又は１２Ｖの電圧を出力する直流電源である。加速モードとは、モータ３の（図２に示す）ロータ３２の回転速度が徐々に高まる段階のことであり、定速動作モードとは、モータ３のロータ３２の回転速度が所定の速度まで高まった後に、この所定の速度に留まる段階のことである。
【００２０】
モータ制御システム１は、導通角内でさらにモータを励磁し、モータ３の始動後の加速モードから定速動作モードへの過程中に、導通角を徐々に所定値まで減少させる。導通角とは、モータ３がオンになる半電気サイクルにおける励磁開始から励磁終了までの角度のことである。
【００２１】
モータ制御システム１は、半電気サイクルにおいてモータ３を導通角後にフリーホイール回転するように制御する。従って、モータ制御システム１は、半電気サイクルにおいて励磁とフリーホイール回転とを連続して行うようにモータ３を制御する。
【００２２】
進角は、モータ３の効率を高めるように、各励磁の開始時にモータ３に適用されるトルクを最大化するように設定され選択される。
【００２３】
また、図２は、モータ制御システム１の機能モジュール図である。モータ制御システム１は、インバータ１０、位置センサ２０、及び駆動コントローラ３０を含む。モータ３は、ステータ３１と、ステータ３１に対して回転自在なロータ３２とを含む。インバータ１０は、電源２とモータ３との間に結合され、電源２とモータ３との間の電源路を確立又は遮断するように構成される。駆動コントローラ３０は、位置センサ２０とインバータ１０との間に結合される。位置センサ２０は、モータ３のロータ３２の位置を検出し、逆起電力のゼロ交差を示す信号を含む検出信号を生成して、この検出信号を駆動コントローラ３０に送信するように構成される。駆動コントローラ３０は、検出信号に従って駆動信号を出力して、逆起電力のゼロ交差よりも進角だけ前に電源２とモータ３との間の電気的接続をオンにするようにインバータ１０を制御する。この結果、モータ３が予め励磁され、インバータ１０は、導通角後に電源２とモータ３との間の電気的接続を遮断するように制御されることにより、導通角にわたって励磁が行われた後にモータ３をフリーホイール回転するように制御する。
【００２４】
図２に示すように、モータ制御システム１は、スイッチ駆動モジュール４０をさらに含む。スイッチ駆動モジュール４０は、駆動コントローラ３０とインバータ１０との間に接続され、インバータ１０を駆動するために駆動コントローラ３０によって出力される駆動信号を高めるように構成される。
【００２５】
駆動コントローラ３０は、位置センサ２０の検出信号に基づいて生成された駆動信号に基づいて、インバータ１０が逆起電力のゼロ交差よりも進角だけ前に電源２とモータ３との間に第１の電源路を確立して、モータ３が第１の方向の励磁電流によって予め励磁されるようにし、逆起電力のゼロ交差よりも進角だけ前に電源２とモータ３との間に第２の電源路を確立して、モータ３が第２の方向の励磁電流によって予め励磁されるようにする。このように、インバータ１０は、電源２とモータ３との間に第１の電源路及び第２の電源路を交互に確立して励磁電流の方向を交互に変化させることにより、電源２によって供給された直流が交流に転化されてモータ３を動作させ続けるようにする。
【００２６】
半電気サイクルは、モータ３が励磁電流を受け取ってから励磁電流が方向を変化させるまで持続する。モータ３は、各半電気サイクルにおいて励磁とフリーホイール回転とを順に行う。
【００２７】
また、図３は、モータ制御システム１の特定の回路を示す図である。電源２は、正端子２１及び負端子２２を含む直流電源である。モータ３は、第１の電極端子３３及び第２の電極端子３４をさらに含む。ステータ３１はコイル巻線であり、ステータ３１の２つの端子は、第１の電極端子３３及び第２の電極端子３４にそれぞれ電気的に接続される。インバータ１０は、電源２の正端子２１と、電源２の負端子２２と、第１の電極端子３３と、第２の電極端子３４との間に電気的に接続され、電源２の正端子２１及び負端子２２から第１の電極端子３３及び第２の電極端子３４までに第１の電源路又は第２の電源路を確立するように構成される。
【００２８】
第１の供給路では、電源２の正端子２１及び負端子２２が、それぞれ第１の電極端子３３及び第２の電極端子３４に接続される。第２の供給路では、電源２の正端子２１及び負端子２２が、それぞれ第２の電極端子３４及び第１の電極端子３３に接続される。
【００２９】
この実施形態では、ロータ３２が永久磁石であり、ステータ３１に対して回転自在である。位置センサ２０は、モータ３の近くに配置され、ロータ３２の位置を検出することによって、ゼロ交差を通過する逆起電力を含む検出信号を生成する。具体的には、位置センサ２０が磁極Ｎ又は磁極Ｓを検出すると、生成される検出信号のレベルが変化して、この瞬間にモータ３内の逆起電力がゼロ交差を通過することを示すエッジが形成される。
【００３０】
図３に示すように、この実施形態では、インバータ１０が、第１の半導体スイッチＱ１と、第２の半導体スイッチＱ２と、第３の半導体スイッチＱ３と、第４の半導体スイッチＱ４とを含むＨ−ブリッジ回路である。第１の半導体スイッチＱ１及び第２の半導体スイッチＱ２は、電源２の正端子２１と負端子２２との間に順に直列に接続される。第３の半導体スイッチＱ３及び第４の半導体スイッチＱ４も、電源２の正端子２１と負端子２２との間に順に直列に接続される。モータ３の第１の電極端子３３及び第２の電極端子３４は、第１の半導体スイッチＱ１及び第２の半導体スイッチＱ２の接続ノードＮ１、並びに第３の半導体スイッチＱ３及び第４の半導体スイッチＱ４の接続ノードＮ２にそれぞれ接続される。
【００３１】
駆動コントローラ３０は、第１の半導体スイッチＱ１、第２の半導体スイッチＱ２、第３の半導体スイッチＱ３及び第４の半導体スイッチＱ４に接続される。駆動コントローラ３０は、第１の半導体スイッチＱ１、第２の半導体スイッチＱ２、第３の半導体スイッチＱ３及び第４の半導体スイッチＱ４をそれぞれ制御する４つの駆動信号Ｓ１〜Ｓ４を出力するように構成される。この実施形態では、第１の半導体スイッチＱ１、第２の半導体スイッチＱ２、第３の半導体スイッチＱ３及び第４の半導体スイッチＱ４が、高レベルでオンになるスイッチである。この実施形態では、第１の半導体スイッチＱ１、第２の半導体スイッチＱ２、第３の半導体スイッチＱ３及び第４の半導体スイッチＱ４がＮＭＯＳＦＥＴであり、或いは一部がＮＭＯＳＦＥＴであって残りがＧＢＴ又はＮＰＮＢＪＴである。
【００３２】
また、図４は、検出信号Ｈ１、駆動信号Ｓ１〜Ｓ４及び励磁電流Ｃ１のタイミング図である。位置センサ２０は、ロータ３２の位置を検出して検出信号を生成し、検出信号の波形は位置によって変化する。ロータ３２の磁極Ｎ又は磁極Ｓが位置センサ２０に対応する位置に回転すると、検出信号Ｈ１のレベルが変化してエッジが形成される。
【００３３】
図４に示すように、最初の半電気サイクルＴhalfでは、駆動コントローラ３０が、駆動信号Ｓ１を検出信号Ｈ１のエッジＥ１よりも進角θadvだけ前に高レベルに移行するように制御し、駆動信号Ｓ２を検出信号Ｈ１のエッジＥ１よりも進角θadvだけ前に低レベルに移行するように制御し、駆動信号Ｓ３を低レベルに留まるように制御し、駆動信号Ｓ４を高レベルに留まるように制御する。このように、検出信号Ｈ１のエッジよりも進角θadvだけ前のタイミングでは、第１の半導体スイッチＱ１が、駆動信号Ｓ１によってオンになるように制御され、第２の半導体スイッチＱ２が、駆動信号Ｓ２によってオフになるように制御され、第３の半導体スイッチＱ３が、駆動信号Ｓ３によってオフになるように制御され、第４の半導体スイッチＱ４が、駆動信号Ｓ４によってオンになるように制御される。この結果、インバータ１０は、モータ３のステータ３１と電源２との間に第１の供給路を確立し、モータ３のステータ３１に励磁電圧が付与される。
【００３４】
さらに、駆動コントローラ３０は、導通角θconにわたって励磁電圧が付与された後に、駆動信号Ｓ１を低レベルに移行するように制御し、駆動信号Ｓ２を高レベルに移行するように制御し、駆動信号Ｓ３を低レベルに留まるように制御し、駆動信号Ｓ４を高レベルに留まるように制御制御する。この場合、第１の半導体スイッチＱ１及び第３の半導体スイッチＱ３はオフになり、第２の半導体スイッチＱ２及び第４の半導体スイッチＱ４はオンになり、モータ３のステータ３１と電源２との間の接続は遮断される。モータ３のステータ３１は、オンになった第２の半導体スイッチＱ２及び第４の半導体スイッチＱ４を用いてフリーホイール回路を形成して、フリーホイール角θfre内でフリーホイール回転する。
【００３５】
駆動コントローラ３０は、検出信号Ｈ１の前回のエッジ（すなわち、エッジＥ１の前のエッジ）に基づいて、現在のエッジＥ１の前の進角θadvの位置を特定する。半電気サイクルでは、（１８０°−θadv）が、前回のエッジと進角θadvとの間の角度（予め励磁を開始するタイミング）であることが明らかである。駆動コントローラ３０は、駆動信号Ｓ１を検出信号Ｈ１のエッジＥ１よりも前の進角θadvの時点において高レベルに移行するように制御し、駆動信号Ｓ２を検出信号Ｈ１のエッジＥ１よりも前の進角θadvの時点において低レベルに移行するように制御し、駆動信号Ｓ３を低レベルに留まるように制御し、駆動信号Ｓ４を高レベルに留まるように制御する。すなわち、駆動コントローラ３０は、検出信号Ｈ１のエッジＥ１よりも前の前回のエッジ後の時点（１８０°−θadv）において、駆動信号Ｓ１を高レベルに移行するように制御し、駆動信号Ｓ２を低レベルに移行するように制御し、駆動信号Ｓ３を低レベルに留まるように制御し、駆動信号Ｓ４を高レベルに留まるように制御する。
【００３６】
この実施形態では、導通角θcon及び進角θadvがいずれも速度に関連し、これらはルックアップテーブルから取得することができる。例えば、導通角θcon及び進角θadvと速度との関係がルックアップテーブルに記録される。対応する導通角θcon及び対応する進角θadvは、現在の速度に基づいてルックアップテーブル内で発見することができる。検出信号のエッジＥ１の後に励磁が持続する駆動角をθdrvとした場合、導通角θcon＝θadv＋θdrvに基づいてθdrv＝θcon−θadvを取得することができる。従って、駆動コントローラ３０は、導通角θconにわたって励磁電圧が付与された後に、駆動信号Ｓ１を低レベルに移行するように制御し、駆動信号Ｓ２を高レベルに移行するように制御し、駆動信号Ｓ３を低レベルに留まるように制御し、駆動信号Ｓ４を高レベルに留まるように制御する。すなわち、モータ３は、検出信号Ｈ１のエッジＥ１後には駆動角θdrv内で励磁状態に保たれ、駆動θdrv後、駆動信号Ｓ１は、低レベルに移行するように制御され、駆動信号Ｓ２は、高レベルに移行するように制御され、駆動信号Ｓ３は、低レベルに留まるように制御され、駆動信号Ｓ４は、高レベルに留まるように制御される。
【００３７】
導通角θconとフリーホイール角θfreとの和は半電気サイクルであり、すなわちθcon＋θfre＝１８０°である。従って、θfre＝１８０°−θconに基づいてフリーホイール角θfreを取得することができる。
【００３８】
このように、駆動コントローラ３０は、位置センサ２０によって生成された検出信号に基づいて駆動信号Ｓ１〜Ｓ４を生成し、モータ３０は、検出信号のエッジよりも進角θadvだけ前に励磁され、励磁後は導通角θconにわたってフリーホイール回転する。
【００３９】
駆動コントローラ３０は、フリーホイール角θfreにわたってフリーホイール回転が行われた後に供給路を切り替え、すなわち次の半電気サイクルに入るように励磁電圧の方向を切り替えて、上記の過程と同様の過程を実行する。具体的には、駆動コントローラ３０は、検出信号Ｈ１の次のエッジＥ２よりも進角θadvだけ前に駆動信号Ｓ３を高レベルに移行するように制御し、駆動信号Ｓ４を低レベルに移行するように制御し、駆動信号Ｓ１を低レベルに留まるように制御し、駆動信号Ｓ２を高レベルに留まるように制御する。この場合、駆動信号Ｓ３及び駆動信号Ｓ２によってそれぞれ制御される第３の半導体スイッチＱ３及び第２の半導体スイッチＱ２はオンになり、駆動信号Ｓ１及びＳ４によってそれぞれ制御される第１の半導体スイッチＱ１及び第４の半導体スイッチＱ４はオフになり、モータ３に付与される励磁電圧が反転してモータ３のロータ３２は同じ方向に回転し続ける。同様に、駆動コントローラ３０は、導通角θconにわたって反転した励磁電圧が付与された後、駆動信号Ｓ１を低レベルに留まるように制御し、駆動信号Ｓ２を高レベルに留まるように制御し、駆動信号Ｓ３を低レベルに移行するように制御し、駆動信号Ｓ４を高レベルに移行するように制御する。この場合、第１の半導体スイッチＱ１及び第３の半導体スイッチＱ３はオフになり、第２の半導体スイッチＱ２及び第４の半導体スイッチＱ４はオンになり、モータ３のステータ３１は、第２の半導体スイッチＱ２及び第４の半導体スイッチＱ４を用いてフリーホイール回路を形成して、フリーホイール角θfre内でフリーホイール回転を行う。
【００４０】
前回の半電気サイクルと同様に、検出信号Ｈ１の次のエッジＥ２よりも進角θadvだけ前に、駆動信号Ｓ３は、高レベルに移行するように制御され、駆動信号Ｓ４は、低レベルに移行するように制御され、駆動信号Ｓ１は、低レベルに留まるように制御され、駆動信号Ｓ２は、高レベルに留まるように制御される。すなわち、現在のエッジＥ１の後の時点（１８０°−θadv）において、駆動信号Ｓ３は、高レベルに移行するように制御され、駆動信号Ｓ４は、低レベルに移行するように制御され、駆動信号Ｓ１は、低レベルに留まるように制御され、駆動信号Ｓ２は、高レベルに留まるように制御される。同様に、駆動コントローラ３０は、導通角θconにわたって反転した励磁電圧が付与された後、駆動信号Ｓ１を低レベルに留まるように制御し、駆動信号Ｓ２を高レベルに留まるように制御し、駆動信号Ｓ３を低レベルに移行するように制御し、駆動信号Ｓ４を高レベルに移行するように制御する。すなわち、モータは、検出信号Ｈ１のエッジＥ２後には駆動角θdrv内で励磁状態に保たれ、駆動角θdrv後には、駆動信号Ｓ１が低レベルに留まるように制御され、駆動信号Ｓ２が高レベルに留まるように制御され、駆動信号Ｓ３が低レベルに移行するように制御され、駆動信号Ｓ４が高レベルに移行するように制御される。
【００４１】
図４に示すように、残留電流の影響に起因して、インバータ１０が駆動信号Ｓ１〜Ｓ４に応答して供給路を切り替えた後には、モータ３のステータ３１を流れる電流Ｃ１の方向が、しばらく遅延した後に変化するようになる。
【００４２】
位置センサ２０はホールセンサであり、生成される検出信号Ｈ１はホール信号である。磁極Ｎ又は磁極Ｓが近くにくるとホール信号のエッジが変動してエッジが形成されるようになる。
【００４３】
この実施形態では、進角θadvが０〜３０°の範囲で変化する。すなわち、モータ３が加速モードから定速動作モードに切り替わる過程中に、進角θadvは０から３０°まで徐々に増加する。導通角θconは、１８０°〜１０８°の範囲で変化することができる。すなわち、モータ３が始動して加速モード及び定速動作モードに入る過程中に、導通角は１８０°から１０８°まで徐々に減少する。すなわち、モータ３が始動して加速モード及び定速動作モードに入る過程中、励磁は半電気サイクル全体内から１０８°以内までしか行われない。
【００４４】
図３に示すように、スイッチ駆動モジュール４０は、４つのスイッチドライバ４１を含む。４つのスイッチドライバ４１は、駆動コントローラ３０と第１の半導体スイッチＱ１との間、駆動コントローラ３０と第２の半導体スイッチＱ２との間、駆動コントローラ３０と第３の半導体スイッチＱ３との間、及び駆動コントローラ３０と第４の半導体スイッチＱ４との間にそれぞれ接続される。４つのスイッチドライバ４１は、駆動コントローラ３０によって出力された４つの駆動信号Ｓ１〜Ｓ４をそれぞれ受け取ってこれらの駆動信号をそれぞれ増強するように構成される。４つのスイッチドライバ４１は、これらの増強信号を第１の半導体スイッチＱ１、第２の半導体スイッチＱ２、第３の半導体スイッチＱ３及び第４の半導体スイッチＱ４に転送して、半導体スイッチＱ１、第２の半導体スイッチＱ２、第３の半導体スイッチＱ３及び第４の半導体スイッチＱ４をオン又はオフにする。
【００４５】
インバータ１０内の半導体スイッチへの駆動信号の付与と、半導体スイッチが例えば実際にオン又はオフになる実際の応答との間には、応答時間が存在する。モータ３のロータ３２の速度が非常に遅い場合には、この応答時間は無視することができる。モータ３のロータ３２の速度が、例えば１０Ｗｒｐｍ（回転数／分）に達するように非常に速い場合には、この応答速度が大きな影響を及ぼすことがある。従って、本開示では、モータ３のロータの速度が増加するにつれて進角を徐々に増加させることにより、付与された駆動信号に半導体スイッチが実際に応答する際に、トルクが最大である所定の位置にロータ３２が常に到達できるようにすることによってモータ３の効率を高めることができる。速度の増加によって引き起こされる逆起電力の増加に起因して励磁電圧を付与することが困難な場合には、導通角を徐々に減少させることによってフリーホイール角内でフリーホイール回転を行うことができ、これによって逆起電力の影響がある程度まで排除される。
【００４６】
図５は、本開示の別の実施形態による、検出信号Ｈ１、駆動信号Ｓ１〜Ｓ４及び励磁電流Ｃ１のタイミング図である。上述したように、インバータ１０内の半導体スイッチへの駆動信号の付与と、半導体スイッチが例えば実際にオン又はオフになる実際の応答との間には応答時間が存在する。第１の供給路と第２の供給路とを切り替えて励磁電圧を反転させるようにインバータ１０を制御する際、又はモータ３においてフリーホイール回転を行う際には、左側の半ブリッジ又は右側の半ブリッジ内の２つの半導体スイッチがそれぞれ同時にオン及びオフになる。インバータ１０の左側の半ブリッジ内の第１の半導体スイッチＱ１及び第２の半導体スイッチＱ２がそれぞれ同時にオン及びオフに制御された場合、或いは第３の半導体スイッチＱ１及び第４の半導体スイッチＱ４がそれぞれ同時にオン及びオフに制御された場合、応答時間に起因して、第１の半導体スイッチＱ１及び第２の半導体スイッチＱ２がいずれも同時にオンになり、或いは第３の半導体スイッチＱ１及び第４の半導体スイッチＱ４がいずれも同時にオンになる状況が生じることがある。この場合、左側の半ブリッジ又は右側の半ブリッジに短絡が生じることにより、モータ３のロータ３２の回転に影響が及び、半導体スイッチが損傷することさえもある。
【００４７】
従って、このような状況を回避するために、この実施形態では、同じ半ブリッジ内の２つの半導体スイッチをそれぞれほぼ同時にオン及びオフにする必要がある場合、駆動コントローラ３０は、オフにすべき半導体スイッチをオフにした後、遅れ角にわたる遅延後に、オンにすべき同じ半ブリッジ内の半導体スイッチをオンにする。この実施形態では、同じ半ブリッジ内の２つの半導体スイッチをそれぞれほぼ同時にオン及びオフにする必要がある瞬間は、モータ３に供給する励磁電圧を反転させる瞬間（すなわち、励磁電圧が反転する瞬間であり、これはフリーホイール角が存在する場合に励磁電圧を供給し始める瞬間と言うこともできる）、或いはモータ３においてフリーホイール回転を実行する瞬間（すなわち、フリーホイール回転が行われる瞬間）である。遅れ角は、例えば０．１°などのように非常に小さい。従って、同じ半ブリッジ内の２つの半導体スイッチは、依然としてそれぞれほぼ同時にオンに及びオフになると見なすことができる。オンにすべき半導体スイッチがオンになる瞬間は、オフにすべき半導体スイッチがオフになる瞬間よりも遅い／遅延するので、同じ半ブリッジ内の２つの半導体スイッチが同時にオンになる状況が回避される。
【００４８】
図５に示すように、この実施形態では、説明例として１電気サイクルを挙げている。進角θadvだけ事前に励磁を行うべきである場合、駆動コントローラ３０は、半電気サイクルにおいて、駆動信号Ｓ２を検出信号Ｈ１のエッジＥ１よりも進角θadvだけ前に低レベルに移行するように制御し、その後、駆動信号Ｓ１を遅れ角θdeyにわたる遅延後に高レベルに移行するように制御し、駆動信号Ｓ３を低レベルに留まるように制御し、駆動信号Ｓ４を高レベルに留まるように制御する。この結果、検出信号Ｈ１のエッジＥ１よりも進角θadvだけ前の瞬間に、駆動信号Ｓ２によって制御される第２の半導体スイッチＱ２はオフになり、駆動信号Ｓ３によって制御される第３の半導体スイッチＱ３はオフになり、駆動信号Ｓ４によって制御される第４の半導体スイッチＱ４はオンになり、駆動信号Ｓ１によって制御される第１の半導体スイッチＱ１は遅れ角θdeyにわたる遅延後にオンになる。従って、第１の半導体スイッチＱ１が遅れてオンになり、左側の半ブリッジ内の第１の半導体スイッチＱ１と第２の半導体スイッチＱ２とが同時にオンになる状況が回避される。
【００４９】
この実施形態では、駆動コントローラ３０が、導通角θconにわたって励磁電圧が付与された後に、生成された駆動信号Ｓ１を低レベルに移行するように制御し、駆動信号Ｓ３を低レベルに留まるように制御し、駆動信号Ｓ４を高レベルに留まるように制御し、駆動信号Ｓ２を遅れ角θdeyにわたる遅延後に高レベルに移行するように制御する。このように、第１の半導体スイッチＱ１及び第２の半導体スイッチＱ２の状態を変更する必要がある場合でも、第２の半導体スイッチＱ２がオンになる前に第１の半導体スイッチＱ１がオフになって、２つの半導体スイッチが同時にオンになる状況を確実に回避することができる。
【００５０】
図５に示すように、次の半電気サイクルＴhalfでも、この過程は上記と同じである。第３の半導体スイッチＱ３及び第４の半導体スイッチＱ４の状態を変更する必要がある場合、これらの半導体スイッチの一方がオフになり、他方の半導体スイッチが遅れてオンになる。例えば、駆動コントローラ３０は、検出信号Ｈ１の次のエッジＥ２よりも進角θadvだけ前の時点において、動信号Ｓ４を低レベルに移行するように制御し、駆動信号Ｓ１を低レベルに留まるように制御し、駆動信号Ｓ２を高レベルに留まるように制御し、駆動信号Ｓ３を遅れ角θdeyにわたる遅延後に高レベルに移行するように制御する。従って、右側の半ブリッジ内の第４の半導体スイッチＱ４はオフになり、第３の半導体スイッチＱ３は遅れてオンになり、第１の半導体スイッチＱ１はオフのままであり、第２の半導体スイッチＱ２はオンのままである。この場合、インバータ１０は、モータ３に付与される励磁電圧を反転させる第２の供給路を確立してモータ３のロータ３２を回転させ続ける。右側の半ブリッジ内の第４の半導体スイッチＱ４は、右側の半ブリッジ内の第３の半導体スイッチＱ３がオンになる前にオフになるので、右側の半ブリッジ内の半導体スイッチが同時にオンになる状況が回避される。
【００５１】
本開示の図面に示す要素間の位置関係は、製品内における要素の配置を表すものではなく、むしろ電気的及び論理的位置関係にすぎない。
【００５２】
図６は、本開示の実施形態によるモータ制御方法のフローチャートである。この方法は、ステップ６０１及び６０３を含む。
【００５３】
ステップ６０１において、駆動コントローラは、モータの励磁電圧が反転し、又はモータがフリーホイール回転した時に、最初に一方の半導体スイッチをオフにする。
【００５４】
ステップ６０３において、駆動コントローラは、同じ半ブリッジ内で遅れ角にわたる遅延後に他方の半導体スイッチをオンにする。
【００５５】
上述した実施形態は、本発明のいくつかの好ましい実施形態にすぎず、本発明をいかなる形でも限定しないように意図されている。また、当業者であれば、本開示の趣旨の範囲内で変更を行うこともできる。当然ながら、本開示の趣旨に基づいて行われるこれらの変更は、本開示によって特許請求する保護範囲に該当するものとする。
【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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【外国語明細書】
2017143722000001.pdf