(57)【要約】      （修正有）【課題】最適な進角を実施することにより、脱調を回避しつつ、加速トルクの減少を防止し、応答性の向上を図る。【解決手段】ブラシレスモータ制御システム１０は、非通電のステータコイルに生じる誘起電圧の変化と基準電圧とを比較してロータ位置信号Ｕｄ,Ｖｄ,Ｗｄを生成する誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１４と、ロータ位置信号Ｕｄ,Ｖｄ,ＷｄからゼロクロスエッジＥｚを検出するエッジ検出部３１と、ゼロクロスエッジＥｚから一定時間後に、次のエッジが発生する予定の相のロータ位置信号Ｕｄ,Ｖｄ,Ｗｄのレベルを判定する位置信号判定部３２と、ロータ位置信号Ｕｄ,Ｖｄ,Ｗｄのレベルが想定状態の場合はステータコイルへの通電の進角を減少させ、想定外の場合は通電の進角を増加させる進角設定部３３と、を有する。【選択図】図１
2017229113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を有するロータと、該ロータに回転磁界を与えるように配置された複数のステータコイルを有するステータと、を備えてなるブラシレスモータに対し、前記ステータコイルへの通電を順次切り替えることにより、前記回転磁界を形成して前記ロータを回転させるブラシレスモータ制御システムであって、
該制御システムは、
前記ロータの回転によって、通電していない前記ステータコイルに生じる誘起電圧の変化と、基準となる電圧とを比較し、前記ロータの回転位置を検出するために用いられるロータ位置信号を生成するロータ位置信号生成部と、
前記ロータ位置信号に基づいて、前記ステータコイルへの通電切り替えのタイミングを設定する制御部と、
前記制御部の指示に基づいて、前記ステータコイルに対し通電を行う駆動部と、を有し、
前記制御部は、
前記ロータ位置信号から、前記ロータの回転位置を示す位置信号エッジを検出するエッジ検出部と、
前記位置信号エッジから一定時間後に、次の前記位置信号エッジが発生する予定の相の前記ロータ位置信号のレベルを判定する位置信号判定部と、
前記ロータ位置信号のレベルが想定された状態になっている場合は、前記ステータコイルへの通電の進角を減少させ、想定された状態になっていない場合は、前記ステータコイルへの通電の進角を増加させる進角設定部と、
前記進角設定部の設定に沿って、前記ステータコイルへの通電を切り替えるタイミングを決定する通電タイミング生成処理部と、を有することを特徴とするブラシレスモータ制御システム。
【請求項２】
請求項１記載のブラシレスモータ制御システムにおいて、
前記位置信号エッジは、前記ステータコイルへの通電を切り替えた直後に該ステータコイルに生じる還流パルスが消滅した後、前記誘起電圧が前記基準となる電圧を示したときに生じることを特徴とするブラシレスモータ制御システム。
【請求項３】
請求項１又は２記載のブラシレスモータ制御システムにおいて、
該制御システムは、前記ロータ位置信号のレベルが想定された状態になっていない場合、先に検出された位置信号エッジに基づいて次の通電切り替えのタイミングを予測する予測駆動部をさらに有することを特徴とするブラシレスモータ制御システム。
【請求項４】
請求項１〜３記載の何れか１項に記載のブラシレスモータ制御システムにおいて、
前記進角設定部は、前記ステータコイルに対する通電の進角の増減を通電切り替え時ごとに実施することを特徴とするブラシレスモータ制御システム。
【請求項５】
永久磁石を有するロータと、該ロータに回転磁界を与えるように配置された複数のステータコイルを有するステータと、を備えてなるブラシレスモータに対し、前記ステータコイルへの通電を順次切り替えることにより、前記回転磁界を形成して前記ロータを回転させるブラシレスモータ制御方法であって、
前記ロータの回転によって、通電していない前記ステータコイルに生じる誘起電圧の変化と、基準となる電圧とを比較し、前記ロータの回転位置を検出するために用いられるロータ位置信号を生成し、
前記ロータ位置信号から、前記ロータの回転位置を示す位置信号エッジを検出し、前記位置信号エッジから一定時間後に、次の前記位置信号エッジが発生する予定の相の前記ロータ位置信号のレベルを判定し、
前記ロータ位置信号のレベルが想定された状態になっている場合は、前記ステータコイルへの通電の進角を減少させ、想定された状態になっていない場合は、前記ステータコイルへの通電の進角を増加させ、
前記進角設定に沿って、前記ステータコイルへの通電を切り替えるタイミングを決定し、
決定された前記タイミングに基づいて、前記ステータコイルに対し通電を行うことを特徴とするブラシレスモータ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータの制御装置及び制御方法に関し、特に、誘起電圧（逆起電力）からロータ回転位置を推定して転流を行う、いわゆるセンサレス制御のブラシレスモータの制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスモータは、ブラシのような転流手段を有さないことから、ロータを回転させるためには、ロータ回転位置に応じて通電コイルを順次切り替え、ロータの周囲に回転磁界を形成する必要がある。その際、ロータ回転位置の検出には、従来よりホールセンサ等の磁気検出センサが使用されており、センサによってロータの絶対位置を検出し、通電コイルの切り替えを行っている。これに対し、近年、モータの小型化・低コスト化の要請から、ホールセンサ等を用いることなく、コイルの誘起電圧からロータ回転位置を推定して転流を行うセンサレス制御のブラシレスモータが増大している。
【０００３】
センサレス制御では、ステータコイルの中性点の電圧と、ステータコイルの誘起電圧との大小をコンパレータで比較し、コンパレータの出力信号の正負（Ｈ,Ｌ）に基づいて、ロータ位置信号を形成する。そして、この位置信号に基づいて、ステータコイルへの通電切り替えタイミングを決定する。図７は、３相ブラシレスモータにおける従来のセンサレス制御の一例を示す説明図である。図７において、横軸は電気角、縦軸は上側から、各相コイルＵ,Ｖ,Ｗへの通電状態、各相コイルＵ,Ｖ,Ｗの電圧波形Ｕｖ,Ｖｖ,Ｗｖ（アナログ信号）、Ｕ,Ｖ,Ｗの各相コイルとロータの回転位置の関係を示すロータ位置信号Ｕｄ,Ｖｄ,Ｗｄ（デジタル信号）を示している。
【０００４】
図７において、例えば、区間Ｘでは、Ｕ相コイルとＷ相コイルが通電され、Ｖ相コイルはオープンの状態となっている。このとき、Ｖ相コイルには、通電切り替えにより電流がオフ状態となると、コイルに蓄えられたエネルギがゼロになるまでフライホイール電流が流れ、これに起因するスパイク状の電圧（還流パルス）Ｐｒが発生する。一方、Ｖ相コイルには誘起電圧が発生しており、還流パルスＰｒにて打ち消されつつも（破線部分）、還流パルスが消滅するとそれが顕在化する。そして、誘起電圧がステータコイルの中性点電圧Ｖｍを示す点を、逆起電力のゼロクロス点として検出する（点Ｃｚ）。
【０００５】
また、Ｖ相電圧の変化に伴い、Ｖ相電圧と中性点電圧Ｖｍとの比較に基づいて生成されるロータ位置信号（以下、適宜、位置信号と略記する）Ｖｄも変化する。ここではまず、還流パルス発生により比較結果が正となり、Ｖ相の位置信号ＶｄがＬからＨに変化し、還流パルスが存在する間はＨ状態が維持される。その後、還流パルスが消滅すると、一旦比較結果が負となり位置信号ＶｄもＨからＬに変化する。そして、誘起電圧が中性点電圧Ｖｍを超えると（ゼロクロス点を通過）、比較結果が再び正となり、Ｖ相の位置信号ＶｄがＬからＨに変化する。この際のＬ→Ｈの変化に伴う位置信号エッジ（ゼロクロスエッジ）を検出することによりゼロクロス点Ｃｚが認識され、そこから電気角３０°の後に、通電形態が切り替えられる。すなわち、区間Ｙに入り、Ｖ相コイルとＷ相コイルが通電され、Ｕ相コイルはオープンの状態とされる。なお、還流パルス発生時にもゼロクロス点が存在するが、これは位置検出には使用できないため、マスク処理（無視）を実施している。
【０００６】
次の区間Ｙにおいても、通電切り替え当初に還流パルスＰｒが生じ、その後、ゼロクロス点Ｃｚが検出されたときは、その時点から電気角３０°の後に、通電パターンを次の形態に切り替える。図７に示すように、センサレス制御においては、区間Ｘ,Ｙのような通電切り替えが順次同様に実施され、ロータが回転する。このため、ホールセンサ等の高価で大きなセンサを使用することなく、ステータコイルへの転流タイミングを決定でき、センサを使用したモータに比して、小型化・低コスト化が図られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２８８１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、このようなセンサレス制御の場合、図７の区間Ｚのように、大きな還流パルスが発生すると、パルス消滅後に現れる誘起電圧が既に中性点電圧Ｖｍを超えてしまっているおそれがある。その場合、誘起電圧のゼロクロス点を検出しようとしても、検出不能であり、各相位置信号（区間ＺではＶ相位置信号）から、ゼロクロス点通過を示すエッジ（ゼロクロスエッジ）が消滅してしまう。このため、転流タイミングを把握できず、モータが脱調してしまうという問題があった。
【０００９】
そこで、従来のセンサレス制御では、このような脱調を回避するため、進角制御を行い、通電切り替えのタイミングを早めにずらしている。例えば、区間Ｚへの切り替えに際し、図７に波線にて示したような形で進角を行う。その結果、還流パルス発生・消滅のタイミングも早くなり、消滅後のＶ相電圧波形も波線のようになる。すると、進角なしの場合には還流パルスに飲み込まれるように消滅していたゼロクロス点が現れ、Ｖ相位置信号にもゼロクロスエッジが生じる。これにより、大きな還流パルスが発生しても、ゼロクロス点の消失に伴う脱調を防止でき、安定したモータ駆動が可能となる。
【００１０】
一方、上述のような進角制御において、進角値は、相電流値と回転数をパラメータとするマップによって設定される。すなわち、モータの状況に合わせて適宜進角が選定され設定される。しかしながら、進角算出用のマップは、最悪の状態を考慮して作成されており、進角値も大きめに設定されている。このため、条件によっては進角値が必要以上に大きく設定されてしまうという問題があった。進角値が大きい場合、脱調は回避できるものの、加速トルクが減少し、モータの応答性も悪化するという問題が生じる。また、進角算出マップは、各モータの仕様に合わせて作成する必要があり、作成に手間が掛かると共に、モータを変更すると、その都度マップの再作成が必要となるという問題もあった。
【００１１】
本発明の目的は、最適な進角を実施することにより、脱調を回避しつつ、加速トルクの減少を防止し、応答性の向上を図ることにある。また、モータ変更に伴うマップ再作成の手間を省き、モータの選定・設計工数の削減を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のブラシレスモータ制御システムは、永久磁石を有するロータと、該ロータに回転磁界を与えるように配置された複数のステータコイルを有するステータと、を備えてなるブラシレスモータに対し、前記ステータコイルへの通電を順次切り替えることにより、前記回転磁界を形成して前記ロータを回転させるブラシレスモータの制御システムであって、該制御システムは、前記ロータの回転によって、通電していない前記ステータコイルに生じる誘起電圧の変化と、基準となる電圧とを比較し、前記ロータの回転位置を検出するために用いられるロータ位置信号を生成するロータ位置信号生成部と、前記ロータ位置信号に基づいて、前記ステータコイルへの通電切り替えのタイミングを設定する制御部と、前記制御部の指示に基づいて、前記ステータコイルに対し通電を行う駆動部と、を有し、前記制御部は、前記ロータ位置信号から、前記ロータの回転位置を示す位置信号エッジを検出するエッジ検出部と、前記位置信号エッジから一定時間後に、次の前記位置信号エッジが発生する予定の相の前記ロータ位置信号のレベルを判定する位置信号判定部と、前記ロータ位置信号のレベルが想定された状態になっている場合は、前記ステータコイルへの通電の進角を減少させ、想定された状態になっていない場合は、前記ステータコイルへの通電の進角を増加させる進角設定部と、前記進角設定部の設定に沿って、前記ステータコイルへの通電を切り替えるタイミングを決定する通電タイミング生成処理部と、を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明にあっては、エッジ検出部により、ロータの回転位置を示す位置信号エッジを検出し、位置信号判定部により、位置信号エッジから一定時間後に、次の位置信号エッジが発生する予定の相のロータ位置信号のレベルを判定する。そして、進角設定部により、ロータ位置信号のレベルが想定された状態になっている場合は、ステータコイルへの通電の進角を減少させ、想定された状態になっていない場合は、ステータコイルへの通電の進角を増加させる。これにより、還流パルスが大きくゼロクロスエッジＥｚが得られないような場合も、進角値を増加してゼロクロスエッジＥｚの出現が促進される。また、ゼロクロスエッジＥｚが得られる場合は、進角値が極小化され、加速トルクや応答性の向上が図られる。
【００１４】
前記ブラシレスモータ制御システムにおいて、前記位置信号エッジは、前記ステータコイルへの通電を切り替えた直後に該ステータコイルに生じる還流パルスが消滅した後、前記誘起電圧が前記基準となる電圧を示したときに生じるようにしても良い。また、当該制御システムに、前記ロータ位置信号のレベルが想定された状態になっていない場合、先に検出された位置信号エッジに基づいて次の通電切り替えのタイミングを予測する予測駆動部をさらに設けても良い。加えて、前記進角設定部は、前記ステータコイルに対する通電の進角の増減を通電切り替え時ごとに実施するようにしても良い。
【００１５】
一方、本発明のブラシレスモータ制御方法は、永久磁石を有するロータと、該ロータに回転磁界を与えるように配置された複数のステータコイルを有するステータと、を備えてなるブラシレスモータに対し、前記ステータコイルへの通電を順次切り替えることにより、前記回転磁界を形成して前記ロータを回転させるブラシレスモータの制御方法であって、前記ロータの回転によって、通電していない前記ステータコイルに生じる誘起電圧の変化と、基準となる電圧とを比較し、前記ロータの回転位置を検出するために用いられるロータ位置信号を生成し、前記ロータ位置信号から、前記ロータの回転位置を示す位置信号エッジを検出し、前記位置信号エッジから一定時間後に、次の前記位置信号エッジが発生する予定の相の前記ロータ位置信号のレベルを判定し、前記ロータ位置信号のレベルが想定された状態になっている場合は、前記ステータコイルへの通電の進角を減少させ、想定された状態になっていない場合は、前記ステータコイルへの通電の進角を増加させ、前記進角設定に沿って、前記ステータコイルへの通電を切り替えるタイミングを決定し、決定された前記タイミングに基づいて、前記ステータコイルに対し通電を行うことを特徴とする。
【００１６】
本発明にあっては、ロータの回転位置を示す位置信号エッジを検出し、位置信号エッジから一定時間後に、次の位置信号エッジが発生する予定の相のロータ位置信号のレベルを判定する。そして、ロータ位置信号のレベルが想定された状態になっている場合は、ステータコイルへの通電の進角を減少させ、想定された状態になっていない場合は、ステータコイルへの通電の進角を増加させる。これにより、還流パルスが大きくゼロクロスエッジＥｚが得られないような場合も、進角値を増加してゼロクロスエッジＥｚの出現が促進される。また、ゼロクロスエッジＥｚが得られる場合は、進角値が極小化され、加速トルクや応答性の向上が図られる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のブラシレスモータ制御システムによれば、通電していないステータコイルに生じる誘起電圧の変化と基準となる電圧とを比較して得られるロータ位置信号から、ロータの回転位置を示す位置信号エッジを検出するエッジ検出部と、位置信号エッジから一定時間後に、次の位置信号エッジが発生する予定の相のロータ位置信号のレベルを判定する位置信号判定部と、ロータ位置信号のレベルが想定された状態になっている場合は、ステータコイルへの通電の進角を減少させ、想定された状態になっていない場合は、ステータコイルへの通電の進角を増加させる進角設定部とを設けたので、モータの状態に応じた最適な進角を設定することが可能となる。これにより、最適な進角を実施でき、加速トルクの減少を防ぎ、応答性の向上を図ることが可能となる。また、モータ仕様や変更に合わせてその都度マップを作成する必要もなくなるため、制御開発の工数削減も図られる。
【００１８】
本発明のブラシレスモータ制御方法によれば、通電していないステータコイルに生じる誘起電圧の変化と基準となる電圧とを比較して得られるロータ位置信号から、ロータの回転位置を示す位置信号エッジを検出し、位置信号エッジから一定時間後に、次の位置信号エッジが発生する予定の相のロータ位置信号のレベルを判定し、ロータ位置信号のレベルが想定された状態になっている場合は、ステータコイルへの通電の進角を減少させ、想定された状態になっていない場合は、ステータコイルへの通電の進角を増加させるようにしたので、モータの状態に応じた最適な進角を設定することが可能となる。これにより、最適な進角を実施でき、加速トルクの減少を防ぎ、応答性の向上を図ることが可能なる。また、モータ仕様や変更に合わせてその都度マップを作成する必要もなくなるため、制御開発の工数削減も図られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態である制御装置を使用したモータシステムの構成を示す説明図である。
【図２】ブラシレスモータの通電パターンと、ステータ及びロータの誘起状態を示す説明図である。
【図３】本発明によるセンサレス制御の制御形態の一例を示す説明図である。
【図４】図３の制御形態における処理手順を示すフローチャートである。
【図５】モータ回転数の時間変化を本発明による制御と従来の制御とで比較したグラフである。
【図６】他のセンサレス制御の例を示す説明図である。
【図７】３相ブラシレスモータにおける従来のセンサレス制御の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。図１は、本発明の一実施の形態であるブラシレスモータ制御システム１０の構成を示す説明図である。図２は、図１のシステムにおけるブラシレスモータの通電パターンと、ステータ及びロータの誘起状態を示す説明図である。図１の制御システム１０にて駆動されるブラシレスモータ１は、例えばエンジンのオイルポンプなどに使用され、図２に示すように、ステータ２とロータ３を備えている。ステータ２には、３本のステータコイル４Ｕ,４Ｖ,４Ｗが巻装されている。ステータコイル４Ｕ,４Ｖ,４Ｗは、いわゆるスター結線となっている。ロータ３には、マグネット（永久磁石）５が取り付けられている。マグネット５は、周方向に沿って、複数の磁極（Ｎ極,Ｓ極）が交互に配置されている。
【００２１】
図１に示すように、ブラシレスモータ１のステータコイル４Ｕ,４Ｖ,４Ｗは、駆動制御装置６に接続されている。駆動制御装置６は電源７と接続されており、ブラシレスモータ１には、駆動制御装置６による通電制御が実施される。駆動制御装置６は、駆動信号の入力によって所定の処理を行う制御部８を有している。制御部８の出力は、プリドライバ１１と３相インバータ１２を備えた駆動部９に接続されている。３相インバータ１２は電源７に接続されており、駆動部９は、制御部８の指示（出力）に応じてステータコイル４Ｕ,４Ｖ,４Ｗに通電を行う。３相インバータ１２からブラシレスモータ１への通電によって、各ステータコイル４Ｕ,４Ｖ,４Ｗに現れる誘起電圧のアナログ波形は、分圧回路１３で降圧された後、誘起電圧Ｉ／Ｆ（インターフェイス）回路（ロータ位置信号生成部）１４に入力される。
【００２２】
誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１４は、ステータコイル４Ｕ,４Ｖ,４Ｗのそれぞれの電圧（誘起電圧）から、スター結線の中性点の電位を基準電圧（等価中性点電圧）として生成する。また、誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１４では、各ステータコイル４Ｕ,４Ｖ,４Ｗの誘起電圧の波形と、等価中性点電圧とがそれぞれコンパレータ１５Ｕ,１５Ｖ,１５Ｗに入力され、各相の位置信号Ｕｄ,Ｖｄ,Ｗｄとなるロータ位置信号がデジタル信号として生成される。各コンパレータ１５Ｕ,１５Ｖ,１５Ｗの出力は、制御部８に接続されている。
【００２３】
制御部８は、例えば、シングルチップマイコンなどによって実現され、駆動信号が入力される始動処理部２１と、誘起電圧Ｉ／Ｆ回路１４に接続される進角処理部２２、進角処理部２２から所定のデータを受け取る通電タイミング生成処理部２３、及び、タイマ２４を備えている。通電タイミング生成処理部２３には、進角処理部２２の他に、始動処理部２１からもデータが入力される。通電タイミング生成処理部２３の出力は、プリドライバ１１に接続されている。
【００２４】
進角処理部２２には、各相の位置信号Ｕｄ,Ｖｄ,Ｗｄから、各相のゼロクロスエッジＥｚを検出するエッジ検出部３１が設けられている。また、エッジ検出部３１の後段には、位置信号Ｕｄ,Ｖｄ,Ｗｄの状態（レベルＨ,Ｌ）を判定する位置信号判定部３２と、位置信号Ｕｄ,Ｖｄ,Ｗｄの状態に基づいて次相通電時の進角値を設定（増減）する進角設定部３３が設けられている。さらに、エッジ検出部３１の後段には、位置信号Ｕｄ,Ｖｄ,ＷｄからゼロクロスエッジＥｚが得られない場合に次相の通電を予測実施する予測駆動部３４が設けられている。
【００２５】
エッジ検出部３１では所定のマスク処理により、還流パルスによって生じる信号変化を無視し、誘起電圧がゼロクロス点Ｃｚを通過した際に生じる信号変化のみをゼロクロスエッジＥｚとして検出する。位置信号判定部３２は、ゼロクロスエッジＥｚを検出し所定時間が経過した後の位置信号Ｕｄ,Ｖｄ,Ｗｄの状態を判定する。進角設定部３３は、ゼロクロスエッジＥｚが得られた場合、その時点から一定時間経過したときの位置信号Ｕｄ,Ｖｄ,Ｗｄのレベルを読み、その状態に基づいて次相通電時の進角値を設定（増減）する。つまり、次のゼロクロスエッジＥｚが発生する予定の相の位置信号レベルを判定し、それが想定された状態になっている場合は進角を減少させ、想定された状態になっていない場合は進角を増加させる。その際、位置信号が想定状態でない場合には、この先ゼロクロスエッジＥｚが出現しない蓋然性が高いため、予測駆動部３４により、進角値を増加させた状態で次相の通電が予測実施される。
【００２６】
次に、図２を参照しつつ、駆動制御装置６からブラシレスモータ１に通電する通電パターンと、ブラシレスモータ１のステータ２及びロータ３の誘起状態との関係について説明する。なお、図２には、インナーロータ型のブラシレスモータにて１２０°通電矩形波駆動を行う場合が図示されている。
【００２７】
図２に示すように、通電パターンは、３つのステータコイル４Ｕ,４Ｖ,４Ｗから２つを選ぶ組み合わせ（通電方向を変えつつ、通電コイルを２つ選ぶ組み合わせ）で６パターン（＃１〜＃６）存在する。通電パターン＃１では、ステータコイルＷからステータコイルＶに通電されており、通電パターン＃１に切り替えたときのステータ２とロータ３はパターン［Ａ］に示すような誘起状態になる。
【００２８】
ここで、パターン［Ｂ］は、通電パターン＃１を持続させたときに、ロータ３にトルクが発生してパターン［Ａ］の位置からＣＣＷ方向に電気角３０°回転した状態を示している。このとき、物理的には、ステータコイルＵ（開放相）の中心と、ロータ３のＳ極の中心とが対向した状態となる。また、電気的には、基準となる電圧である等価中性点電圧と誘起電圧とが等しくなった状態（グラフ的には、誘起電圧と等価中性点電圧が交差し、ゼロクロス点Ｃｚを通過した状態）となり、Ｕ相の位置信号ＵｄがＬからＨに変化し、ゼロクロスエッジＥｚが発生する。すなわち、ゼロクロスエッジＥｚはロータ３の回転位置を示しており、このような状態の時をロータ３の回転位置を検出するタイミングとする。
【００２９】
さらに、パターン［Ｃ］は、パターン［Ｂ］からロータ３が電気角３０°回転した状態である。このパターン［Ｃ］は、通電パターンが＃２に切り替わった瞬間を示している。このように、ロータ３の回転位置を検出したタイミング（ゼロクロス点Ｃｚ通過・ゼロクロスエッジＥｚ検出）から電気角で３０°だけロータ３が回転したタイミングで通電パターンを切り替えれば、ステータコイル４Ｕ,４Ｖ,４Ｗにより形成される回転磁界によってロータ３が回転する。このような通電パターン＃１〜＃６を順番に切り替えると、誘起状態がパターン［Ａ］〜［Ｌ］に順番に移行しながらロータ３がステータ２に対して回転する。そして、パターン［Ｂ］,［Ｄ］,［Ｆ］,［Ｈ］,［Ｊ］,［Ｌ］は、すべてロータ３の回転位置を検出するタイミングを示し、このときに発生するトルクが最大トルクとなる。
【００３０】
また、ブラシレスモータ１の始動時には次のような通電処理が行われる。位置検出センサを有しないブラシレスモータ１では、始動時のロータ３の位置を特定することができない。このため、始動処理部２１は、所定の通電パターンを一定時間出力するように通電タイミング生成処理部２３を制御する（イニシャル動作）。これにより、ロータ３は、その通電パターンに合わせた位置にロックされ、ロータ３の初期位置が確定する。例えば、イニシャル動作として通電パターン＃５を実行した場合には、パターン［Ｍ］に示す位置にロータ３がロックされ、これによって初期位置が確定する。このときの持続時間は、ブラシレスモータ１の体格や、イナーシャ負荷に応じて予め設定された値が用いられる。
【００３１】
ロータ３の初期位置を確定した後、現在の通電パターンから１つとばした通電パターンを実施する（スキップ通電）。前記の例では、通電パターン＃５の次は、通常であれば通電パターン＃６であるのに対して、スキップ通電では通電パターン＃１を実施する。通電パターン＃６をとばすのは、パターン[Ｍ]のロック位置では最大トルクが得られるパターン［Ｊ］の位置を既に通過しているので、このままパターン＃６を実行しても、位置情報となる最大トルク時の誘起電圧が取得できないからである。従って、パターン＃１を実行することで、パターン［Ｍ］からパターン［Ａ］に移行させ、パターン［Ｌ］からパターン［Ａ］に移行したときと同じトルクを発生させる。
【００３２】
そして、ロータ３の回転により発生する誘起電圧が一定のレベルに達し、ロータの回転位置情報が得られた場合には、このまま通常運転に移行してフィードバック制御を行う。これに対して、誘起電圧が一定のレベルに達しない場合には、位置情報が得られないため、通電パターン＃１でイニシャル動作を実施した後に、通電パターン＃３へとスキップ通電を実施し、以降、通常運転が可能になるまで同様の処理を繰り返す。
【００３３】
このようにして始動された後、ブラシレスモータ１では、図２のような通電パターンの切り替えは、次のような形で行われる。図３は本発明による制御形態の一例を示す説明図、図４はその処理手順を示すフローチャートである。図３において、横軸は電気角、縦軸は上側から、各相コイルＵ,Ｖ,Ｗへの通電状態、各相コイルＵ,Ｖ,Ｗの電圧波形Ｕｖ,Ｖｖ,Ｗｖ（アナログ信号）、Ｕ,Ｖ,Ｗの各相コイルとロータの回転位置の関係を示すロータ位置信号Ｕｄ,Ｖｄ,Ｗｄ（デジタル信号）を示している。ここでは、区間Ｋ１,Ｋ３〜Ｋ５は正常にゼロクロス点Ｃｚが生じており、エッジ検出部３１にてゼロクロスエッジＥｚが検出されるが、区間Ｋ２,Ｋ６ではゼロクロス点Ｃｚが消滅し、ゼロクロスエッジＥｚが検出できない状態が想定されている。なお、図２と図３では、ロータ３の回転方向が逆になっているが、ブラシレスモータ１では回転方向によらず当該制御が実施可能である。
【００３４】
まず、図３の区間Ｋ１では、Ｗ相コイルとＶ相コイルが通電され、Ｕ相コイルはオープンの状態となっている。前述のように、Ｕ相コイルには還流パルスＰｒが発生し、それが消滅した後、誘起電圧が基準となる電圧である中性点電圧Ｖｍを超えゼロクロス点Ｃｚとなる。このとき、Ｕ相の位置信号ＵｄがＬからＨに変化し、ゼロクロスエッジＥｚ１が生じ、エッジ検出部３１ではこのエッジ検出によりゼロクロス点Ｃｚが認識される。そして、そこから電気角３０°の後に、通電形態が切り替えられ、区間Ｋ２に入り、Ｕ相コイルとＶ相コイルが通電され、Ｗ相コイルはオープンの状態とされる。
【００３５】
一方、区間Ｋ２では、還流パルスＰｒが大きく、その影響により、Ｗ相のゼロクロス点Ｃｚが生じていない。従って、この状態では、Ｗ相の位置信号Ｗｄ中にゼロクロスエッジＥｚが現れず（破線）、モータが脱調してしまうおそれがある。そこで、当該センサレス制御では、まず、位置信号判定部３２により、先のゼロクロスエッジＥｚ１（Ｕ相位置信号ＵｄのＥｚ）検出から一定時間Ｔ後に、次相（Ｗ相）位置信号Ｗｄのレベルを判定する（図４ステップＳ１,Ｓ２）。一定時間Ｔは、タイマ２４によって計時する。なお、位置信号にゼロクロスエッジＥｚが現出する順序は、予め定まっている（図３の制御では、Ｕ→Ｗ→Ｖ→Ｕの順）。そして、区間Ｋ２のようにゼロクロス点Ｃｚが生ぜず、位置信号Ｗｄのレベルが想定外である場合には、進角値を増加させた上で、先のゼロクロスエッジＥｚ１から次の通電切り替え時期を予測し、通電相を切り替える。
【００３６】
この場合、例えば、区間Ｋ１のように、正常にゼロクロスエッジＥｚ１が生じている場合は、先のゼロクロスエッジＥｚから一定時間Ｔ後には、Ｕ相位置信号ＵｄはＬとなっており、Ｈへの移行によりゼロクロスエッジＥｚ１が発生することが予測される。つまり、区間Ｋ１では、時間Ｔ後のＵ相位置信号ＵｄはＬであることが想定されており、ここでは、その想定通りとなっている。従って、ステップＳ３に進み、現在設定されている進角値を確認し、それが下限値である場合にはそのまま維持し（下限値に設定：ステップＳ４）、ゼロクロスエッジＥｚの発生を待つ（ステップＳ５）。また、ステップＳ３にて、進角値が下限値でない場合には、ステップＳ６に進み、進角値を下げても次のゼロクロスエッジＥｚを検出できる余地があると判断し、進角値を所定値だけ減少させる。そして、ステップＳ１０に進み、通電タイミング生成処理部２３により、電気角３０°から設定した進角値を減じた角度分の通電切り替えタイミングが設定され、その時間を待って通電が切り替えられる（ステップＳ１１）。
【００３７】
これに対し、区間Ｋ２では、位置信号Ｗｄは、時間Ｔ後の時点で本来はＨとなっており、その後Ｌに移行してゼロクロスエッジＥｚが生じるはずであるが、ここでは信号レベルがＬのままとなっている。つまり、このままゼロクロスエッジの出現を待っても、エッジは検出できない状況にある。そこで、ステップＳ２にて、位置信号のレベルが想定通りではないと判断し、ステップＳ７に進み、現在の進角値が上限値かどうかを判断する。このとき、進角値が上限に達している場合には上限値にて維持し、加速トルクの減少等を抑える（ステップＳ８）。
【００３８】
一方、進角値が上限に達していない場合には、進角値を増加させてゼロクロス点Ｃｚの出現を促進する。すなわち、電気角３０°から、増加させた進角値を減じた角度分の時間を待ち（電気角３０°−進角値）、通電を切り替える（ステップＳ１０,Ｓ１１）。但し、この場合は、電気角３０°の計測基準となる位置信号ＷｄのゼロクロスエッジＥｚが存在していないため、予測駆動部３４により、先のＵ相位置信号ＵｄのゼロクロスエッジＥｚ１から、進角値を考慮して次の通電切り替えのタイミングを予測し、この予測時間に基づいて通電を切り替える。これにより、進角値を増加しない場合（区間Ｋ３の破線）には、現れなかった可能性のある区間Ｋ３のゼロクロス点Ｃｚが出現する。なお、ステップＳ８→Ｓ１０の場合も、同様の予測による通電切り替えが実施される。
【００３９】
区間Ｋ３以降もこのような進角値の増減制御を実行し、区間Ｋ３〜Ｋ５ではゼロクロスエッジＥｚが得られたため、徐々に進角値を減じて行く（ステップＳ２〜Ｓ５）。一方、区間Ｋ６では、ゼロクロスエッジＥｚが得られなかったため、進角値を増加し（ステップＳ２〜Ｓ９）、予測通電を実施する。つまり、ゼロクロスエッジＥｚが得られれば進角値を下げ、得られなければ進角値を上げる、というように、通電切り替え時に、次の進角値を常に調整しつつブラシレスモータの転流制御を実施する。
【００４０】
このように、本発明のブラシレスモータ制御装置及び制御方法では、ゼロクロスエッジＥｚの検出から一定時間Ｔ後に、次のゼロクロスエッジＥｚ発生予定の相の位置信号レベルを読む。そして、それが想定されたレベルになっていない場合は進角を増やし、予測通電を行う一方、想定されるレベルになっている場合は進角を減らす。これにより、還流パルスが大きくゼロクロスエッジＥｚが得られない場合も、進角値を増加してゼロクロスエッジＥｚの出現を促進し、モータの脱調を防止しつつ進角値を最適化することが可能となる。また、ゼロクロスエッジＥｚが得られた場合は、進角値をできるだけ小さくすべく、進角を減らして加速トルクや応答性の向上を図り、この点においても最適化することが可能となる。
【００４１】
従って、本発明によれば、状況に応じた最適な進角値が常に設定され、過大な進角値による加速トルクの減少やモータの応答性悪化を防止することが可能となる。図５に示すように、発明者の実験によれば、始動時おける回転数の立ち上がり特性が改善され、応答性の向上を図ることができた。また、進角算出マップをモータの仕様に合わせて作成する必要がなくなると共に、モータの変更に伴うマップの再作成も不要となり、マップ作成の手間を省き、制御開発の工数削減も図ることが可能となる。
【００４２】
本発明は前記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変更可能であることは言うまでもない。例えば、前述の実施の形態では、ゼロクロスエッジＥｚが現出する順序がＵ→Ｗ→Ｖ→Ｕの順となっているが、現出順序はこの順には限定されない。また、図２には、ブラシレスモータ１としてインナーロータ型のものを示したが、制御対象のブラシレスモータはアウターロータ型であっても良い。
【００４３】
さらに、先の実施の形態では、ゼロクロスエッジＥｚの検出から一定時間Ｔ後の信号レベルが想定外の場合は進角を増やす制御形態を示したが、図６のように、一定時間Ｔ後に位置信号が想定されたレベルになっていない場合は、即時に通電の切り替えを実施するようにしても良い。例えば、図６の区間Ｋ６では、先のＷ相ゼロクロスエッジＥｚから時間Ｔ後に、Ｖ相の位置信号が想定通りＨとはならず、Ｌのままとなっている。従って、このまま次のゼロクロスエッジＥｚを待っても、それが検出される可能性は低いことから、直ちにＶ相の通電形態をオープンからグランドに切り替える（矢示Ｑ時点）。これにより、ゼロクロスエッジＥｚが得られない場合でも、通電が確実に次相に切り替えられ、還流パルスに伴う脱調によるモータ停止を防止することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明によるブラシレスモータ制御装置は、エンジンのオイルポンプやラジエターファンのみならず、他の車載ブラシレスモータや、家電製品や産業機械等に使用されるブラシレスモータの駆動制御にも広く適用可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１    ブラシレスモータ
２    ステータ
３    ロータ
４Ｕ,４Ｖ,４Ｗ    ステータコイル
５    マグネット
６    駆動制御装置
７    電源
８    制御部
９    駆動部
１０    ブラシレスモータ制御システム
１１    プリドライバ
１２    ３相インバータ
１３    分圧回路
１４    誘起電圧Ｉ／Ｆ回路
１５Ｕ,１５Ｖ,１５Ｗ    コンパレータ
２１    始動処理部
２２    進角処理部
２３    通電タイミング生成処理部
２４    タイマ
３１    エッジ検出部
３２    位置信号判定部
３３    進角設定部
３４    予測駆動部
Ｃｚ    ゼロクロス点
Ｅｚ    ゼロクロスエッジ
Ｐｒ    還流パルス
Ｔ      一定時間
Ｕｄ,Ｖｄ,Ｗｄ    ロータ位置信号
Ｖｍ    中性点電圧
【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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【図７】
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