JP2006271179A - モータ制御装置およびモータ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】起動時におけるモータの振動騒音を低減できるモータ制御装置およびモータ制御方法を提供すること。
【解決手段】このモータ制御装置１は、モータの通電相を切り替える複数のスイッチング素子３Ｕ〜３Ｗと、これらのスイッチング素子３Ｕ〜３Ｗを駆動する駆動制御部２とを含む。そして、駆動制御部２が、モータＭの運転終了時にて所定のスイッチング素子３Ｕ〜３Ｗを駆動してロータの停止位置の位置合わせを行うと共に、モータＭの運転開始時にて前回のロータの停止位置に対応するスイッチング素子３Ｕ〜３Ｗから駆動を開始してモータＭを起動することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、モータ制御装置およびモータ制御方法に関し、さらに詳しくは、起動時におけるモータの振動騒音を低減できるモータ制御装置およびモータ制御方法に関する。

一般に、モータ制御装置は、モータの起動時にてロータを一定回転速度で強制的に回転させ、一定時間経過後にロータの回転位置を検出してモータの駆動制御（回転数の制御など）を行う。しかしながら、かかる構成では、モータの起動時にて振動騒音が発生するという課題がある。

かかる課題において、従来のモータ制御装置には、特許文献１に記載される技術が知られている。従来のモータ制御装置では、直流電源と、直流電圧から複数相の固定子巻線に通電する出力手段を備え、通電相を切替えて同期モータ を駆動するインバータ装置を備えた同期モータ の制御装置 において、前記インバータ装置がインバータ回路と制御回路と前記インバータ回路を駆動するドライバ部と回転子情報検出部とを備えていて、前記制御回路が、始動処理部と通電相設定部と切替部と速度制御部とドライブ信号作成部とを具備し、前記始動処理部が前記通電相設定部に向けて出力する通電相信号が、前記同期モータ 起動時に連続する第１の通電パターンと、第２の通電パターンと、第３の通電パターンとを含んでいて、前記第１の通電期間をＴ１，第２の通電期間をＴ２，第３の通電期間をＴ３とした場合に、Ｔ１＞Ｔ３≧Ｔ２≧０の関係であることを特徴とする。

特開２００２−２５２９９６号公報

この発明は、起動時におけるモータの振動騒音を低減できるモータ制御装置およびモータ制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかるモータ制御装置は、モータの通電相を切り替える複数のスイッチング素子と、これらのスイッチング素子を駆動する駆動制御部とを含むモータ制御装置であって、前記駆動制御部が、モータの運転終了時にて所定の前記スイッチング素子を駆動してロータの停止位置の位置合わせを行うと共に、モータの運転開始時にて前回のロータの停止位置に対応する前記スイッチング素子から駆動を開始してモータを起動することを特徴とする。

このモータ制御装置では、モータの運転終了時にて、所定のスイッチング素子が駆動されてロータの停止位置の位置合わせが行われ、次回の運転開始時にて、前回のロータの停止位置に対応するスイッチング素子から駆動が開始されてモータが起動されるので、ロータがスムーズに始動する。これにより、モータの起動時における振動および騒音が低減される利点がある。

また、この発明にかかるモータ制御装置は、モータの運転終了後にて、ロータの回転速度が所定値以下となったときにロータの位置合わせが行われる。

このモータ制御装置では、モータの運転終了後（駆動信号の停止後）にて、ロータの回転速度が所定値以下となったときにロータの位置合わせが行われるので、ロータが十分に減速（あるいは停止）してからロータの位置合わせを行い得る。これにより、ロータの位置合わせを円滑に行い得る利点がある。

また、この発明にかかるモータ制御装置は、モータの運転終了後にて、所定時間の経過後にロータの位置合わせが行われる。

このモータ制御装置では、モータの運転終了後にて、所定時間の経過後にロータの位置合わせが行われるので、ロータの回転速度を検出することなく一義的にロータの位置合わせのタイミングを規定できる利点がある。

また、この発明にかかるモータ制御装置は、モータの通電相を切り替える複数のスイッチング素子と、これらのスイッチング素子を駆動する駆動制御部とを含むモータ制御装置であって、前記駆動制御部が、モータの運転開始前にて所定の前記スイッチング素子を駆動してロータの停止位置の位置合わせを行うと共に、モータの運転開始時にてロータの停止位置に対応する前記スイッチング素子から駆動を開始してモータを起動することを特徴とする。

このモータ制御装置では、モータの運転開始前に（運転開始に先立って）ロータの停止位置の位置合わせが行われるので、ロータがスムーズに始動される。これにより、モータの起動時における振動および騒音が低減される利点がある。

また、この発明にかかるモータ制御装置は、前回のロータの位置合わせにあたり使用されたスイッチング素子とは異なるスイッチング素子によりロータの位置合わせが行われる。

このモータ制御装置では、前回のロータの位置合わせにあたり使用されたスイッチング素子（スイッチング素子群あるいは通電相。以下同じ。）とは異なるスイッチング素子によりロータの位置合わせが行われるので、モータの起動時にて最初に駆動されるスイッチング素子を、今回の運転時と前回の運転時とで相互に異ならせ得る。これにより、スイッチング素子の寿命が向上する利点がある。

また、この発明にかかるモータ制御装置は、モータＭが複数回運転される場合において、ロータの位置合わせにあたり使用されるスイッチング素子の使用頻度が各スイッチング素子間で均一化されるように、位置合わせ信号が規定される。

このモータ制御装置では、モータが複数回運転される場合において、ロータの位置合わせにあたり使用されるスイッチング素子の使用頻度が各スイッチング素子間で均一化されるように、位置合わせ信号が規定されるので、モータの起動時にて最初に駆動されるスイッチング素子の使用頻度が均一化される。これにより、スイッチング素子の寿命がより向上する利点がある。

また、この発明にかかるモータ制御装置は、前記スイッチング素子が複数回駆動されることにより通電相が段階的に切り替えられてロータの停止位置の位置合わせが行われる。

このモータ制御装置では、スイッチング素子が複数回駆動されることにより通電相が段階的に切り替えられてロータの停止位置の位置合わせが行われるので、ロータの停止位置の位置合わせが確実に行われる利点がある。

また、この発明にかかるモータ制御装置は、車両用電動圧縮機のモータに適用される。

かかる構成では、上記のようにモータの起動時における振動および騒音が低減されるので、モータの起動音によるユーザ（車両の乗員）の不快感が低減されると共に、車両の高級感が向上する利点がある。

また、この発明にかかるモータ制御方法は、複数のスイッチング素子によりモータの通電相が切り替えられてモータが駆動制御されるモータ制御方法であって、モータの運転終了時にて、所定の前記スイッチング素子が駆動されてロータの停止位置の位置合わせが行われるステップと、モータの運転開始時にて、前回のロータの停止位置に対応する前記スイッチング素子から駆動が開始されてモータが起動されるステップと、を含むことを特徴とする。

このモータ制御方法では、モータの運転終了時にて、所定のスイッチング素子が駆動されてロータの停止位置の位置合わせが行われ、次回の運転開始時にて、前回のロータの停止位置に対応するスイッチング素子から駆動が開始されてモータが起動されるので、ロータがスムーズに始動する。これにより、モータの起動時における振動および騒音が低減される利点がある。

また、この発明にかかるモータ制御方法は、複数のスイッチング素子によりモータの通電相が切り替えられてモータが駆動制御されるモータ制御方法であって、モータの運転開始前にて、所定の前記スイッチング素子が駆動されてロータの停止位置の位置合わせが行われるステップと、モータの運転開始時にて、ロータの停止位置に対応する前記スイッチング素子から駆動が開始されてモータが起動されるステップとを含むことを特徴とする。

また、この発明にかかるモータ制御方法によれば、モータの運転開始前に（運転開始に先立って）ロータの停止位置の位置合わせが行われるので、ロータがスムーズに始動される。これにより、モータの起動時における振動および騒音が低減される利点がある。

この発明にかかるモータ制御装置およびモータ制御方法によれば、モータの運転終了時にて、所定のスイッチング素子が駆動されてロータの停止位置の位置合わせが行われ、次回の運転開始時にて、前回のロータの停止位置に対応するスイッチング素子から駆動が開始されてモータが起動されるので、ロータがスムーズに始動する。これにより、モータの起動時における振動および騒音が低減される利点がある。

また、この発明にかかるモータ制御装置およびモータ制御方法によれば、モータの運転開始前に（運転開始に先立って）ロータの停止位置の位置合わせが行われるので、ロータがスムーズに始動される。これにより、モータの起動時における振動および騒音が低減される利点がある。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施例の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的同一のものが含まれる。また、この実施例に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。

図１は、この発明の実施例にかかるモータ制御装置を示すブロック図である。図２および図３は、モータの構成を示す説明図である。図４〜図６は、図１に記載したモータ制御装置の作用を示すフローチャート（図４）、出力波形図（図５）および説明図（図６）である。図７および図８は、図１に記載したモータ制御装置の変形例を示す説明図である。

［モータ制御装置］
このモータ制御装置１は、モータ（電動機）Ｍの駆動を制御する装置であり、駆動制御部２と、複数のスイッチング素子３Ｕ〜３Ｗとを含み構成される（図１〜図３参照）。モータＭは、例えば、四極同期モータであり、複数の通電相（Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相およびＷ−Ｕ相）を有すると共に、三相ブリッジ回路を介してモータ制御装置１および電源Ｓに接続される。駆動制御部２は、所定のパターンデータに基づき指令電流を入力して各スイッチング素子３Ｕ〜３ＷのＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。この駆動制御部２は、駆動信号発生部（図示省略）を有し、この駆動信号発生部にてモータＭを同期運転させるための信号（駆動信号）を発生する。複数のスイッチング素子３Ｕ〜３Ｗは、例えば、パワートランジスタであり、モータＭの各通電相に対応して配置される。これらのスイッチング素子３Ｕ〜３Ｗは、ＯＮ／ＯＦＦ制御されてモータＭの通電相を切り替える機能を有する。

このモータ制御装置１では、モータＭの駆動時にて、駆動制御部２がロータの回転に同期した駆動信号をスイッチング素子３Ｕ〜３Ｗに入力し、この駆動信号によりスイッチング素子３Ｕ〜３ＷがＯＮ／ＯＦＦ制御される。これにより、モータＭの通電相が順次切り替えられてモータＭが駆動される（図１〜図３参照）。

［ロータの停止位置の位置合わせ］
また、このモータ制御装置１では、駆動制御部２が位置合わせ信号発生部（図示省略）を有すると共に、停止位置記憶部４が設けられる（図１参照）。駆動制御部２の位置合わせ信号発生部は、モータＭのロータの停止位置を位置合わせするための信号（位置合わせ信号）を発生する。この位置合わせ信号により、各スイッチング素子３Ｕ〜３ＷがＯＮ／ＯＦＦ制御されて、ロータの停止位置が所定の磁極に対して位置合わせされる。停止位置記憶部４は、使用された位置合わせ信号を記憶する機能を有する。この停止位置記憶部４は、例えば、駆動制御部２に接続されるＲＡＭ（random-access memory）、駆動制御部２の内部メモリ等により構成される。

このモータ制御装置１では、モータＭの運転終了時および運転開始時にて、以下のようにモータが制御される（図４〜図６参照）。

モータＭの運転終了時には、まず、駆動制御部２が駆動信号の入力を停止する（ＳＴ１１）。すると、各スイッチング素子３Ｕ〜３ＷがいずれもＯＦＦとなり、モータＭへの電力供給が停止されてロータが減速（あるいは停止）する（図６（ａ）参照）。次に、駆動制御部２が位置合わせ信号を発生してスイッチング素子３Ｕ〜３Ｗを駆動し、ロータを所定の停止位置に停止（あるいは移動）させる（ＳＴ１２）。例えば、ロータの磁石をＵ−Ｖ相の磁極にて停止させる場合には、Ｕ−Ｖ相に対応するスイッチング素子３Ｕ、３Ｖが駆動されてＵ−Ｖ相の磁極コイルが励磁される（図６（ｂ）参照）。これにより、ロータが位置合わせされて所定の位置に（所定の回転角にて）停止する。次に、ロータの停止位置に関する情報が停止位置記憶部４に記憶される（ＳＴ１３）。かかるロータの停止位置に関する情報には、例えば、ロータの位置合わせに使用されたスイッチング素子３Ｕ〜３Ｗに関する情報が含まれる。

モータＭの運転開始時には、まず、駆動制御部２が停止位置記憶部４からロータの停止位置に関する情報を読み込んで取得する（ＳＴ１４）。次に、駆動制御部２が駆動信号を発生してスイッチング素子３Ｕ〜３Ｗを駆動し、モータＭを起動する（ＳＴ１５）。このとき、ロータの停止位置に対応するスイッチング素子３Ｕ〜３Ｗから駆動が開始される。例えば、ロータがＵ−Ｖ相の磁極にて停止している場合には、Ｕ−Ｖ相の磁極から励磁が開始される（図６（ｃ）参照）。これにより、ロータがスムーズに始動して回転する。

［効果］
このモータ制御装置では、モータＭの運転終了時にて、所定のスイッチング素子３Ｕ〜３Ｗが駆動されてロータの停止位置の位置合わせが行われ、次回の運転開始時にて、前回のロータの停止位置に対応するスイッチング素子３Ｕ〜３Ｗから駆動が開始されてモータが起動されるので、ロータがスムーズに始動する。これにより、モータの起動時における振動および騒音が低減される利点がある。

また、ロータの位置合わせがモータの運転終了時にて行われるので、モータの運転開始時に位置合わせが行われる場合と比較して、位置合わせ時のロータの駆動音がユーザーの耳障りとなり難いという利点がある。

［変形例１］
なお、このモータ制御装置１では、ロータの回転状態に応じてロータの位置合わせが行われることが好ましい。

例えば、モータＭの運転終了後（駆動信号の停止後）にて、ロータの回転速度が所定値以下となったときにロータの位置合わせが行われることが好ましい。かかる構成では、ロータが十分に減速（あるいは停止）してからロータの位置合わせが行われるので、ロータの位置合わせを円滑に行い得る利点がある。

具体的には、ロータの回転速度を検出する回転検出部５が設置される（図１参照）。この回転検出部５は、例えば、ロータの回転により発生する誘導電流を測定することによりロータの回転速度を検出する。そして、駆動制御部２が駆動信号を停止した後に、回転検出部５がロータの回転速度を検出して駆動制御部２に送る。そして、ロータの回転速度が所定値以下（あるいはゼロ）となったときに、駆動制御部２が位置合わせ信号を発生してロータを所定の位置に停止させる。

なお、かかる構成では、ロータの回転中に位置合わせ信号が入力されてロータの位置合わせが行われることが好ましい。これにより、ロータの回転が停止した後に位置合わせが行われる構成と比較して、円滑かつ速やかにロータの位置合わせが行なわれる利点がある。また、ロータの停止位置と位置合わせ時にて励磁される磁極との位置関係が不適正なために（例えば、これらの位置が９０［ｄｅｇ］ずれている場合などに）、ロータの位置合わせが不能となる事態が防止される利点がある。

しかし、これに限らず、ロータの回転が停止した後に位置合わせ信号が入力されてロータの位置合わせが行われても良い。

［変形例２］
また、このモータ制御装置１では、モータの運転終了後にて、所定時間の経過後にロータの位置合わせが行われることが好ましい。例えば、駆動制御部２が内部タイマー（図示省略）を有すると共にこの内部タイマーにより駆動信号の停止時からの経過時間を測定する。そして、所定時間の経過後（例えば、５秒後）に、駆動制御部２が位置合わせ信号を発生する。これにより、ロータが十分に減速あるいは停止した後に、ロータの位置合わせを行い得る利点がある。また、ロータの回転速度を検出することなく、一義的にロータの位置合わせのタイミングを規定できる利点がある。

［変形例３］
また、このモータ制御装置１では、前回のロータの位置合わせにあたり使用されたスイッチング素子（スイッチング素子群あるいは通電相。以下同じ。）とは異なるスイッチング素子によりロータの位置合わせが行われることが好ましい。例えば、前回のロータの位置合わせにてＵ−Ｖ相にかかるスイッチング素子３Ｕ、３Ｖが使用された場合には、Ｖ−Ｗ相（あるいはＷ−Ｕ相）のスイッチング素子３Ｖ，３Ｗ（あるいは３Ｗ，３Ｕ）が使用される。

かかる構成では、モータＭの起動時にて最初に駆動されるスイッチング素子３Ｕ〜３Ｗを、今回の運転時と前回の運転時とで相互に異ならせ得る。例えば、（１）停止位置記憶部４に記憶された前回のロータの停止位置に関する情報に基づいて、駆動制御部２が任意に位置合わせ信号を生成（前回とは異なるスイッチング素子を選択）しても良いし、（２）予め規定された位置合わせパターンに基づいて、駆動制御部２が位置合わせ信号を生成しても良い。これにより、スイッチング素子３Ｕ〜３Ｗの寿命が向上する利点がある。

また、かかる構成では、モータＭが複数回運転される場合において、ロータの位置合わせにあたり使用されるスイッチング素子３Ｕ〜３Ｗの使用頻度が各スイッチング素子３Ｕ〜３Ｗ間で均一化されるように、位置合わせ信号が規定されることが好ましい。例えば、（１）ロータの停止位置に関する情報が停止位置記憶部４に順次蓄積され、これに基づいてスイッチング素子３Ｕ〜３Ｗの使用頻度が均一化されるように駆動制御部２が任意に位置合わせ信号を生成しても良いし、（２）スイッチング素子３Ｕ〜３Ｗの使用頻度が均一化されるように予め規定された位置合わせパターンに基づいて、駆動制御部２が位置合わせ信号を生成しても良い。これにより、モータＭの起動時にて最初に駆動されるスイッチング素子３Ｕ〜３Ｗの使用頻度が均一化されるので、スイッチング素子３Ｕ〜３Ｗの寿命がより向上する利点がある。

［変形例４］
また、このモータ制御装置１では、スイッチング素子３Ｕ〜３Ｗが複数回駆動されることにより通電相が段階的に（二段階あるいは三段階で）切り替えられてロータの停止位置の位置合わせが行われることが好ましい（図７参照）。例えば、Ｕ−Ｖ相のスイッチング素子３Ｕ、３Ｖが駆動された後に、これと異なるＶ−Ｗ相のスイッチング素子３Ｕ、３Ｖが駆動される。これにより、通電相がＵ−Ｖ相からＶ−Ｗ相に二段階で切り替えられて、ロータの位置合わせが行われる。かかる構成では、複数段階（例えば、二段階）にて通電相が切り替えられるので、ロータの停止位置の位置合わせが確実に行われる利点がある。

［変形例５］
また、このモータ制御装置１では、モータの運転終了時にてロータの停止位置の位置合わせが行われる。しかし、これに限らず、モータの運転開始前に（運転開始に先立って）ロータの停止位置の位置合わせが行われる構成が採用されても良い（図４、図５および図８参照）。かかる構成では、まず、モータの運転終了によりロータが任意の位置で停止している（図８（ａ）参照）。そして、この状態から、モータの運転開始前に所定のスイッチング素子が駆動されてロータの停止位置の位置合わせが行われる（ＳＴ１２）（図８（ｂ）参照）。そして、モータの運転開始時には、ロータの停止位置の位置合わせに用いられたスイッチング素子から駆動されて、モータの同期運転が開始される（ＳＴ１５）（図８（ｃ）参照）。これにより、ロータがスムーズに始動されるので、モータの起動時における振動および騒音が低減される利点がある。なお、かかる構成においても、上記の変形例１〜４が当業者自明の範囲内で適用され得る。

［適用例］
また、このモータ制御装置１は、三相型の同期モータに限らず、例えば、五相型などの同期モータに適用されても良い。また、モータ制御装置１は、四極同期モータに限らず、六極あるいは八極などの同期モータに適用されても良い。また、このモータ制御装置１は、例えば、車載用空気調和装置の圧縮機のモータＭに適用される。かかる構成では、電源Ｓが車両走行用のモータ（図示省略）の電源（バッテリー）と共用されることが好ましい。

特に、このモータ制御装置１が車両用電動圧縮機のモータＭに適用される構成では、上記のようにモータＭの起動時における振動および騒音が低減されるので、モータＭの起動音によるユーザ（車両の乗員）の不快感が低減されると共に、車両の高級感が向上する利点がある。

また、このモータ制御装置１は、例えば、電気自動車、ハイブリットカー、燃料電池自動車などに適用されても良い。

以上のように、本発明にかかるモータ制御装置およびモータ制御方法は、起動時におけるモータの振動騒音を低減できる点で有用である。

この発明の実施例にかかるモータ制御装置を示すブロック図である。 モータの構成を示す説明図である。 モータの構成を示す説明図である。 図１に記載したモータ制御装置の作用を示すフローチャートである。 図１に記載したモータ制御装置の作用を示す出力波形図である。 図１に記載したモータ制御装置の作用を示す説明図である。 図１に記載したモータ制御装置の変形例を示す説明図である。 図１に記載したモータ制御装置の変形例を示す説明図である。

符号の説明

１ モータ制御装置
２ 駆動制御部
３Ｕ〜３Ｗ スイッチング素子
４ 停止位置記憶部
５ 回転検出部
Ｍ モータ
Ｓ 電源

Claims (10)

1. モータの通電相を切り替える複数のスイッチング素子と、これらのスイッチング素子を駆動する駆動制御部とを含むモータ制御装置であって、
   前記駆動制御部が、モータの運転終了時にて所定の前記スイッチング素子を駆動してロータの停止位置の位置合わせを行うと共に、モータの運転開始時にて前回のロータの停止位置に対応する前記スイッチング素子から駆動を開始してモータを起動することを特徴とするモータ制御装置。
2. モータの運転終了後にて、ロータの回転速度が所定値以下となったときにロータの位置合わせが行われる請求項１に記載のモータ制御装置。
3. モータの運転終了後にて、所定時間の経過後にロータの位置合わせが行われる請求項１または２に記載のモータ制御装置。
4. モータの通電相を切り替える複数のスイッチング素子と、これらのスイッチング素子を駆動する駆動制御部とを含むモータ制御装置であって、
   前記駆動制御部が、モータの運転開始前にて所定の前記スイッチング素子を駆動してロータの停止位置の位置合わせを行うと共に、モータの運転開始時にてロータの停止位置に対応する前記スイッチング素子から駆動を開始してモータを起動することを特徴とするモータ制御装置。
5. 前回のロータの位置合わせにあたり使用されたスイッチング素子とは異なるスイッチング素子によりロータの位置合わせが行われる請求項１〜４のいずれか一つに記載のモータ制御装置。
6. モータＭが複数回運転される場合において、ロータの位置合わせにあたり使用されるスイッチング素子の使用頻度が各スイッチング素子間で均一化されるように、位置合わせ信号が規定される請求項１〜５のいずれか一つに記載のモータ制御装置。
7. 前記スイッチング素子が複数回駆動されることにより通電相が段階的に切り替えられてロータの停止位置の位置合わせが行われる請求項１〜６のいずれか一つに記載のモータ制御装置。
8. 車両用電動圧縮機のモータに適用される請求項１〜７のいずれか一つに記載のモータ制御装置。
9. 複数のスイッチング素子によりモータの通電相が切り替えられてモータが駆動制御されるモータ制御方法であって、
   モータの運転終了時にて、所定の前記スイッチング素子が駆動されてロータの停止位置の位置合わせが行われるステップと、
   モータの運転開始時にて、前回のロータの停止位置に対応する前記スイッチング素子から駆動が開始されてモータが起動されるステップと、
   を含むことを特徴とするモータ制御方法。
10. 複数のスイッチング素子によりモータの通電相が切り替えられてモータが駆動制御されるモータ制御方法であって、
    モータの運転開始前にて、所定の前記スイッチング素子が駆動されてロータの停止位置の位置合わせが行われるステップと、
    モータの運転開始時にて、ロータの停止位置に対応する前記スイッチング素子から駆動が開始されてモータが起動されるステップと、
    を含むことを特徴とするモータ制御方法。

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