JP2006304449A - ブラシレスモータの駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの回転により無通電区間に現れる誘起電圧と、転流タイミングとの一致性を判断できるようにし、その判断に基づいてより適切にセンサレスで運転できるようにしたブラシレスモータの駆動方法を提供する。
【解決手段】ブラシレスモータをセンサレスで駆動するに際し、ロータの回転によりステータに現れる誘起電圧をフィルタ処理し、転流タイミングを決定して通電するブラシレスモータの駆動方法において、無通電区間に現れる誘起電圧の位相と転流タイミングとが一致しているか否かを、無通電区間に現れる誘起電圧の傾きを検出することにより判断し、位相が転流タイミングと一致しているときはフィルタ処理から得られる転流タイミングで転流し、一致していないときは指示回転数相当のタイミングで強制的に転流することを特徴とするブラシレスモータの駆動方法。
【選択図】図３

Description

本発明は、ブラシレスモータの駆動方法に関し、とくにセンサレスで駆動する通電方式で、ステータの転流タイミングを最適に制御できるようにしたブラシレスモータの駆動方法に関する。

例えば、車載用エアコンディショナーの冷媒圧縮用の圧縮機で、バッテリーから電源の供給を受けて駆動する電動圧縮機（モータのみで駆動される電動圧縮機に加え、内蔵モータおよび他の外部駆動源（例えば、車両走行用エンジン等）の両方により又はいずれか一方により駆動可能に構成されたハイブリッド圧縮機も含む）の駆動用モータ等として、ＤＣブラシレスモータが好適であることが知られている。

ブラシレスモータをセンサレスで駆動する通電方式においては、例えば、ステータの端子電圧の無通電区間に現れる誘起電圧をフィルタ処理しロータの位置検出を行う。モータが回転しないと誘起電圧が発生しないので、始動時は強制的にステータの通電相を切り換えてロータを回転させ、位置検出に十分な誘起電圧が発生し、位置検出ができるようになったらセンサレス運転に切り換えるようにしている（例えば、特許文献１〜４）。
特許第３２９６６３６号公報 特開平８−９８５８１号公報 特開平１１−９８８８４号公報 特開平７−２８４２９０号公報

ところが、上記のような従来技術において、通電切換えタイミングとロータの位置が大幅にずれてしまうと、フィルタ処理した後の波形に歪みを生じ、正確な位置を検出できなくなってしまう。特に始動時はロータの位置検出に関係なく強制通電切換であるため、通電切換タイミングとロータの位置がずれやすい。その結果、正確な位置検出ができなくなり、センサレス運転に切換えることができない。

そこで本発明の課題は、より適切に、ロータの回転により無通電区間に現れる誘起電圧（つまり、ロータの位置と対応した誘起電圧）と、転流タイミングとの一致性を判断できるようにし、その判断に基づいてより適切にセンサレスで運転できるようにしたブラシレスモータの駆動方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るブラシレスモータの駆動方法は、ブラシレスモータをセンサレスで駆動するに際し、ロータの回転によりステータに現れる誘起電圧をフィルタ処理し、転流タイミングを決定して通電するブラシレスモータの駆動方法において、無通電区間に現れる誘起電圧の位相と転流タイミングとが一致しているか否かを、無通電区間に現れる誘起電圧の傾きを検出することにより判断し、位相が転流タイミングと一致しているときはフィルタ処理から得られる転流タイミングで転流し、一致していないときは指示回転数相当のタイミングで強制的に転流することを特徴とする方法からなる。上記誘起電圧の傾きの検出では、より正確には傾きの方向（例えば、時間軸に対して右上がりか右下がりか）を検出する。

このブラシレスモータの駆動方法においては、上記傾きの検出は、無通電区間の端子電圧をＰＷＭ（パルス幅変調）信号に同期してサンプリングし、無通電区間の最初に現れるスパイク電圧が終了したことを検知してから、端子電圧の増減をカウントして傾きを判定することにより行うことができる。なお、ここで言うＰＷＭ制御は、モータの制御において、直流電源からの直流電圧をインバータ回路を介してモータに印加し、その直流電圧の通流率をパルス幅変調により制御する方法である。

この傾きの検出においては、上記スパイク電圧が終了したことを検知した後、端子電圧または電源電圧と端子電圧の差と、予め定められた傾き判定開始閾値とを比較し、端子電圧または電源電圧と端子電圧の差が傾き判定開始閾値以上のとき、上記傾きの判定を開始することが好ましい。すなわち、スパイク電圧が終了した後最初に現れる電圧がある程度以上の大きさを有するとき、つまり、傾き判定開始閾値以上であるとき、その後の傾きの検出、傾きの判定が容易になる。

また、本発明に係るブラシレスモータの駆動方法においては、モータ始動時に次のような方法を採用することが好ましい。すなわち、モータ始動時に強制的に転流してからセンサレス運転へ移行する制御を行うに際し、強制通電の通電位相と、無通電区間に現れる誘起電圧の位相が一致しているか否かを、無通電区間に現れる誘起電圧の傾きを検出することにより判断し、１回ないし複数回位相が一致していると判断したら、フィルタ処理より得られるセンサレスの位置検出が正しいと判断し、強制転流のタイミングとセンサレスの位置検出のタイミングが一致したら、センサレス運転へ切り換える方法である。これにより、モータ始動時にもブラシレスモータをより適切に駆動できるようになる。

本発明に係るブラシレスモータの駆動方法によれば、ロータの回転により無通電区間に現れる誘起電圧と、転流タイミングが一致しているか否かを、容易にかつ的確に検出できるようになり、不具合を生じることなく簡単にセンサレス運転に切り換えることができるようになる。また、モータ始動時においても、強制転流からセンサレス運転に、適切なタイミングで切り換えることができるようになる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係るブラシレスモータの駆動方法に用いるモータ制御装置の回路図を示している。図１において、１はバッテリー等の直流電源を示しており、電源１から、電源平滑用コンデンサー２を介してモータ制御用インバータ回路３に電圧が印加される。インバータ回路３の各スイッチング素子Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚは、主制御回路４からの指令に基づくインバータ制御回路５からの信号に基づいて作動される。インバータ回路３からは、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の三相形態にてブラシレスモータ６に（モータ６のステータに）電圧が印加され、ブラシレスモータ６の回転が制御される。

フィルタ処理する前の上記ブラシレスモータ６の端子電圧の波形は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相各相について、例えば図２に示すようになる。そして、本発明においては、例えば図３〜図５に示すように、無通電区間に現れる誘起電圧の傾きが検出される。図３に示すように、例えば上相通電区間１１から下相通電区間１２に移行する際の無通電区間１３には、最初にスパイク電圧１４が発生し、スパイク電圧１４が終了すると、誘起電圧がある値だけ増加した後（例えば、ΔＶ≧２０Ｖだけ増加した後）、ある傾き１５をもって減少し、下相通電区間１２における端子電圧に至る。下相通電区間１２から上相通電区間１１に移行する際には、スパイク電圧が発生し、スパイク電圧が終了すると、誘起電圧がある値だけ減少した後（例えば、ΔＶ≧２０Ｖだけ減少した後）、ある傾きをもって増加し、上相通電区間１１における端子電圧に至る。つまり、図３に示すように、移行形態に応じて、Ｎｏ．１パターンとＮｏ．２パターンの２つのパターンを呈する。

この誘起電圧の傾き検出においては、上記スパイク電圧が終了したことを検知した後、端子電圧（つまり、無通電区間における誘起電圧）（上記Ｎｏ．２パターンに対応）、または電源電圧と端子電圧の差（上記Ｎｏ．１パターンに対応）と、予め定められた傾き判定開始閾値（例えば、上記２０Ｖ）とを比較し、端子電圧または電源電圧と端子電圧の差が傾き判定開始閾値以上のとき、上記傾きの判定を開始することが好ましい。これは、例えば図４に示すように、上記ΔＶが大きい場合には、後述の如きパルス波形にて誘起電圧の傾きを検出するに際し、無通電区間に現れる誘起電圧波形の数が多くなり、傾き検出が行いやすくなって、有効である。逆に、ΔＶが小さい場合には、無通電区間に現れる誘起電圧波形の数が少なくなるので、傾き検出が行いにくくなって、有効でない。

上記スパイク電圧が終了したことを検知した後に、上記ΔＶが傾き判定開始閾値（例えば、上記２０Ｖ）以上であり、誘起電圧の傾きを検出すべきと判定された後には、該傾きの検出・判定は、例えば図５に示すように行われる。端子電圧（つまり、無通電区間における誘起電圧）は例えばサンプリングポイント１００μｓｅｃの周期で検出される。そして、例えば６つ毎の電圧値をＶ０、Ｖ６として検出し、Ｖ０−Ｖ６が所定の範囲内にあるか否かによって、例えば−６Ｖ〜６Ｖの範囲内にあるか否かによって、傾きカウンタを進める。つまり、−６Ｖ〜６Ｖの範囲内にある場合には検出する傾きが小さすぎるとしてカウントせず、−６Ｖよりも小さくなるか６Ｖよりも大きくなったとき、傾きカウンタ−１あるいは傾きカウンタ＋１として、次のカウントを行う。このようにしてＮ回目までのカウントを行い、傾きが負（傾きカウンタ＜０）（図示例の右下がり）であるか、正（傾きカウンタ＞０）（右上がり）であるかを判定し、傾き判定ＯＫであるとする。

上記のような傾き検出・判定は、例えば、図６、図７に示すフローによって制御される。図６に示すフローにおいては、傾き判定フラグが設けられ、該傾き判定フラグがセットされている場合には図７のフローが実行される。図６に示すフローにおいては、前述の如く、スパイク電圧の方向によってＮｏ．１パターンかＮｏ．２パターンかが判定され、各パターンに応じて、Ｖｃ−Ｖｐ≧ＶａあるいはＶｐ≧Ｖａが判定され（Ｖｃ：電源電圧、Ｖｐ：端子電圧、Ｖａ：傾き判定開始閾値）、それぞれ条件を満たしたときに傾き判定開始フラグがセットされる。

図７に示すフローにおいては、図５に示したような間引きデータが蓄積されたか否かが判定され、間引きデータが蓄積された場合には、Ｖ０−Ｖｍ＞Ｖｂが成立するか否かが判定される（ここで、Ｖ０は最新の端子電圧、Ｖｍは間引き回数の一番古い端子電圧で図５におけるＶ６に相当し、Ｖｂは図５における６Ｖに相当している）。また、Ｖ０−Ｖｍ＞−Ｖｂが成立するか否かが判定され、それぞれの場合に応じて、傾きカウンタ＋１あるいは傾きカウンタ−１とされる。傾きタイミングの判定が行われた後、傾き判定による方向が前述のＮｏ．１パターン、Ｎｏ．２パターンのいずれであるかが判定され、Ｎｏ．１パターンの場合には傾きカウンタ＞０であるか否か、Ｎｏ．２パターンの場合には傾きカウンタ＜０であるか否か、が判定されて、所定の右上がりあるいは右下がりの傾きであるか否かが判断される。所定の傾きであると判断され、傾きＯＫとしてカウンタを一つ進め、所定の傾きでなかった場合には、傾きＯＫカウンタをクリアする。最終的にはいずれの場合に対しても傾きカウンタをクリアする。

そして、図８に示すように、センサレス制御への移行判定処理が行われる。例えば、図に示すように、傾きＯＫカウンタが６以上か否かが判定され、６以上で所定以上の傾きであると判定されたら、始動時に適用されていた強制転流タイミングと上記傾き検出によるロータの位置検出タイミングが一致またはおよそ一致したか否かが判定され、一致した場合にセンサレス制御へ移行される。このように、誘起電圧の傾き検出によりロータの位置検出が的確に行われ、その位置検出タイミングと転流タイミングが確実に一致またはおよそ一致したときに、センサレス制御へ移行されることになり、不具合を生じることなく、最適なタイミングでのセンサレス運転への切り換えが可能になる。

本発明の一実施態様に係るブラシレスモータの駆動方法に用いるモータ制御装置の回路図である。 図１の装置におけるブラシレスモータの各相の波形の例を示す波形図である。 本発明における誘起電圧の傾き検出の概念を示す説明図である。 誘起電圧の傾き検出開始に閾値を設ける意義を示す説明図である。 傾き検出・判定方法の一例を示す説明図である。 本発明における傾き判定処理制御の一例を示すフローチャートである。 図６のフローにおいて傾き判定フラグがセットされている場合の制御の一例を示すフローチャートである。 本発明におけるセンサレス制御への移行判定処理制御の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 直流電源
２ 電源平滑用コンデンサー
３ インバータ回路
４ 主制御回路
５ インバータ制御回路
６ ブラシレスモータ
１１ 上相通電区間
１２ 下相通電区間
１３ 無通電区間
１４ スパイク電圧
１５ 傾き

Claims (4)

1. ブラシレスモータをセンサレスで駆動するに際し、ロータの回転によりステータに現れる誘起電圧をフィルタ処理し、転流タイミングを決定して通電するブラシレスモータの駆動方法において、無通電区間に現れる誘起電圧の位相と転流タイミングとが一致しているか否かを、無通電区間に現れる誘起電圧の傾きを検出することにより判断し、位相が転流タイミングと一致しているときはフィルタ処理から得られる転流タイミングで転流し、一致していないときは指示回転数相当のタイミングで強制的に転流することを特徴とするブラシレスモータの駆動方法。
2. 前記傾きの検出は、無通電区間の端子電圧をＰＷＭ信号に同期してサンプリングし、無通電区間の最初に現れるスパイク電圧が終了したことを検知してから、端子電圧の増減をカウントして傾きを判定することにより行うことを特徴とする、請求項１に記載のブラシレスモータの駆動方法。
3. 前記スパイク電圧が終了したことを検知した後、端子電圧または電源電圧と端子電圧の差と傾き判定開始閾値とを比較し、端子電圧または電源電圧と端子電圧の差が傾き判定開始閾値以上のとき、前記傾きの判定を開始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駆動方法。
4. モータ始動時に強制的に転流してからセンサレス運転へ移行する制御を行うに際し、強制通電の通電位相と、無通電区間に現れる誘起電圧の位相が一致しているか否かを、無通電区間に現れる誘起電圧の傾きを検出することにより判断し、１回ないし複数回位相が一致していると判断したら、フィルタ処理より得られるセンサレスの位置検出が正しいと判断し、強制転流のタイミングとセンサレスの位置検出のタイミングが一致したら、センサレス運転へ切り換えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のブラシレスモータの駆動方法。

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