(57)【要約】【課題】モータ変速時におけるスムーズな動作を実現させることができるモータ駆動装置を提供する。【解決手段】モータ駆動装置１３は、回転速度指令Ｓｉのデューティ比に基づいてモータ１１の目標回転速度を設定する回転指令入力部２１を備える。回転指令入力部２１は、入力される回転速度指令Ｓｉの周期並びに回転速度指令Ｓｉのデューティ比の変化量に基づいて速度変更時における加速度を設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から入力される回転速度指令のデューティ比に応じた回転速度となるようにモータの駆動を制御するモータ駆動装置であって、
前記回転速度指令のデューティ比に基づいて前記モータの目標回転速度を設定する速度設定部を備え、
前記速度設定部は、入力される前記回転速度指令の周期並びに前記回転速度指令のデューティ比の変化量に基づいて速度変更時における加速度を設定することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ駆動装置において、
前記速度設定部は、複数周期分の前記回転速度指令のデューティ比の平均値に基づいて前記モータの目標回転速度を設定することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のモータ駆動装置において、
前記速度設定部は、前記回転速度指令のデューティ比の変化量を最新の目標回転速度と前回の目標回転速度との差として算出することを特徴とするモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの駆動を制御するモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）などの上位コントローラから入力された回転指令信号に基づいてモータの駆動を制御するモータ駆動装置が知られている（例えば特許文献１参照）。このようなモータ駆動装置では、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号として回転指令信号が入力され、その信号のデューティ比に応じてモータを制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１３／１３２７３３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のようなモータ駆動装置では、入力される回転指令信号のデューティ比に基づいてモータの目標回転速度を設定するようになっている。ここで、例えば入力される回転指令信号のデューティ比が変更されるとそれに基づいてモータの目標回転速度を変更する。このとき、例えば回転指令信号の周期毎に目標回転速度が変更される場合であって回転指令信号の周期よりも前に目標回転速度に達した場合、変速する期間と等速である（変速しない）期間とが交互に繰り返されることとなり、スムーズな動作が実現できない虞がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、モータ変速時におけるスムーズな動作を実現させることができるモータ駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するモータ駆動装置は、外部から入力される回転速度指令のデューティ比に応じた回転速度となるようにモータの駆動を制御するモータ駆動装置であって、前記回転速度指令のデューティ比に基づいて前記モータの目標回転速度を設定する速度設定部を備え、前記速度設定部は、入力される前記回転速度指令の周期並びに前記回転速度指令のデューティ比の変化量に基づいて速度変更時における加速度を設定する。
【０００７】
この構成によれば、モータの回転速度変更時における加速度を回転速度指令の周期並びに前記回転速度指令のデューティ比の変化量に基づいて設定するため、加速度が一定でなく回転速度指令の周期並びに前記回転速度指令のデューティ比の変化量に応じて変化する。このため、速度変更時において回転速度指令の周期の間変速し続けるため、スムーズな動作を実現できる。
【０００８】
上記モータ駆動装置において、前記速度設定部は、複数周期分の前記回転速度指令のデューティ比の平均値に基づいて前記モータの目標回転速度を設定することが好ましい。
この構成によれば、複数周期分の回転速度指令のデューティ比の平均値に基づいてモータの目標回転速度を設定するため、入力される回転速度指令（ＰＷＭ信号）のデューティ比が急変した場合であっても複数周期の平均値に基づいて目標回転速度を設定するため、モータの回転速度が急変することが抑えられる。これによって、モータの回転速度の急変に伴う動作音を抑えることができる。
【０００９】
上記モータ駆動装置において、前記速度設定部は、前記回転速度指令のデューティ比の変化量を最新の目標回転速度と前回の目標回転速度との差として算出することが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、回転速度指令のデューティ比に基づいて設定された最新の目標回転速度と前回の目標回転速度との差を算出することで回転速度指令のデューティ比の変化量を算出することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のモータ駆動装置によれば、モータ変速時におけるスムーズな動作を実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態におけるモータ駆動装置を有するモータ駆動システムの概略構成を示すブロック図。
【図２】同実施形態におけるモータ駆動装置の動作例を説明するためのフローチャート。
【図３】同実施形態におけるモータ駆動装置の動作例における傾き算出処理について説明するためのフローチャート。
【図４】同実施形態におけるモータ駆動装置のタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、モータ駆動装置を備えたモータ駆動システムの一実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態のモータ駆動システム１０は、車両に搭載されるものであって、車両用エアコンの風量を調整するべくファンを回転させるモータ１１と、車両用エアコンＥＣＵ１２からの回転指令信号Ｓｉに基づいてモータ１１の駆動を制御するモータ駆動装置１３を有する。
【００１４】
本実施形態のモータ１１は、互いに１２０度位相が異なるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の駆動電流を巻線に供給することでステータに回転磁界が形成され、その回転磁界とロータのマグネットとが作用することでロータが回転するブラシレスモータである。また、モータ１１には、ロータの回転位置や回転速度を検出するべく各相に対応させて３つの位置検出センサ１４が設けられる。各位置検出センサ１４によって検出された検出信号Ｓｋがモータ駆動装置１３に出力されるようになっている。
【００１５】
モータ駆動装置１３は、制御部１５と、駆動回路１６とを有する。
制御部１５は、回転指令入力部２１と、異常検出部２２と、回転速度入力部２３と、ＦＢ制御部２４と、モータ制御部２５とを有する。
【００１６】
回転指令入力部２１は、入力されたＰＷＭ信号である回転指令信号Ｓｉからデューティ比を算出し、目標となる目標回転速度Ｓｍｋを決定し、その目標回転速度Ｓｍｋを指令値としてＦＢ制御部２４に出力する。ここで、本実施形態の回転指令入力部２１は、４周期分の回転指令信号Ｓｉのデューティ比を平均化し、その平均化されたデューティ比から目標回転速度Ｓｍｋを決定している。なお、回転指令入力部２１における詳細な処理手順については後述する。
【００１７】
異常検出部２２は、モータ１１の異常又はモータ駆動装置１３の異常を検出するためのものであり、温度測定部２６と、電流測定部２７と、電源電圧入力部２８と接続される。ここで、温度測定部２６は、例えばサーミスタで構成され、検出した温度情報を異常検出部２２に出力する。電流測定部２７は、シャント抵抗であってモータ電流を検出するためのものであり、検出したモータ電流情報を異常検出部２２に出力する。電源電圧入力部２８は、車両に搭載されるバッテリ（図示略）の電圧（電源電圧）を検出し、その電圧情報を異常検出部２２に出力する。
【００１８】
回転速度入力部２３は、各位置検出センサ１４で検出された検出信号Ｓｋが入力されると、その検出信号Ｓｋに基づいて算出されるモータ１１のロータの実際の回転速度である実回転速度ＳｊｋをＦＢ制御部２４に出力し、検出信号Ｓｋに基づいて算出されるロータの回転位置情報Ｓｉｋをモータ制御部２５に出力する。
【００１９】
ＦＢ制御部２４は、回転指令入力部２１によって決定された目標回転速度Ｓｍｋと、回転速度入力部２３によって出力されたモータ１１のロータの実回転速度Ｓｊｋとの偏差Δωを求め、その偏差Δωに基づくフィードバック制御を実施する。本実施形態のＦＢ制御部２４が実行するフィードバック制御はＰＩ制御である。すなわち、ＦＢ制御部２４は偏差ΔωにＰ（比例）制御の比例ゲインＫｐを乗ずることにより比例成分を演算するとともに、偏差Δωの積分値にＩ（積分）制御の積分ゲインＫｉを乗ずることにより積分成分を演算する。そして、ＦＢ制御部２４は前述した比例成分及び積分成分を加算することにより電圧指令値Ｓｖを算出し、これをモータ制御部２５に出力する。
【００２０】
モータ制御部２５は、ＦＢ制御部２４で出力された電圧指令値Ｓｖと回転速度入力部２３で出力された回転位置情報とに基づいてオン／オフを指示するための駆動信号Ｓｄを生成して駆動回路１６に対して出力する。
【００２１】
駆動回路１６は、インバータ回路を有する。インバータ回路は、例えば６個のスイッチング素子（例えばＭＯＳＦＥＴ）を３相ブリッジ接続して構成され、各スイッチング素子を前記駆動信号Ｓｄに基づいてオン／オフさせることでモータ１１の巻線に駆動電流を供給する。
【００２２】
次に、本実施形態のモータ駆動装置１３の制御態様を説明する。
図２に示すように、先ず、回転指令入力部２１は、エアコンＥＣＵ１２から出力された回転指令信号Ｓｉ（ＰＷＭ信号）を読み取り（ステップＳ１０）、その読み取った回転指令信号Ｓｉのデューティ比を算出する（ステップＳ１１）。
【００２３】
次に、回転指令信号Ｓｉの４回分（４周期分）のデューティ比の平均値を算出する（ステップＳ１２）。
回転指令入力部２１は、回転指令信号Ｓｉの４回分（４周期分）のデューティ比の平均値からモータ１１の内部目標回転速度Ｓｍｎを算出する（ステップＳ１３）。
【００２４】
その後、回転指令入力部２１は、傾き算出処理を実施する（ステップＳ１４）。
ここで、傾き算出処理について図３を用いて説明する。ここでいう傾きとは、変速時における速度の増加量（加速度）のことである。
【００２５】
図３に示すように、回転指令入力部２１は、最新の内部目標回転速度Ｓｍｎを取得（ステップＳ３０）した後、回転指令信号Ｓｉの１周期分の信号を取得したか否かを判定する（ステップＳ３１）。
【００２６】
そして、回転指令入力部２１は、１周期分の信号Ｓｉを取得していないと判定した場合（ステップＳ３１：ＮＯ）には、前回傾きを維持、即ち傾きの変更をしない状態を維持し（ステップＳ３３）、その後ステップＳ１５に移行する。
【００２７】
また、回転指令入力部２１は、１周期分の信号Ｓｉを取得したと判定した場合（ステップＳ３１：ＹＥＳ）には、取得した最新の回転指令信号Ｓｉのデューティ比を読み取って、前回の信号Ｓｉのデューティ比から変更がないか判定する（ステップＳ３２）。
【００２８】
そして、回転指令入力部２１は、取得した最新の回転指令信号Ｓｉのデューティ比が前回の信号Ｓｉのデューティ比から変更されていない場合（ステップＳ３２：ＮＯ）、前回傾きを維持、即ち傾きの変更をしない状態を維持し（ステップＳ３３）、その後ステップＳ１５に移行する。
【００２９】
また、回転指令入力部２１は、取得した最新の回転指令信号Ｓｉのデューティ比が前回の信号Ｓｉのデューティ比から変更された場合（ステップＳ３２：ＹＥＳ）、算出した今回の目標回転速度Ｓｍｎと前回の内部目標回転速度（以降、説明の都合上、前回目標回転速度Ｓｍｎ１とする）との速度の差Ｄ１を算出する（ステップＳ３４）。
【００３０】
次いで、回転指令入力部２１は、算出した速度の差Ｄ１を回転指令信号Ｓｉの周期で除算して傾きを算出する（ステップＳ３５）。
そして、回転指令入力部２１は、算出した傾きがモータ１１の特性に基づく限界の傾きより大きいか否かを判定する（ステップＳ３６）。
【００３１】
ここで、回転指令入力部２１は、算出した傾きがモータ１１の特性に基づく限界の傾きよりも大きい場合（ステップＳ３６：ＹＥＳ）、限界の傾きを今回用いる傾きとして設定し（ステップＳ３７）、その後ステップＳ１５に移行する。
【００３２】
一方、回転指令入力部２１は、算出した傾きがモータ１１の特性に基づく限界の傾き以下である場合（ステップＳ３７：ＮＯ）、算出した傾きを今回用いる傾きと設定し（ステップＳ３８）、その後ステップＳ１５に移行する。
【００３３】
傾き算出処理（ステップＳ１４）後、回転指令入力部２１は、最新の目標回転速度Ｓｍｎが前回目標回転速度Ｓｍｎ１よりも大きいか否か判定する（ステップＳ１５）。
最新の目標回転速度Ｓｍｎが前回目標回転速度Ｓｍｎ１よりも大きい場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、回転指令入力部２１は、増速であるとして傾き算出処理で設定した傾きで増速するよう最終的な目標回転速度Ｓｍｋを設定する（ステップＳ１７）。
【００３４】
また、最新の目標回転速度Ｓｍｎが前回目標回転速度Ｓｍｎ１以下の場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、回転指令入力部２１は、最新の目標回転速度Ｓｍｎが前回目標回転速度Ｓｍｎ１未満であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。
【００３５】
最新の目標回転速度Ｓｍｎが前回目標回転速度Ｓｍｎ１未満である場合（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、回転指令入力部２１は、減速であるとして傾き算出処理で設定した傾きで減速するように最終的な目標回転速度Ｓｍｋを設定する（ステップＳ１８）。
【００３６】
また、最新の目標回転速度Ｓｍｎが前回目標回転速度Ｓｍｎ１未満でない場合（ステップＳ１６：ＮＯ）、回転指令入力部２１は、速度の変化がないとして現状維持となるように最終的な目標回転速度Ｓｍｋを設定する（ステップＳ１９）。
【００３７】
そして、回転指令入力部２１は、各ステップ１７，１８，１９で設定された最終的な目標回転速度Ｓｍｋを指令信号であるとしてＦＢ制御部２４に出力する（ステップＳ２０）。
【００３８】
ＦＢ制御部２４は、回転速度入力部２３から出力される実回転速度Ｓｊｋが回転指令入力部２１で設定された目標回転速度Ｓｍｋとなるように電圧指令値Ｓｖを決定し、その電圧指令値Ｓｖをモータ制御部２５に出力する。
【００３９】
モータ制御部２５では、電圧指令値Ｓｖと回転速度入力部２３で出力された回転位置情報Ｓｉｋとに基づいてオン／オフを指示するための駆動信号Ｓｄを生成して駆動回路１６に対して出力する。
【００４０】
駆動回路１６は、駆動信号Ｓｄに基づいてインバータ回路の各スイッチング素子をオン／オフさせることでモータ１１の巻線に駆動電流を供給する。これによって、モータ１１が駆動される。
【００４１】
次に、モータ駆動装置１３の作用を説明する。
モータ駆動装置１３の回転指令入力部２１は、エアコンＥＣＵ１２から回転指令信号Ｓｉが入力されると、回転指令信号Ｓｉの４周期分のデューティ比の平均値から内部目標回転速度Ｓｍｎを算出し、算出した内部目標回転速度Ｓｍｎと前回内部目標回転速度Ｓｍｎ１との差Ｄ１と、回転指令信号Ｓｉの周期（Ｔ）とに基づいて傾き（加速度）を算出する。
【００４２】
ここで、図４に示すように、回転指令信号Ｓｉのデューティ比がＸ％からＹ％に変更された場合、４回分のデューティ比の平均値は、Ｘ％からＸ１％、Ｘ２％，Ｘ３％、Ｙ％の順に徐々に変化（図４では増加）する。このとき、Ｘ１％終了時点の最終目標回転速度ＳｍｋをＳＸ１とし、Ｘ％終了時点の最終目標回転速度ＳｍｋをＳＸとすると、その差Ｄ１はＳＸ１−ＳＸとなり、その間における傾き（加速度）は（ＳＸ１−ＳＸ）／Ｔとなる。同様に、Ｘ２％終了時点の最終目標回転速度ＳｍｋをＳＸ２とし、Ｘ１％終了時点の最終目標回転速度ＳｍｋをＳＸ１とするとその差Ｄ１はＳＸ２−ＳＸ１となり、その間における傾き（加速度）は（ＳＸ２−ＳＸ２）／Ｔとなる。同様に、Ｘ３％終了時点の最終目標回転速度ＳｍｋをＳＸ３とし、Ｘ２％終了時点の最終目標回転速度ＳｍｋをＳＸ２とするとその差Ｄ１はＳＸ３−ＳＸ２となり、その間における傾き（加速度）は（ＳＸ３−ＳＸ２）／Ｔとなる。同様に、Ｙ％終了時点の最終目標回転速度ＳｍｋをＳＸ４とし、Ｘ３％終了時点の最終目標回転速度ＳｍｋをＳＸ３とするとその差Ｄ１はＳＸ４−ＳＸ３となり、その間における傾き（加速度）は（ＳＸ４−ＳＸ３）／Ｔとなる。
【００４３】
このように、各期間における加速度が適切に設定されることで変速時においてモータ１１の回転をスムーズに変更することができるようになっている。
次に、本実施形態の効果を記載する。
【００４４】
（１）モータ１１の回転速度変更時における加速度を回転指令信号Ｓｉの周期並びに回転指令信号Ｓｉのデューティ比の変化量に基づいて設定するため、加速度が一定でなく回転指令信号Ｓｉの周期並びに回転指令信号Ｓｉのデューティ比の変化量に応じて変化する。このため、速度変更時において回転指令信号Ｓｉの周期の間、変速し続けるため、等速となる時間を減らすことができ、スムーズな動作を実現できる。
【００４５】
（２）４周期分の回転指令信号Ｓｉのデューティ比の平均値に基づいてモータ１１の目標回転速度Ｓｍｋを設定するため、入力される回転指令信号Ｓｉ（ＰＷＭ信号）のデューティ比が急変した場合であっても複数周期の平均値に基づいて目標回転速度Ｓｍｋを設定するため、モータ１１の回転速度が急変することが抑えられる。これによって、モータ１１の回転速度の急変に伴う動作音を抑えることができる。
【００４６】
（３）回転指令信号Ｓｉのデューティ比に基づいて設定された最新の目標回転速度と前回の目標回転速度との差を算出することで回転指令信号Ｓｉのデューティ比の変化量を算出することができる。
【００４７】
なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、回転指令信号Ｓｉの４回分（４周期分）のデューティ比の平均値を用いて内部目標回転速度Ｓｍｎを算出することとしたが、これに限らない。例えば、平均値でなく回転指令信号Ｓｉの１回分（１周期分）を用いて内部目標回転速度Ｓｍｎを算出してもよい。また、２回分、３回分、５回分以上のデューティ比から平均値を算出し、その平均値を用いて内部目標回転速度Ｓｍｎを算出してもよい。
【００４８】
・上記実施形態では、車両に搭載されるエアコンＥＣＵ１２の回転指令信号Ｓｉに基づいてモータ駆動装置１３によるモータ１１の駆動を制御することとしたが、他のＥＣＵの指令信号に基づいてモータの駆動を制御する構成において上述したようなモータ駆動装置を採用してもよい。また車両に搭載されるモータに限らず、車両以外の機器に搭載されるモータの駆動を制御する構成におい上述したようなモータ駆動装置を採用してもよい。
【００４９】
・上記実施形態では、ＦＢ制御部２４においてＰＩ制御を実施する構成としたが、Ｐ制御であったり、ＰＩＤ制御であったりしてもよい。また、ＰＩ制御等のフィードバック制御を行わない構成を採用してもよい。
【００５０】
また、回転速度入力部２３並びに各位置検出センサ１４を省略し所謂センサレス制御を採用してもよい。
・上記実施形態並びに各変形例は適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１１…モータ、１３…モータ駆動装置、２１…回転指令入力部（速度設定部）、Ｓｉ…回転指令信号（回転速度指令）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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