JP2000083395A - ブラシレスモータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 迅速な駆動相切り替えが可能なブラシレスモ
ータの制御装置を提供する。 【解決手段】 センサマグネット５から受ける磁界の極
性から、ロータ（３）の回転位置を検出したホールセン
サＩＣ１〜３が、センサ信号（パルス信号）を、センサ
信号検出回路６を介して、制御部７へ送出する。制御部
７は、ロータ（３）が所定の位置に達すると、主制御部
７１で実行されるメインプログラムに対して、「外部信
号割込」を実行する。「外部信号割込」が実行される
と、割込処理部７２で割込サブプログラムが実行され
て、ゲート信号のＯＮ／ＯＦＦが切り替わる。このゲー
ト信号は、パルス信号出力部７３からモータ駆動回路８
に出力され、モータ駆動回路８は、ゲート信号をＭＯＳ
ＦＥＴ Ｑ１〜Ｑ６に供給して、電機子電流の方向を切
り替える。従って、迅速なブラシレスモータの駆動相切
り替えが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ブラシレスモータ
の制御装置に関し、特に迅速な駆動相切り替えを可能に
する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両に搭載される空調装置用ブロアファ
ンやラジエータ冷却ファンには、ブラシレスモータが用
いられ、従来のブラシレスモータの制御装置では、８bi
t マイクロコンピュータの内部タイマー割込により、逐
次ロータの回転位置を検出し、回転位置の変化に基づい
て、電機子電流の方向を切り替えることで、ブラシレス
モータの駆動相切り替えが行われた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のブラシレスモー
タの制御装置は、内部タイマー割込のタイミングでの
み、ロータの回転位置を検出しなかったので、ロータの
回転位置を必ずしも正確に検出できず、検出タイミング
によっては迅速な駆動相切り替えができないことがあっ
たが、従来のブラシレスモータの回転速度域は比較的低
速域であったので、実際に問題となることはなかった。

【０００４】ところが、ブラシレスモータをより高速回
転させようとすると、回転周期に対する、駆動相切り替
えの遅れ時間の割合が大きくなって、モータが脱調する
可能性が高くなるので、改善が要望された。

【０００５】処理能力の高い１６bit マイクロコンピュ
ータを用いれば、内部タイマーの周期を短くしても、処
理のスループットが向上するので、他の制御に悪影響を
及ぼすことなく、駆動相切り替えを迅速に行うことがで
きるが、１６bit マイクロコンピュータは、パッケージ
が大きく、ピン数も多いという欠点があった。あるい
は、小型であっても、ピン間隔が狭くて実装方法が特殊
となり、更にコストも高くなるので、ブラシレスモータ
の制御装置に用いられることはなかった。

【０００６】そこで、上記従来の課題を解決すべく、本
発明のブラシレスモータの制御装置は、処理能力の低い
マイクロコンピュータを用いても、迅速な駆動相切り替
えが可能なブラシレスモータの制御装置を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記従来の課題を解決す
るために、この発明によるブラシレスモータの制御装置
は、ブラシレスモータのロータの回転位置を検出するロ
ータ位置検出手段と、このロータ位置検出手段で検出し
たロータの位置が所定の回転位置に達したとき、前記ブ
ラシレスモータの制御プログラムに対し、割込を実行す
る割込実行手段と、この割込実行手段により割込が実行
されたとき、前記ブラシレスモータの駆動相を切り替え
る駆動相切替手段と、を具備することを特徴とする。

【０００８】この発明は、ブラシレスモータの制御プロ
グラムに対し、ロータの所定の回転位置を検出した信号
により、外部信号割込を実行して迅速な駆動相切り替え
を行うものである。

【０００９】すなわち、ロータ位置検出手段がロータの
回転位置を検出し、ロータが所定の回転位置に達したと
き、割込実行手段が、制御プログラムに対し割込を実行
するとともに、駆動相切替手段が、ブラシレスモータの
駆動相を切り替える。

【００１０】従って、内部タイマー割込等により、逐一
ロータの回転位置を監視しなくとも、ロータが所定の位
置に達すると、自動的に駆動相が切り替わりるので、そ
の切り替わり時間がばらつきなく、短くなり、回転動作
が安定する。

【００１１】

【発明の効果】この発明によるブラシレスモータの制御
装置によれば、ロータが所定の回転位置に達したとき、
制御プログラムに対し割込が実行されて、迅速な駆動相
切り替えが行われるので、処理能力の低いマイクロコン
ピュータを用いても安定した回転動作が得られる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるブラシレスモ
ータの制御装置の実施の形態を、図１ないし図５を参照
して詳述する。

【００１３】図１は、本発明によるブラシレスモータの
制御装置の第１の実施の形態およびブラシレスモータの
ブロック図である。ブラシレスモータはアウタロータ形
３相ブラシレスＤＣモータが用いられ（以下このブラシ
レスモータを単に「モータ」と記す）、車両用空調装置
のブロアファンを駆動する。

【００１４】センサマグネット５は、ロータ３と一体に
矢印Ｙの方向に回転する永久磁石であり、ＩＣ１〜ＩＣ
３は、ロータ３の回転に同期する、センサマグネット５
からの磁界極性変化を検出するホールセンサである。Ｉ
Ｃ１〜ＩＣ３は、センサマグネット５からの磁界極性変
化のタイミングで、Ｓ極またはＮ極に対応した２値（Ｓ
極値およびＮ極値）からなる２値のパルス信号をセンサ
信号検出回路７へ送出する。

【００１５】図２は、モータの構造を示す下面図であ
る。

【００１６】シャフト１は、モータの回転中心軸であ
り、モータの筐体（ケース）に固定されている。このシ
ャフト１に固定されたステータ２には、６カ所にコア２
ａが突出形成され、電機子コイル２ｂが所定の巻数、方
向で巻線されている。ステータ２の外側には、円筒形状
のロータ３が配置され、図示しないベアリング機構を介
して、シャフト１に回転自在に結合されている。そし
て、円筒形状のロータ３内周部には、９０度間隔でＳ極
磁石およびＮ極磁石を交互に配置した、界磁用永久磁石
４が固定されている。

【００１７】センサマグネット５は、９０度毎にＳ極磁
石およびＮ極磁石を交互に並べた、横断面が円環形状の
永久磁石であり、シャフト１とステータ２との間に配置
され、ロータ３と同期して回転可能となっている。そし
て、ホールセンサＩＣ１〜ＩＣ３は、ステータ２の内周
部に１２０度間隔で取り付けられ、ロータ３の回転動作
に伴う、センサマグネット５からの磁界極性変化を検出
して、２値パルス信号を送出する。

【００１８】従って、センサマグネットおよびホールセ
ンサをこのように構成することで、磁界極性の変化か
ら、ロータ３の回転位置を確実に検出することができ
る。

【００１９】図１のセンサ信号検出回路６は、これらホ
ールセンサからの各パルス信号の反転信号を生成し、元
の信号とあわせて６信号からなるセンサ信号を制御部７
へ送出する回路である。

【００２０】すなわち、センサ信号検出回路６は、立ち
下がりエッジのみが検出可能なマイクロプロセッサを用
いた制御部７に、ホールセンサの信号の立上がりエッジ
も同時に検出させるためのものである。つまり、立下が
りエッジを検出可能なマイクロプロセッサを用いること
で、ホールセンサの受ける磁界極性の切り替わりを確実
に検出することができる。

【００２１】制御部７の各構成要素は、外部信号割込機
能を備えた制御用８bit マイクロコンピュータの機能を
表し、主制御部７１は、メインプログラムである。割込
処理部７２は、メインプログラムに割り込んで処理され
る、割込サブプログラムＳＵＢ１およびＳＵＢ２の実行
部であり、モータ駆動回路８に出力すべきパルス信号の
ＯＮ／ＯＦＦ状態を予め設定する。パルス信号出力部７
３は、パルス信号を実際にモータ駆動回路８へ出力する
出力回路である。内部タイマー７４は、制御部７が内蔵
するタイマーであり、０．８ｍｓｅｃ毎にタイミング信
号を発生させる。このタイミング信号が発生すると、制
御部７は、割込サブプログラムＳＵＢ１の実行を開始す
る（この割込方法を「内部タイマー割込」という）。

【００２２】また、制御部７は、入力されるセンサ信号
によっても割込処理を開始することができる（この割込
方法を「外部信号割込」という）。すなわち、制御部７
を構成するマイクロプロセッサは、センサ信号検出回路
６からのセンサ信号の立ち下がりのタイミングで主制御
部７１に対し、割込を実行し、割込サブプログラムＳＵ
Ｂ２を開始させることができる。

【００２３】モータ駆動回路８は、パルス信号出力部７
３から入力されるパルス信号により、電界効果トランジ
スタ（ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ１〜Ｑ６のゲート信号をスイッ
チングさせ、電源からの各電機子コイル２ｂへの電流供
給を制御して、モータの駆動相を切り替える。すなわ
ち、電機子コイル２ｂが発生する磁界の極性が、ロータ
３の回転に同期してタイミングよく切替わり、これによ
り界磁用永久磁石４が同一方向の磁力を受け、ロータ３
は回転を継続する。

【００２４】この実施の形態では、モータ停止時から回
転速度が１０ｒｐｍとなるまでは、「内部タイマー割
込」により駆動相切り替えを行い、回転速度が１０ｒｐ
ｍを越えたると、「外部信号割込」により駆動相切り替
えを行うように装置を構成した。

【００２５】すなわち、起動初期は、モータが回転して
いないため、「外部信号割込」を実行するためのセンサ
信号の変化が起こらず、変化が起きるまで「内部タイマ
ー割込」によりセンサ信号を逐次検出することで、ロー
タ３の状態を得ることができるようにするためである。

【００２６】実際には、制御部７に電源が投入される
と、初期化動作により、割込方法は「内部タイマー割
込」となる。そして、別に設定された速度検出プログラ
ムにより、１０ｒｐｍを越える回転速度が検出されたと
き、割込方法が「外部信号割込」にセットされる。

【００２７】図３は、制御部７における「内部タイマー
割込」により、実行される割込サブプログラムＳＵＢ１
のフローチャートである。

【００２８】制御部７を構成するマイクロプロセッサ内
部では、動作中割込要求が発生したか否かを逐次判定し
ており（Ｓ３１）、内部タイマー７４から発生されるタ
イミング信号により、割込要求が発生した（ＹＥＳ）と
きは、割込処理部７２の割込サブプログラムＳＵＢ１を
格納したアドレスへ制御をジャンプさせ、センサ信号を
検出して、その値を保存する（Ｓ３２）。次に、前回の
検出値を読み込み（Ｓ３３）、今回の検出値と比較判定
する（Ｓ３４）。ここで、前回の値と同一である（ＹＥ
Ｓ）と判定されれば割込サブプログラムＳＵＢ１を終了
する。ステップＳ３４にて、前回の値と同一でない（Ｎ
Ｏ）と判定されると、ゲート信号のＯＮ／ＯＦＦ状態設
定を反転し、割込サブプログラムＳＵＢ１を終了する。

【００２９】図４は、「外部信号割込」により実行され
る、割込サブプログラムＳＵＢ２のフローチャートであ
る。

【００３０】センサ信号の立ち下がりエッジを割込要因
とするマイクロプロセッサプロセッサは、割込要求が発
生したか否かを逐次判定しており（Ｓ４１）、割込要求
が発生した（ＹＥＳ）ときは、割込処理部７２の割込サ
ブプログラムＳＵＢ２のアドレスへ制御をジャンプさ
せ、ゲート信号のＯＮ／ＯＦＦ状態設定を切り替え（Ｓ
４２）、割込サブプログラムＳＵＢ２を終了する。

【００３１】図５は、センサ信号（反転信号は省略す
る）と、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１〜６に入力されるゲート信
号との相関を表すタイミングチャートであり、図５
（ａ）は、「内部タイマー割込」が行われる回転速度８
ｒｐｍのときのチャートであり、図５（ｂ）は、「外部
信号割込」が実行される回転速度１８００ｒｐｍのとき
のチャートを示したものである。

【００３２】各センサ信号は、９０度毎にＳ極磁石およ
びＮ極磁石を交互に配置したセンサマグネット５の磁界
極性を検出したものなので、その信号値は、回転角度が
９０度進む毎に切り替わる。そして、各センサ信号相互
の位相は、取付位置の相対角度１２０度のずれを有す
る。

【００３３】各ゲート信号は、センサ信号がＳ極値から
Ｎ極値に変わると、所定の順序でＯＮ／ＯＦＦが切り替
わるが、切り替わり遅れがないことが理想である。

【００３４】回転速度８ｒｐｍのときは、内部タイミン
グ信号の発生タイミングでのみ、センサ信号の検出が行
われるので、ここで、図５（ａ）の拡大部に示すよう
に、８ｒｐｍの回転速度では、内部タイミング信号の発
生時刻ｔ１は、時刻ｔｓより最大０．８ｍｓｅｃ程度の
遅れ（Ｔ１）が生じる可能性があり、プログラムＳＵＢ
１を処理した後のゲート信号の切り替えは、拡大部に
示すように更にＳＵＢ１の処理時間分遅れ、ゲート信号
の切替遅れ時間はＴ２（＞Ｔ１）となる。しかしなが
ら、この遅れ時間Ｔ２は、ゲート信号のＯＮ時間、すな
わち回転角度が６０度進む時間１．２５ｓｅｃに対し、
無視できる程短いので、回転動作に悪影響を及ぼすこと
はない。

【００３５】一方、図５（ｂ）に示すように回転速度１
８００ｒｐｍのときの、回転角度が６０度進む時間は、
５．６ｍｓｅｃとなり、「内部タイマー割込」による遅
れ時間Ｔ２を許容することはできなくなる。

【００３６】そこで、この実施の形態では、回転速度１
０ｒｐｍ以上となると、「外部信号割込」により、ゲー
ト信号の切り替えが行われるので、拡大部に示すよう
に、センサ信号の立ち下がりエッジをトリガとして、割
込サブプログラムＳＵＢ２が実行されてゲート信号が切
り替わり、拡大部のように遅れ時間Ｔ３をＴ２に比べ
て短くできる。この遅れ時間Ｔ３は、ゲート信号のＯＮ
時間に対して十分短いので、このゲート信号により、適
切なタイミングでＭＯＳＦＥＴ Ｑ１〜Ｑ６を駆動する
ことで、モータを滑らかに回転させることができ、脱調
なども回避できる。

【００３７】しかも、割込サブプログラムＳＵＢ２は、
図４に示したように、単にゲート信号を切り替えるだけ
のプログラムなので、比較的処理能力の低い８bit マイ
クロコンピュータを用いても、その処理時間は短く、迅
速な駆動相切り替えが可能となる。

【００３８】また、内部タイミング信号の発生周期を短
くして、「内部タイマー割込」を頻繁に実行する必要が
ないので、処理のスループット低下も回避される。

【００３９】尚、この第１の実施の形態では、回転速度
が１０ｒｐｍを越えたとき、割込方法を「内部タイマー
割込」から「外部信号割込」に切り替えるように装置を
構成したが、この形態に限らず、例えば、モータの始動
初期には「内部タイマー割込」により、逐次センサ信号
を検出し、前の検出回の検出値と異なった値が検出され
たとき、「外部信号割込」に切り替えるようにしても同
様の効果が得られる。

【００４０】また、立ち上がりエッジのみを検出するマ
イクロプロセッサを用いても、装置を構成することが可
能であり、この実施の形態と同様の効果を得ることがで
きる。

【００４１】以上説明のように、この発明によるブラシ
レスモータの制御装置は、ロータの回転位置を検出する
信号を用いた外部信号割込により、迅速な駆動相切り替
えが可能で、ブラシレスモータの回転動作を安定させる
ことができる。

【００４２】また、複雑な割込サブプログラムを要せ
ず、内部タイマー割込を頻繁に実行する必要もないの
で、割込処理能力の比較的低い８bit マイクロコンピュ
ータを用いても、遅れ時間の短い駆動相切り替えが可能
となり、汎用的で比較的小型なパッケージの８bit マイ
クロコンピュータを用いて、コンパクトな制御装置が実
現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるブラシレスモータの制御装置の第
１の実施の形態のブロック図である。

【図２】図１に示す装置で制御されるブラシレスモータ
の構造を示す下面図である。

【図３】図１に示す装置において実行される、割込サブ
プログラムＳＵＢ１のフローチャートである。

【図４】図１に示す装置において実行される、割込サブ
プログラムＳＵＢ２のフローチャートである。

【図５】図１に示す装置における、センサ信号とゲート
信号のタイミングチャートであり、図５（ａ）は、回転
速度８ｒｐｍのときのチャート、図５（ｂ）は、回転速
度１８００ｒｐｍのときのチャートを示したものであ
る。

【符号の説明】

１ シャフト ２ ステータ ３ ロータ ４ 界磁用永久磁石 ５ センサマグネット ６ センサ信号検出回路 ７ 制御部 ７１ 主制御部 ７２ 割込処理部 ７３ パルス信号出力部 ７４ 内部タイマー ８ モータ駆動回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関根 剛 東京都中野区南台５丁目24番15号 カルソ ニック株式会社内 Ｆターム(参考） 5H560 AA01 BB04 BB08 DA02 DA19 EB01 EC02 GG04 UA05 XA00 XA05

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブラシレスモータのロータ（３）の回転
   位置を検出するロータ位置検出手段（５、ＩＣ１〜ＩＣ
   ３）と、 このロータ位置検出手段（５、ＩＣ１〜ＩＣ３）で検出
   したロータ（３）の位置が所定の回転位置に達したと
   き、前記ブラシレスモータの制御プログラムに対し、割
   込を実行する割込実行手段（７）と、 この割込実行手段（７）により割込が実行されたとき、
   前記ブラシレスモータの駆動相を切り替える駆動相切替
   手段（７２、７３）と、を具備することを特徴とするブ
   ラシレスモータの制御装置。
2. 【請求項２】 前記ロータ位置検出手段（５、ＩＣ１〜
   ＩＣ３）は、前記ロータ（３）と同期して回転する、Ｓ
   極磁石およびＮ極磁石が交互に配置された回転磁石
   （５）と、この回転磁石（５）に対向するように前記ブ
   ラシレスモータのステータに取り付けられ、前記回転磁
   石（５）からの磁界極性を検出する磁気センサ（ＩＣ１
   〜ＩＣ３）と、を有することを特徴とする請求項１に記
   載のブラシレスモータの制御装置。
3. 【請求項３】 前記割込実行手段（７）は、前記磁気セ
   ンサ（ＩＣ１〜ＩＣ３）の検出する磁界極性が切り替わ
   ったとき、前記制御プログラムに対し割込を実行するこ
   とを特徴とする請求項２に記載のブラシレスモータの制
   御装置。
4. 【請求項４】 前記ブラシレスモータの始動初期には、
   前記回転磁石（５）からの磁界極性を所定の周期で検知
   し、前回の周期で検知した磁界極性と異なる磁界極性が
   検知されたとき、前記ブラシレスモータの駆動相を切り
   替えることを特徴とする請求項２または請求項３に記載
   のブラシレスモータの制御装置。
5. 【請求項５】 前記割込実行手段（７）は、外部信号割
   込処理機能を備えた８bit マイクロプロセッサであるこ
   とを特徴とする請求項１ないし請求項４のうちのいずれ
   か１項に記載のブラシレスモータの制御装置。