(57)【要約】【課題】負荷電流が増加した場合に発生するモータの通電タイミングのずれをより柔軟に抑制できるモータ駆動装置を提供する。【解決手段】通電補正部２６は、電流検出部２５により検出された負荷電流に応じて遅角補正量θを決定し、通電タイミング生成部２４は、転流制御回路２２により与えられた通電切替えタイミングを起点として、電気角６０度相当期間に遅角補正量θ相当の期間を加えた時間を次回の通電切替えタイミングとするように決定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシレスＤＣモータを位置センサレス方式により駆動するモータ駆動装置において、
前記モータのステータコイルで検出される相電圧の検出信号を低域濾波するローパスフィルタと、
このローパスフィルタの出力信号を基準電圧と比較して、前記モータを構成するロータの回転位置を示す信号を出力する位置推定手段と、
前記モータに通電される電流を検出する電流検出手段と、
この電流検出手段により検出された電流に応じて、前記モータに対する通電切換えを制御するための遅角量を決定する遅角量決定手段と、
前記回転位置信号と前記遅角量とに基づいて、前記モータの通電タイミングを決定する通電タイミング決定手段とを備えたことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記電流検出手段は、前記モータに通電する相を切替える直前に電流検出を行うことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記遅角量決定手段は、前記検出電流と前記遅角量との関係を示すデータテーブルに基づいて遅角量を決定することを特徴とする請求項１又は２記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記遅角量決定手段は、前記検出電流をパラメータとする演算を行なうことで遅角量を決定することを特徴とする請求項１又は２記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記電流検出手段は、前記ステータコイルにおける還流区間を測定する測定手段を備え、
前記遅角量決定手段は、前記還流区間に応じて、遅角量を決定することを特徴とする請求項１又は２記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
前記遅角量決定手段は、前記検出電流が所定値以上になると、所定の遅角量を一律に付与するよう決定することを特徴とする請求項１又は２記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
ブラシレスＤＣモータを位置センサレス方式により駆動する場合に、
前記モータのステータコイルに発生する相電圧の検出信号を低域濾波した信号を基準電圧と比較して、モータを構成するロータの回転位置を示す信号を出力し、
前記モータに通電される電流を検出し、
検出した電流に応じて遅角量を決定し、
前記回転位置信号と前記遅角量とに基づいて、前記モータの通電タイミングを決定することを特徴とするモータの通電タイミング決定方法。
【請求項８】
前記モータに通電される電流の検出を、通電相を切替える直前に行うことを特徴とする請求項７記載のモータの通電タイミング決定方法。
【請求項９】
前記検出電流と前記遅角量との関係を示すデータテーブルに基づいて遅角量を決定することを特徴とする請求項７又は８記載のモータの通電タイミング決定方法。
【請求項１０】
前記電流をパラメータとする演算を行なうことで遅角量を決定することを特徴とする請求項７又は８記載のモータの通電タイミング決定方法。
【請求項１１】
前記ステータコイルにおける還流区間を測定し、その還流区間長に応じて、遅角量を決定することを特徴とする請求項７又は８記載のモータの通電タイミング決定方法。
【請求項１２】
前記検出電流が所定値以上になると、所定の遅角量を一律に付与するよう決定することを特徴とする請求項７又は８記載のモータの通電タイミング決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスＤＣモータを位置センサレス方式により駆動するモータ駆動装置、及びモータの通電タイミング決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスＤＣモータの駆動を制御する場合、ホール素子のようなセンサを使用することなく、ロータの回転時にステータコイルに発生する相電圧を検出してロータの位置情報を得る、所謂（位置）センサレス駆動方式を採用する場合がある。
図９には、センサレス駆動方式の１つであるアナログフィルタ方式を採用したモータ駆動装置の概略構成を示す。モータ駆動装置１は、バッテリ２より駆動用電源が供給されており、ブラシレスＤＣモータ３は、インバータ部４を介して駆動される。インバータ部４は、例えば６個のパワーＭＯＳＦＥＴ５ａ〜５ｆを三相ブリッジ接続して構成されており、インバータ部４の各相出力端子は、夫々モータ３の各相ステータコイル６Ｕ，６Ｖ，６Ｗに接続されている。
【０００３】
インバータ部４は、マイクロコンピュータ又は論理回路で構成される制御部７により制御され、各ＦＥＴ５のゲートにはゲートドライバ８を介して駆動信号が出力される。モータ３のロータ回転位置は位置検出回路９により検出され、その回転位置信号は制御部７に与えられる。位置検出回路９は、コンデンサＣ，抵抗Ｒで構成されるローパスフィルタ１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗと、バッファアンプ（ボルテージフォロワ）１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗと、バッファアンプ１１の出力信号を仮想中性点電位と比較するコンパレータ１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗとで構成されている。ローパスフィルタ１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗの入力端子は、インバータ部４の各相出力電圧を分圧する抵抗Ｒ１，Ｒ２の共通接続点に接続されている。
【０００４】
上記のような構成において、モータ３の負荷が重くなったことで負荷電流が増加すると還流区間が増え、ローパスフィルタ１０を構成するコンデンサが充放電される時間が短くなり、位置検出回路９より得られる回転位置信号のエッジが進角側にずれる。その結果、モータ３の通電タイミングがより早くなるためモータ３の駆動状態が不安定になり、上記のずれが大きくなると脱調するおそれがあった（図１０参照）。
【０００５】
特許文献１では、上記の問題を解決するため、推定した位置信号のタイミングを、負荷電流の値に応じて遅延回路により遅延させることで遅角制御を行うようにしている。すなわち、センサ信号発生回路により出力されるセンサ信号（位置信号）を外付けの遅延回路（ＣＲ時定数回路を含む）によって遅延させるが、遅延時間を制御するため、電流検出信号をフィルタにより平均化したレベルに基づきコンパレータによりＰＷＭ信号を生成し、そのＰＷＭデューティに応じて、遅延回路のＣＲ時定数を見かけ上変化させるようにスイッチングさせている。
【特許文献１】特開２００２−３００７９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の技術では、位置信号自体を遅延回路によって遅延させるため、回路規模が大きくなると共に、負荷電流に応じた遅角制御の特性が回路構成に応じて決定されてしまう。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、負荷電流が増加した場合に発生するモータの通電タイミングのずれを、より柔軟に抑制することができるモータ駆動装置、及びモータの通電タイミング決定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載のモータ駆動装置によれば、遅角量決定手段は、電流検出手段により検出された電流に応じて遅角量を決定し、通電タイミング決定手段は、位置推定手段より得られる回転位置信号と前記遅角量とに基づいてブラシレスＤＣモータの通電タイミングを決定する。従って、負荷電流が増加して還流区間が増え、ローパスフィルタのコンデンサの充放電時間が減少し、回転位置信号のエッジが進み角側にずれる場合でも、通電タイミング決定手段が必要に応じて通電タイミングを遅れさせる遅角制御を行うことで、モータが脱調することを防止できる。そして、通電タイミング決定手段は、特許文献１のように回転位置信号自体のタイミングを遅延させることなく、回転位置信号の入力を受けた後処理によって遅角制御を行うので、検出電流に応じて付与する遅角量を柔軟に決定することができる。
【０００８】
請求項２記載のモータ駆動装置によれば、電流検出手段は、モータに通電する相を切替える直前に電流検出を行うので、遅角量決定手段は、負荷が急激に変動した場合でも、その変動に応じた遅角量を決定することができる。
【０００９】
請求項３記載のモータ駆動装置によれば、遅角量決定手段は、検出電流と遅角量との関係を示すデータテーブルに基づいて遅角量を決定するので、データテーブルを予め用意しておくことで検出電流に応じた遅角量を簡単に決定することができる。
【００１０】
請求項４記載のモータ駆動装置によれば、遅角量決定手段は、検出電流をパラメータとする演算を行なうことで遅角量を決定するので、演算式によって遅角量をより詳細に決定することができる。
【００１１】
請求項５記載のモータ駆動装置によれば、遅角量決定手段は、測定手段により測定されたステータコイルにおける還流区間に応じて遅角量を決定する。即ち、検出電流の増減に応じて、還流電圧の発生時間も変化する。そして、還流電圧はモータの相電圧に重畳されるので、その相電圧波形を監視すれば還流電圧の発生時間を得ることが可能であり、その発生時間に応じて遅角量を定めることができる。
【００１２】
請求項６記載のモータ駆動装置によれば、遅角量決定手段は、検出電流が所定値以上になると、所定の遅角量を一律に付与するよう決定する。即ち、少なくともモータの脱調を回避するには、通電タイミングが進み角方向にずれる量が一定以上とならないように抑制すれば良い。従って、検出電流が所定値以上になった場合に所定の遅角量を付与すれば、簡単な構成によってモータの脱調を確実に回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例について図１乃至図４を参照して説明する。尚、図９と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図１は、本実施例のモータ駆動装置２１の構成を示すものであり、その一部は、図９と同様の構成を機能ブロックとして表している。また、モータ３は、例えば車両に搭載されるブロアやラジエータ等のファンを回転駆動するものである。
【００１４】
位置検出回路（位置推定手段）９からの回転位置信号は、制御部７に対応する転流制御回路２２に出力されている。転流制御回路２２は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）より、モータ３の駆動指令が入力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）部２３を介して与えられると、その駆動指令と上記回転位置信号とに基づいてモータ３の転流を制御するための通電切替え信号を通電タイミング生成部２４に出力する。
【００１５】
電流検出部（電流検出手段）２５は、例えばインバータ部４を構成する下アーム側ＦＥＴ５のソースとグランドとの間に挿入されるシャント抵抗と、その抵抗の端子電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータとで構成される。そして、その電流検出データは、通電補正部（遅角量決定手段）２６及び保護部２７に与えられている。通電補正部２６は、電流値に応じて、通電タイミング生成部２４により生成される通電タイミングを遅延させるための遅角量を決定して出力する。そして、通電タイミング生成部（通電タイミング決定手段）２４は、転流制御回路２２より与えられる通電タイミング信号と、上記遅角量とに応じて最終的な通電タイミングを決定すると、三相のＰＷＭ信号を生成してインバータ部４に出力する。尚、ゲートドライバ８の図示は省略している。
【００１６】
次に、本実施例の作用について図２乃至図４も参照して説明する。図２は、転流制御回路２２，通電タイミング生成部２４，通電補正部２６による処理内容を中心に示すフローチャートであり、図３は、その処理内容に対応するタイミングチャートである。図３（ａ）は、インバータ部４より出力される各相電圧（コイル６Ｕ〜６Ｗに発生する誘起電圧を含む）であり、図３（ｂ），（ｃ）は、位置検出回路９におけるローパスフィルタ１０，コンパレータ１１の出力波形である。そして、図３（ｄ）は、通電タイミング生成部２４を経由してインバータ部４を構成する各ＦＥＴ５のゲートに与えられるゲート信号を示す。
【００１７】
図２に示す処理は、転流制御回路２２が、位置検出回路９より与えられる回転位置信号
の立上りエッジ又は立下りエッジを検出すると開始される。転流制御回路２２は、エッジ検出毎に検出間隔，すなわち電気角６０度に相当する期間をカウンタにより計測しており、そのカウンタによる計時を停止させる（ステップＳ１）。そして、その時点のカウンタ値（前回の値との差分）と、回転位置信号より把握されるモータ３の回転数とから、電気角６０度の相当期間を算出すると（ステップＳ２，図３（ｃ）参照）、カウンタをリセットスタートさせる（ステップＳ３）。
【００１８】
すると、通電補正部２６は、後述するステップＳ６で、電流検出部２５により検出されメモリに記憶させた負荷電流（検出電流）値を読み出すと、その負荷電流値に基づき、図４に示す補正マップを用いて遅角補正量θを決定する（ステップＳ４）。尚、図４の補正マップは、電流値をＩとすると（１）式の関数に基づいている。
θ＝２／３×（Ｉ−２５）  ［ｄｅｇ］  …（１）
したがって、図４のマップをデータテーブルとして保持しても良いし、（１）式を演算して遅角補正量θを決定しても良い。尚、電流値Ｉ≦２５［Ａ］では、遅角補正量θ＝０となる。また、遅角制御は時間で行うため、遅角補正量θを、その時点のモータ３の回転数に基づいた時間に換算し、その時間分だけ通電タイミングを遅延させるようにする。
【００１９】
通電補正部２６は、以上のように決定した遅角補正量θを通電タイミング生成部２４に出力する。すると、通電タイミング生成部２４は、転流制御回路２２により与えられた通電切替えタイミングを起点とし、ステップＳ２で計測した電気角６０度相当期間に、遅角補正量θ相当の期間を加えた時間を次回の通電切替えタイミングとするため、インバータ部４に対するゲート信号の出力を待機（ウエイト）する（ステップＳ５）。そして、待機時間が経過すると、ステップＳ７でゲート信号を出力して通電切替えを行うが（図３（ｄ）参照）、通電補正部２６は、その直前に、電流検出部２５により検出された負荷電流値を取得してメモリに記憶させる（ステップＳ６）。
【００２０】
図３（ｅ）は、電流検出部２５により検出される負荷電流の波形を示す。上記のようにステップＳ６で検出される負荷電流の値は、ほぼピークに相当する。そして、ステップＳ７で行われる通電のタイミングは、負荷電流の値が２５Ａを超えるような比較的大きな値となる場合に、回転位置信号の位置検出タイミングが進角側にずれを生じるのを補正する遅角制御となる。
【００２１】
以上のように本実施例によれば、通電補正部２６は、電流検出部２５により検出された負荷電流に応じて遅角補正量θを決定し、通電タイミング生成部２４は、転流制御回路２２により与えられた通電切替えタイミングを起点として、電気角６０度相当期間に遅角補正量θ相当の期間を加えた時間を次回の通電切替えタイミングとするように決定する。
従って、負荷電流が増加してローパスフィルタ１０を構成するコンデンサＣの充電時間が減少し、回転位置信号のエッジが進み角側にずれる場合でも、通電タイミングを遅れさせる遅角制御を行うことで、モータ３が脱調することを防止できる。そして、通電タイミング生成部２４は、従来技術のように回転位置信号自体のタイミングを遅延させることなく、回転位置信号がそのまま入力された以降の処理によって遅角制御を行うので、負荷電流に応じた制御をより高い自由度で行うことができる。
【００２２】
また、電流検出部２５は、モータ３に通電される相が切り換わる直前に電流検出を行うので、通電補正部２６は、負荷が急激に変動した場合でも、その変動に応じた遅角量θを決定することができる。更に、通電補正部２６は、負荷電流Ｉと遅角量θとの関係を示す補正マップに基づいて遅角量θを決定すれば、補正マップを予め用意しておくことで遅角量θを簡単に決定できる。また、負荷電流Ｉをパラメータとして（１）式による演算を行なうことで遅角量θを決定すれば、遅角量θをより詳細に決定することができる。
【００２３】
（第２実施例）
図５乃至図７は本発明の第２実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。図５に示すモータ駆動装置３１は、還流区間検出部３２によって還流区間の時間を測定し、遅角時間を推定する。すなわち、図１０にも示したように、負荷電流の増減に応じてモータ３のコイル６に発生する還流区間の発生時間は変化する。したがって、還流区間長を測定すれば負荷電流に相当する値を取得することができる。
【００２４】
図６に示すフローチャートでは、ステップＳ６が削除されており、ステップＳ３とＳ４’との間にステップＳ８が挿入されている。そのステップＳ８では、還流区間の終わりを検出する。図７（ａ）に示すように、回転位置信号のエッジが検出された時点が還流区間の始まりに相当するので、そのタイミングで還流区間計測用のカウンタによる計時を開始する。
そして、第１実施例と同様にステップＳ１〜Ｓ３を実行した後、ステップＳ８で還流区間の終わりを検出すると上記カウンタの計時を停止する。なお、実際の相電圧波形には、ＰＷＭ制御によるスイッチング波形が重畳されているので、例えば通電タイミング生成部２４よりＰＷＭ制御の搬送波情報を得ることで、スイッチングの影響を除去して検出を行うようにする。続くステップＳ４´において、通電補正部（遅角量決定手段）３３は、ステップＳ８で求めた還流区間長に応じて遅角補正量θを決定する。
【００２５】
以上のように第２実施例によれば、通電補正部３３は、還流区間検出部３２により測定されたステータコイル６における逆起電圧の発生時間に応じて遅角量θを決定するので、モータ３の相電圧波形を監視して、還流区間長を得ることで遅角量θを定めることができる。
【００２６】
（第３実施例）
図８は本発明の第３実施例であり、第１実施例と異なる部分のみ説明する。第３実施例の構成は基本的に第１実施例と同様であり、通電補正部２６におけるソフトエア的な処理内容が相違している。図８に示すフローチャートにおいて、第１実施例と同様にステップＳ１〜Ｓ３を実行すると、通電補正部２６は、ステップＳ６で記憶された電流値が所定値（例えば、４０Ａ）以上か否かを判断する（ステップＳ１０）。
【００２７】
そして、電流値が所定位置以上であれば（ＹＥＳ）、続くステップＳ５´では、電気角６０度相当期間に、一定の遅角補正量θｃ（例えば、１０度）に相当する期間を付与して次回の通電タイミングを決定する。即ち、少なくともモータ３の脱調を回避するには通電タイミングが進み角方向にずれる量が一定以上とならないように抑制すれば良い。
【００２８】
一方、ステップＳ１０において電流値が所定位置以下であれば（ＮＯ）、通電補正部２６は、遅角補正量を付与することなく、電気角６０度相当期間のみで（すなわち、回転位置信号のタイミング通りに）次回の通電タイミングを決定し、ステップＳ６に移行する。
以上のように第３実施例によれば、遅角量決定手段は、通電補正部２６は、負荷電流が所定値以上になると、所定の遅角量θｃを一律に付与するので、簡単な構成によってモータ３の脱調を確実に回避することができる。
【００２９】
本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形または拡張が可能である
電気角６０度区間内に負荷電流を複数回サンプリングして、それらの値に基づいて遅角量θを決定しても良い。
補正マップは、図４に示すものに限らず、個別の設計に応じたマップを適宜使用すれば良い。
車両用のファンモータに限ることなく、ブラシレスＤＣモータを位置センサレス方式によって駆動するものであれば適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施例であり、モータ駆動装置の構成を示す図
【図２】処理内容を示すフローチャート
【図３】図２に示す処理内容に対応するタイミングチャート
【図４】補正マップの一例を示す図
【図５】本発明の第２実施例を示す図１相当図
【図６】図２相当図
【図７】図３相当図
【図８】本発明の第３実施例を示す図２相当図
【図９】従来技術を示す図１相当図
【図１０】タイミングチャート
【符号の説明】
【００３１】
図面中、３はブラシレスＤＣモータ、９は位置検出回路（位置推定手段）、１０はローパスフィルタ、２１はモータ駆動装置、２４は通電タイミング生成部（通電タイミング決定手段）、２５は電流検出部（電流検出手段）、２６は通電補正部（遅角量決定手段）、３１はモータ駆動装置、３２は還流区間検出部（電流検出手段，測定手段）、３３は通電補正部（遅角量決定手段）を示す。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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