JP5236038B2 - ブラシレスモータの駆動制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば燃料ポンプ等の動力源として用いられるブラシレスモータの駆動を制御するブラシレスモータの駆動制御装置に関する。

例えば特許文献１に示すような従来装置では、モータの端子電圧と基準電圧との比較結果の信号をラッチするラッチ手段が用いられる。このラッチ手段は、ＰＷＭ信号のオンからオフに変化するタイミングでラッチ動作するため、高周波のＰＷＭ信号であっても、容易に位置検出信号を得ることが可能である。また、ラッチタイミングは、ＰＷＭ信号がオンからオフに変化したときから所定時間遅れたタイミングに設定することが可能である。

特許第３３０８６８０号公報

上記のような従来装置では、ラッチタイミングを、ＰＷＭ信号のオンからオフへの立下り時点よりも所定時間遅れたタイミングとすることができるようになっている。しかしながら、予め設定されたタイミングでのみラッチ動作をするため、設定されたラッチタイミング以上の長さのノイズが誘起電圧に重畳している場合には、そのノイズの影響によって、モータが駆動しなかったり、モータの回転変動が生じたりする可能性がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ブラシレスモータの誘起電圧にノイズが重畳していても、そのノイズの影響を排除することができ、ブラシレスモータの回転変動を抑制することができるブラシレスモータの駆動制御装置を得ることを目的とする。

この発明のブラシレスモータの駆動制御装置は、ブラシレスモータの複数相の固定子巻線のそれぞれに電圧を加える駆動部と、前記ブラシレスモータの各相の誘起電圧の所定の基準電圧に対する変化を監視し、これらの誘起電圧の変化に応じて、前記駆動部による前記ブラシレスモータの通電相を切り替える制御部とを備え、前記制御部は、前記ブラシレスモータの各相の誘起電圧が前記基準電圧未満となる度に所定の第１カウント値でセットされ、最後にセットされた前記第１カウント値でカウントダウンを開始する通電相切り替えタイマと、前記ブラシレスモータの下流側の通電相が切り替えられたことに応じて、所定の第２カウント値でセットされ、前記第２カウント値でカウントダウンを開始する通電相歯止めタイマとを有し、前記通電相切り替えタイマ及び前記通電相歯止めタイマのうち、早くカウントダウンが終了したタイマに合わせて、前記ブラシレスモータの通電相を切り替える。

この発明のブラシレスモータの駆動制御装置によれば、通電相切り替えタイマ及び通電相歯止めタイマの両方のタイマをセットすることによって、通常状態では、通電相切り替えタイマのカウントダウンの終了に応じて、ブラシレスモータの通電相を切り替えることができる。これとともに、誘起電圧にノイズが重畳した場合等には、通電相歯止めタイマのカウントダウンの終了に応じて、通電相を切り替えることができる。つまり、通電相切り替えタイマ及び通電相歯止めタイマのうち、カウントダウンが早く終了した方のタイマに合わせて、通電相の切り替えを行うことができ、ブラシレスモータの誘起電圧にノイズが重畳していても、そのノイズの影響を排除することができ、ブラシレスモータの回転変動を抑制することができる。

ブラシレスモータの駆動制御装置を示す構成図である。 図１のブラシレスモータの動作を示すタイミングチャートである。 ブラシレスモータの誘起電圧にノイズが重畳した場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるブラシレスモータの駆動制御装置を示す構成図である。
図１において、制御部としての制御装置１には、駆動部としての駆動回路２と、比較手段３とが接続されている。また、制御装置１は、例えばマイコン等によって構成されている。駆動回路２は、複数のスイッチング素子４〜９を有するインバータである。また、駆動回路２は、制御装置１からの指令信号に応じて、例えばバッテリ等の直流電源からの電源電圧ＶＥを交流電圧に変換し、その交流電圧をブラシレスモータ１００の複数相の固定子巻線のそれぞれに加える。

比較手段３は、駆動回路２の出力端子（ａ）〜（ｃ）の端子電圧、即ちブラシレスモータ１００の各相の誘起電圧と、直流電源の電源電圧ＶＥを抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２で分圧してなる基準電圧Ｖ１（所定の基準電圧）とを受ける。比較手段３は、駆動回路２の各相の端子電圧（ブラシレスモータ１００の各相の誘起電圧）と基準電圧とを比較する。

また、比較手段３は、誘起電圧（ＰＷＭ信号における各パルス）が基準電圧未満である場合に、制御装置１にＬレベルの検出信号を出力する。また、比較手段３は、誘起電圧（ＰＷＭ信号における各パルス）が基準電圧以上である場合に、制御装置１にＨレベルの検出信号を出力する。制御装置１は、検出信号における立ち下がりエッジを検出可能である。

つまり、制御装置１は、比較手段３からの検出信号を用いて、ブラシレスモータ１００の各相の誘起電圧の基準電圧に対する変化を監視する。なお、出力端子（ａ）〜（ｃ）の誘起電圧を合成し、１つの比較手段３によって比較すれば、制御装置１に出力する信号を１ｃｈにすることも可能である。

ここで、制御装置１は、通電相切り替えタイマ（電気角３０度タイマ：第１タイマ）１ａと、通電相歯止めタイマ（電気角６０度タイマ：第２タイマ）１ｂとを有している。通電相切り替えタイマ１ａは、ブラシレスモータ１００の通電相の各相の誘起電圧が基準電圧未満となる度に（即ち比較手段３の検出信号の立ち下がりエッジの度に）、第１カウント値でセットされる。なお、通電相切り替えタイマ１ａは、連続的に複数回セットされた場合には、最後にセットされた時点からカウントダウンを開始する。

通電相歯止めタイマ１ｂは、ブラシレスモータ１００の下流側の通電相が切り替えられたことに応じて、第２カウント値でセットされ、その第２カウント値でカウントダウンを開始する。制御装置１は、通電相切り替えタイマ１ａ及び通電相歯止めタイマ１ｂのうちのいずれか一方のタイマがカウントダウンを終了したことに応じて、ブラシレスモータ１００の通電相を切り替える。

次に、動作について説明する。図２は、ブラシレスモータ１００の動作を示すタイミングチャートである。図２において、Ｕ相誘起電圧、Ｖ相誘起電圧及びＷ相誘起電圧は、図１の駆動回路２の出力端子（ａ）〜（ｃ）に出力されるブラシレスモータ１００の誘起電圧である。Ｕ相上流側〜Ｗ相下流側の信号は、図１の制御装置１から出力される指令信号である。また、Ｕ相上流側〜Ｗ相下流側の信号のうち、下流側の信号のみがパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）である。

Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の誘起電圧が比較手段３によって基準電圧と比較され、その比較結果を示す検出信号が制御装置１に入力される。制御装置１は、入力された検出信号から電気角３６０度周期を測定する。つまり、制御装置１は、基準電圧に対するブラシレスモータ１００の各相の誘起電圧の周期変化から、各相の誘起電圧の変化の周期を測定する。

そして、制御装置１は、測定した電気角３６０度周期に基づいて、第１カウント値及び第２カウント値を算出する。続いて、制御装置１は、通電相切り替えタイマ１ａ及び通電相歯止めタイマ１ｂの各カウント値をセットする。これにより、各タイマ１ａ，１ｂがカウントダウンを開始する。この後、制御装置１は、いずれか一方のタイマのカウントダウンが終了したことに応じて、通電相の切り替えを行う。

次に、電気角３６０度周期（Ｔ）、第１カウント値及び第２カウント値の算出方法について説明する。電気角３６０度周期（Ｔ）は、図２に示すように、減少方向の誘起電圧と基準電圧との交点から、１回前の減少方向の誘起電圧と基準電圧との交点間の時間を測定することによって算出することが可能である。

また、電気角３６０度周期を算出することができれば、第１カウント値の電気角３０度（Ｔ／１２）と、第２カウント値の電気角６０度（Ｔ／６）も、電気角３６０度周期（Ｔ）を基に算出することが可能である。これらの３つの周期演算については、制御装置１によって、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相について独立して行われる。

次に、通電相切り替えタイマ１ａ（電気角３０度タイマ）及び通電相歯止めタイマ１ｂ（電気角６０度タイマ）をセットするタイミングについて説明する。通電相切り替えタイマ１ａ（電気角３０度タイマ：Ｔ／１２）は、下流側の通電相切り替えタイミングを基点として、比較手段３の検出信号の立ち下がりタイミング毎にセットされる。また、通電相切り替えタイマ１ａは、カウントダウンが終了するまでに、再度セットされた場合には、新たにセットされた時点から新たに第１カウント値のカウントダウンを開始する。

即ち、通電相切り替えタイマ１ａがセットされる最終的なタイミングは、上昇方向の誘起電圧と基準電圧との交点となる。従って、通電相切り替えタイマ１ａがセットされるタイミングについては、下流側の通電相切り替えタイミングから所定時間遅れた検出信号の立ち下がりタイミングとすることも可能である。

また、通電相歯止めタイマ１ｂ（電気角６０度タイマ）をセットするタイミングについて説明する。通電相歯止めタイマ１ｂは、図２に示すように、下流側の通電相が切り替わるタイミングでセットされる。このセットのタイミングは、例えば、Ｕ相ＰＷＭからＷ相ＰＷＭの切り替えタイミングである。なお、通電相歯止めタイマ１ｂの第２カウント値は、電気角６０度以上であれば、何度に設定してもよい。

次に、ブラシレスモータ１００の誘起電圧にノイズが重畳することによる影響について、図３を用いて説明する。図３は、ブラシレスモータ１００の誘起電圧にノイズが重畳した場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。ブラシレスモータ１００の誘起電圧にノイズが重畳することによって、基準電圧と誘起電圧との比較結果を示す検出信号が比較手段３から制御装置１に入力される。

このノイズが重畳した誘起電圧が比較手段３を介して制御装置１に入力されることによって、通電相切り替えタイマ１ａ（電気角３０度タイマ）がノイズ波形によって余計にセットされる。このため、ブラシレスモータ１００の回転が不安定になる可能性がある。この場合、通電相歯止めタイマ１ｂ（電気角６０度タイマ）が事前にセットされていることによって、通電相歯止めタイマ１ｂのカウントダウンが終了すれば、通電相の切り替えを行うことが可能である。

以上のように、実施の形態１によれば、通電相切り替えタイマ１ａ及び通電相歯止めタイマ１ｂの両方のタイマをセットすることによって、通常状態では、通電相切り替えタイマ１ａ（電気角３０度タイマ）のカウントダウンの終了に応じて、ブラシレスモータ１００の通電相を切り替えることができる。これとともに、誘起電圧にノイズが重畳した場合等には、通電相歯止めタイマ１ｂのカウントダウンの終了に応じて、通電相を切り替えることができる。つまり、通電相切り替えタイマ１ａ及び通電相歯止めタイマ１ｂのうち、カウントダウンが早く終了した方のタイマに合わせて、通電相の切り替えを行うことができる。

ここで、通電相歯止めタイマ１ｂ（電気角６０度タイマ）のみを用いた構成では、誘起電圧の電気角３６０度周期が変動した場合に、その周期の変動に対する追従性が低下することが想定される。これに対して、上記の実施の形態１では、通電相切り替えタイマ１ａ及び通電相歯止めタイマ１ｂ（電気角３０度タイマ及び電気角６０度タイマ）を併用するため、通電相切り替えタイマ１ａによる電気角３６０度周期に対する高い追従性を確保することができ、ブラシレスモータ１００の回転に同調して通電相を切り替えることができる。これとともに、ブラシレスモータ１００の誘起電圧にノイズが重畳した場合であっても、通電相歯止めタイマ１ｂによって通電相が切り替わる。この結果、ブラシレスモータ１００の誘起電圧にノイズが重畳していても、そのノイズの影響を排除することができ、ブラシレスモータ１００が停止したり、ブラシレスモータ１００の回転変動が生じたりしないようにすることができ、安定してブラシレスモータ１００を回転させることができる。

１ 制御装置（制御部）、１ａ 通電相切り替えタイマ、１ｂ 通電相歯止めタイマ、２ 駆動回路（駆動部）、３ 比較手段、４〜９ スイッチング素子、１００ ブラシレスモータ。

Claims (4)

1. ブラシレスモータの複数相の固定子巻線のそれぞれに電圧を加える駆動部と、
   前記ブラシレスモータの各相の誘起電圧の所定の基準電圧に対する変化を監視し、これらの誘起電圧の変化に応じて、前記駆動部による前記ブラシレスモータの通電相を切り替える制御部と
   を備え、
   前記制御部は、
   前記ブラシレスモータの各相の誘起電圧が前記基準電圧未満となる度に所定の第１カウント値でセットされ、最後にセットされた前記第１カウント値でカウントダウンを開始する通電相切り替えタイマと、
   前記ブラシレスモータの下流側の通電相が切り替えられたことに応じて、所定の第２カウント値でセットされ、前記第２カウント値でカウントダウンを開始する通電相歯止めタイマと
   を有し、
   前記通電相切り替えタイマ及び前記通電相歯止めタイマのうち、早くカウントダウンが終了したタイマに合わせて、前記ブラシレスモータの通電相を切り替える
   ことを特徴とするブラシレスモータの駆動制御装置。
2. 前記通電相切り替えタイマのセットタイミングは、下流側の通電相切り替えタイミング、あるいは下流側の通電相切り替えタイミングから所定時間遅れたタイミングである
   ことを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータの駆動制御装置。
3. 前記制御部は、前記基準電圧に対する前記ブラシレスモータの各相の誘起電圧の周期変化から、各相の誘起電圧の変化の周期を測定し、その測定した周期を１２で割って得た値を前記第１カウント値とする
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のブラシレスモータの駆動制御装置。
4. 前記制御部は、前記基準電圧に対する前記ブラシレスモータの各相の誘起電圧の周期変化から、各相の誘起電圧の変化の周期を測定し、その測定した周期を６で割って得た値を前記第２カウント値とする
   ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のブラシレスモータの駆動制御装置。

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