JP2007020345A - ブラシレスモータの制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ステータに対する回転位置検出手段の位置ずれに起因する振動・騒音を抑制することができるブラシレスモータの制御装置を提供する。
【解決手段】ブラシレスモータ1の制御装置10は、ステータ2に対するマグネットロータ3の回転位置に応じた回転位置検出信号を出力するホール素子11と、回転位置検出信号に基づいてコイルU,V,Wへの通電タイミングを指示するPWM信号を出力する通電制御部15を備えている。また、制御装置10は、ステータ2に対するホール素子11の周方向の位置ずれの量に応じた騒音信号を出力するマイクロフォン16と、騒音信号に基づいて前記PWM信号を補正して出力する出力補正部17と、出力補正部17から入力されたPWM信号に基づいてコイルU,V,Wに通電を行う三相インバータ18とを備えている。
【選択図】 図1
【解決手段】ブラシレスモータ1の制御装置10は、ステータ2に対するマグネットロータ3の回転位置に応じた回転位置検出信号を出力するホール素子11と、回転位置検出信号に基づいてコイルU,V,Wへの通電タイミングを指示するPWM信号を出力する通電制御部15を備えている。また、制御装置10は、ステータ2に対するホール素子11の周方向の位置ずれの量に応じた騒音信号を出力するマイクロフォン16と、騒音信号に基づいて前記PWM信号を補正して出力する出力補正部17と、出力補正部17から入力されたPWM信号に基づいてコイルU,V,Wに通電を行う三相インバータ18とを備えている。
【選択図】 図1
Description
本発明はホール素子等を用いてロータの回転位置を検出し、その検出結果に基づいてロータの回転を制御するブラシレスモータの制御装置に関するものである。
従来、ブラシレスモータは、複数のコイルを備えたステータと、該ステータに対向配置されるマグネットロータとを備えている。そして、ブラシレスモータの制御装置を通じてコイルに電流が供給されると、コイルにて回転磁界が発生し、該回転磁界によってマグネットロータが回転する。一般的に、ブラシレスモータの制御装置は、マグネットロータのステータに対する回転位置を検出し、その検出結果に基づいてコイルに電流を供給している。
例えば、特許文献1にて開示されているブラシレスモータの制御装置は、マグネットロータの回転位置を検出するために、回転位置検出手段としてホール素子等の磁気センサを3つ備えている。これらの磁気センサは、マグネットロータと共に回転するセンサマグネットの軸心周りに120°毎に配置されている。そして、磁気センサは、マグネットロータと共に回転するセンサマグネットの磁界の変化に応じた検出信号を速度制御演算部に出力する。速度制御演算部は、3つの磁気センサのうち1つの磁気センサから入力される検出信号に基づいてセンサマグネットの回転周期、即ちマグネットロータの回転周期を算出する。更に、速度制御演算部は、算出した回転周期を複数に分割し、回転周期の分割値に基づいてコイルへの通電タイミングを設定する。
特開2003−47277号公報
ところで、特許文献1のブラシレスモータの制御装置では、センサマグネットの回転位置を検出することにより、マグネットロータの回転位置を検出し、マグネットロータとステータとの位置関係を検出している。そのため、磁気センサの実装位置がずれると、コイルに通電するタイミングがずれてしまい、振動や騒音が発生するという問題がある。
特許文献1のブラシレスモータの制御装置では、3つの磁気センサのうち1つの磁気センサから出力される検出信号に基づいてマグネットロータの回転周期を算出し、その算出結果に基づいてコイルへの通電タイミングを設定しているため、3つの磁気センサ間の実装間隔がずれたことに起因する振動・騒音は抑制することができる。しかしながら、マグネットロータの回転周期を算出するために使用される磁気センサが、ステータに対して周方向にずれた位置に実装された場合には、ステータに対する磁気センサ周方向の位置ずれによって振動・騒音が発生してしまう。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ステータに対する回転位置検出手段の位置ずれに起因する振動・騒音を抑制することができるブラシレスモータの制御装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、マグネットロータを回転させるための回転磁界をステータにて発生させるために、前記ステータに備えられた複数のコイルに通電を行うブラシレスモータの制御装置であって、前記マグネットロータの回転位置に応じた回転位置検出信号を出力する回転位置検出手段と、前記回転位置検出信号に基づいて複数の前記コイルへの通電タイミングを指示する通電指示信号を出力する通電制御手段と、前記ステータに対する前記回転位置検出手段の周方向の位置ずれの量に応じた位置ずれ検出信号を出力する位置ずれ検出手段と、前記位置ずれ検出信号に基づいて前記通電指示信号を補正して出力する位置ずれ補正手段と、前記補正手段から入力された前記通電指示信号に基づいて前記コイルに通電を行う通電手段とを備えた。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のブラシレスモータの制御装置において、前記位置ずれ検出手段は、ブラシレスモータにて発生する騒音を収集する集音手段を備え、収集した前記騒音のレベルに基づいて前記位置ずれ検出信号を生成する。
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載のブラシレスモータの制御装置において、前記位置ずれ検出手段は、ブラシレスモータにて発生する振動を検出する振動検出手段を備え、検出した前記振動のレベルに基づいて前記位置ずれ検出信号を生成する。
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載のブラシレスモータの制御装置において、前記位置ずれ検出手段は、ブラシレスモータにて発生する騒音を収集し前記騒音のレベルに応じた騒音信号を出力する集音手段と、前記騒音信号から特定の周波数成分を検出する周波数成分検出手段とを備え、検出した前記特定の周波数成分の量に基づいて前記位置ずれ検出信号を生成する。
請求項5に記載の発明は、請求項1に記載のブラシレスモータの制御装置において、前記位置ずれ検出手段は、ブラシレスモータにて発生する振動を検出し前記振動のレベルに応じた振動信号を出力する振動検出手段と、前記振動信号から特定の周波数成分を検出する周波数成分検出手段とを備え、検出した前記特定の周波数成分の量に基づいて前記位置ずれ検出信号を生成する。
請求項6に記載の発明は、請求項1乃至請求項5に記載のブラシレスモータの制御装置において、前記回転位置検出手段は、前記ステータに対して、周方向に沿って一方向にずれた位置に実装されていることを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、請求項2乃至請求項6の何れか1項に記載のブラシレスモータの制御装置において、前記位置ずれ補正手段は、前記ブラシレスモータの起動時、及び前記コイルに供給される電圧の波形が矩形波状である時の少なくとも一方の時に、前記位置ずれ検出信号に基づいて前記通電指示信号の補正量を設定する。
(作用)
請求項1に記載の発明によれば、位置ずれ補正手段は、ステータに対する回転位置検出手段の周方向の位置ずれの量に応じて出力された位置ずれ検出信号に基づいて、通電制御手段が出力した通電指示信号を補正して通電手段に出力する。そして、通電手段は、位置ずれ補正手段にて補正された通電指示信号に基づいてコイルに通電を行う。従って、通電手段は、位置ずれ補正手段にて補正された通電指示信号に基づいてコイルに通電を行うことにより、回転位置検出手段が本来実装されるべき位置に実装された場合と同様のタイミングで、コイルに通電を行うことができる。よって、ステータに対する回転位置検出手段の周方向の位置ずれにより、通電手段によるコイルへの通電タイミングがずれることが抑制される。その結果、ステータに対する回転位置検出手段の位置ずれに起因する振動・騒音を抑制することができる。
請求項1に記載の発明によれば、位置ずれ補正手段は、ステータに対する回転位置検出手段の周方向の位置ずれの量に応じて出力された位置ずれ検出信号に基づいて、通電制御手段が出力した通電指示信号を補正して通電手段に出力する。そして、通電手段は、位置ずれ補正手段にて補正された通電指示信号に基づいてコイルに通電を行う。従って、通電手段は、位置ずれ補正手段にて補正された通電指示信号に基づいてコイルに通電を行うことにより、回転位置検出手段が本来実装されるべき位置に実装された場合と同様のタイミングで、コイルに通電を行うことができる。よって、ステータに対する回転位置検出手段の周方向の位置ずれにより、通電手段によるコイルへの通電タイミングがずれることが抑制される。その結果、ステータに対する回転位置検出手段の位置ずれに起因する振動・騒音を抑制することができる。
請求項2に記載の発明によれば、位置ずれ検出手段は、ブラシレスモータにて発生する騒音を集音手段にて収集し、収集した騒音のレベルに基づいて位置ずれ検出信号を生成する。一般的に、ステータに対する回転位置検出手段の周方向の位置ずれの量が大きい程、コイルへの通電タイミングがずれてしまい、ブラシレスモータにおける振動が大きくなる。そして、ブラシレスモータにおける振動が大きくなると、当該振動に伴って騒音も大きくなる。このように、ステータに対する回転位置検出手段の周方向の位置ずれの量と相関関係がある騒音のレベルを利用することにより、回転位置検出手段の周方向の位置ずれの量が精度良く位置ずれ検出信号に反映される。そして、位置ずれ補正手段は、ステータに対する回転位置検出手段の周方向の位置ずれの量が精度良く反映された位置ずれ検出信号に基づいて通電指令信号の補正を行うため、より好適に通電指令信号の補正を行うことができる。
請求項3に記載の発明によれば、位置ずれ検出手段は、ブラシレスモータにて発生する振動を振動検出手段にて検出し、検出した振動のレベルに基づいて位置ずれ検出信号を生成する。一般的に、ステータに対する回転位置検出手段の周方向の位置ずれの量が大きい程、コイルへの通電タイミングがずれてしまい、ブラシレスモータにおける振動が大きくなる。このように、ステータに対する回転位置検出手段の周方向の位置ずれの量と相関関係にある振動のレベルを利用することにより、回転位置検出手段の周方向の位置ずれの量が精度良く位置ずれ検出信号に反映される。そして、位置ずれ補正手段は、ステータに対する回転位置検出手段の周方向の位置ずれの量が精度良く反映された位置ずれ検出信号に基づいて通電指令信号の補正を行うため、より好適に通電指令信号の補正を行うことができる。
請求項4に記載の発明によれば、周波数成分検出手段は、ブラシレスモータにて発生した騒音のレベルに応じた騒音信号から特定の周波数成分を検出する。そして、位置ずれ検出手段は、特定の周波数成分の量に基づいて位置ずれ検出信号を生成する。一般的に、ステータに対する回転位置検出手段の周方向の位置ずれの量が大きい程、騒音信号における低次の周波数成分の量が多くなることがわかっている。従って、騒音信号における低次の周波数成分を特定の周波数成分として検出し、特定の周波数成分の量に基づいて位置ずれ検出信号を生成することにより、回転位置検出手段の周方向の位置ずれの量が精度良く位置ずれ検出信号に反映される。そして、位置ずれ補正手段は、ステータに対する回転位置検出手段の周方向の位置ずれの量が精度良く反映された位置ずれ検出信号に基づいて通電指令信号の補正を行うため、より好適に通電指令信号の補正を行うことができる。
請求項5に記載の発明によれば、周波数成分検出手段は、ブラシレスモータにて発生した振動のレベルに応じた振動信号から特定の周波数成分を検出する。そして、位置ずれ検出手段は、特定の周波数成分の量に基づいて位置ずれ検出信号を生成する。一般的に、ステータに対する回転位置検出手段の周方向の位置ずれの量が大きい程、振動信号における低次の周波数成分の量が多くなることがわかっている。従って、振動信号における低次の周波数成分を特定の周波数成分として検出し、特定の周波数成分の量に基づいて位置ずれ検出信号を生成することにより、回転位置検出手段の周方向の位置ずれの量が精度良く位置ずれ検出信号に反映される。そして、位置ずれ補正手段は、ステータに対する回転位置検出手段の周方向の位置ずれの量が精度良く反映された位置ずれ検出信号に基づいて通電指令信号の補正を行うため、より好適に通電指令信号の補正を行うことができる。
請求項6に記載の発明によれば、回転位置検出手段は、本来実装されるべき位置から周方向に沿って一方向にずれた位置に実装されている。従って、通電指令信号の位相を進めるように補正したらよいのか、遅らすように補正したらよいのかという判断をしなくてもよい。その結果、位置ずれ補正手段は、通電指令信号の補正を容易に行うことができる。
請求項7に記載の発明によれば、位置ずれ補正手段は、ブラシレスモータの起動時、及びコイルに供給される電圧の波形が矩形波状である時の少なくとも一方の時に、位置ずれ検出信号に基づいて通電指示信号の補正量を設定する。一般的に、マグネットロータの回転速度が大きい時に比べて、ブラシレスモータの起動時等、マグネットロータの回転速度が小さい時の方が、ステータに対する回転位置検出手段の周方向の位置ずれに起因する騒音・振動を取り込みやすい。また、コイルに供給される電圧の波形が任意波形形状の時に比べて、矩形波状の時の方が、ステータに対する回転位置検出手段の周方向の位置ずれに起因する騒音・振動を取り込みやすい。従って、ブラシレスモータの起動時や、コイルに供給される電圧の波形が矩形波状である時には、ステータに対する回転位置検出手段の位置ずれの量が更に精度良く反映された回転位置検出信号が位置ずれ検出手段から出力されることになる。そして、位置ずれ補正手段は、ステータに対する回転位置検出手段の位置ずれの量が更に精度良く反映された回転位置検出信号に基づいて、通電指令信号の補正量を設定し、以後、設定した補正量だけ通電指令信号の補正を行う。その結果、通電手段は、常に、好適に補正された通電指令信号に基づいた好適な通電タイミングでコイルへ通電を行うことができる。
本発明によれば、ステータに対する回転位置検出手段の位置ずれに起因する振動・騒音を抑制可能なブラシレスモータの制御装置を提供することができる。
(第1実施形態)
以下、本発明を具体化した第1実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、ブラシレスモータ1は、略円筒状をなすステータ2と、該ステータ2の外周側に配置されたマグネットロータ3とを備えて構成されている。このブラシレスモータ1は、例えば車両用空調装置の送風用モータとして使用される。
以下、本発明を具体化した第1実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、ブラシレスモータ1は、略円筒状をなすステータ2と、該ステータ2の外周側に配置されたマグネットロータ3とを備えて構成されている。このブラシレスモータ1は、例えば車両用空調装置の送風用モータとして使用される。
前記マグネットロータ3は複数の磁極を有するマグネット4を備えており、マグネット4はステータ2に対して径方向に対向している。ステータ2は、コイルU,V,Wを備えている。そして、ブラシレスモータ1を制御する制御装置10からコイルU,V,Wに電流が供給されると、ステータ2にて回転磁界が発生し、この回転磁界によってマグネットロータ3が回転される。マグネットロータ3が回転されると、車両用空調装置のファン(図示略)がマグネットロータ3と一体回転し、送風する。
制御装置10は、複数(本実施形態では3つ)のホール素子11〜13、の速度指令回路14、通電制御部15、マイクロフォン16、出力補正部17、及び三相インバータ18を備えて構成されている。
3つのホール素子11〜13は、ステータ2に対するマグネットロータ3の回転位置を検出するためのものである。ホール素子11〜13は、ステータ2のコイルU,V,Wにそれぞれ対応して設けられており、マグネットロータ3の周囲(ステータ2の周囲)に配置されている。周方向に隣接するホール素子11〜13間には、所定間隔が空けられている。そして、これらのホール素子11〜13は通電制御部15に電気的に接続されており、マグネットロータ3の回転による磁界の変化に応じた回転位置検出信号を通電制御部15に出力する。因みに、回転位置検出信号はパルス信号である。
3つのホール素子11〜13は、ステータ2に対して意図的に周方向にずらして実装されている。ホール素子11を例に説明すると、図2に示すように、ホール素子11は、ステータ2に対して、マグネットロータ3の回転方向の前方側にずれた位置に実装されている。従って、図3に示すように、ホール素子11が出力する回転位置検出信号は、ホール素子11の実装位置がマグネットロータ3の回転方向の前方側にずれた分だけ、ステータ2に対して理想的な位置(図2中に二点差線にて図示している)に実装されたホール素子が出力する回転位置検出信号よりも位相が遅れた信号となる。尚、図3においては、本実施形態のホール素子11が出力する回転位置検出信号を実線にて図示し、理想的な位置に配置されたホール素子が出力する回転位置検出信号を二点差線にて図示している。
ホール素子12,13についても、ホール素子11と同様に、ステータ2に対して、意図的にマグネットロータ3の回転方向の前方側にずれた位置に実装されている。従って、ホール素子12,13からそれぞれ出力される回転位置検出信号も、ホール素子12,13の実装位置がマグネットロータ3の回転方向の前方側にずれた分だけ、ステータ2に対して理想的な位置に実装されたホール素子が出力する回転位置検出信号よりも位相が遅れた信号となる。
前記速度指令回路14は、フィルタ回路や増幅回路等各種回路を含めて構成されている。或いは、速度指令回路14は、フィルタ回路や増幅回路等各種回路を含めた構成と同等の機能を有するIC等により構成されている。速度指令回路14には、操作スイッチ19が電気的に接続されている。操作スイッチ19は、車両のインストルメントパネル等に設けられており、車両用空調装置の電源スイッチや、風量調節用のスイッチ等から構成されている。そして、搭乗者によって操作スイッチ19が操作されると、速度指令回路14は、操作スイッチ19の操作に応じたマグネットロータ3の回転数を示す速度指令信号を通電制御部15に出力する。
前記通電制御部15は、図示しないCPU(Central Processing Unit )、ROM(Read-Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、タイマ等を含めて構成されたマイクロコンピュータである。構造的には1乃至複数の集積回路により構成されている。そして、機能的には、コンパレータ回路(比較回路)、増幅回路、乗算回路等の各種回路及びこれらを組み合わせて構成されている。
通電制御部15は、速度指令回路14から入力される速度指令信号に基づいて、三相インバータ18を駆動させるための通電指令信号としてのPWM信号を出力する。詳しくは、通電制御部15は、速度指令信号に基づき、前記ROMに記憶された制御マップをもとに、三相インバータ18からコイルU,V,Wに供給される電圧の波形形状が任意波形形状となるようなPWM(パルス幅変調)信号を出力補正部17に出力する。また、通電制御部15は、前記ホール素子11〜13から入力される回転位置検出信号に基づいて、マグネットロータ3の回転方向、回転位置、及び回転数を算出する。
前記マイクロフォン16は、ブラシレスモータ1の駆動時に、ブラシレスモータ1にて発生する騒音を収集するためのものである。このマイクロフォン16は、収集した騒音のレベル(大きさ)に基づいて回転位置検出信号としての騒音信号を生成し、該騒音信号を出力補正部17に出力する。騒音信号は、例えば、収集した騒音のレベル(大きさ)に応じた大きさの電圧として出力される。尚、ステータ2に対するホール素子11〜13の周方向の位置ずれに起因する騒音を効果的に収集するために、マイクロフォン16は、車両用空調装置において、ブラシレスモータ1にて発生した騒音が増幅されて大きくなる場所に配置されることが望ましい。
前記出力補正部17は、通電制御部15と電気的に接続されており、1乃至複数の集積回路により構成されている。出力補正部17は、マイクロフォン16から入力された騒音信号に基づいて、通電制御部15から入力されたPWM信号を補正する。そして、出力補正部17は、補正したPWM信号を三相インバータ18に出力する。一般的に、ステータ2に対するホール素子11〜13の周方向の位置ずれの量が大きい程、コイルU,V,Wへの通電タイミングがずれるため、ブラシレスモータ1にて発生する振動が大きくなる。それに伴い、ブラシレスモータ1にて発生する騒音が大きくなる。従って、例えば、出力補正部17は、マイクロフォン16にて収集される騒音のレベルが小さくなるように、即ち、騒音信号の電圧の大きさが小さくなるように、通電制御部15が出力したPWM信号の位相をずらして出力する。これにより、出力補正部17が出力するPWM信号は、理想的な位置に配置されたホール素子が出力する回転位置検出信号に基づいて生成されたPWM信号に近づく。
前記三相インバータ18は、複数のMOSFETを組み合わせて構成されている。三相インバータ18は、電源Bに接続されており、出力補正部17から入力されるPWM信号に基づいてコイルU,V,Wに通電を行う。
次に、ブラシレスモータ1の制御装置10の動作について説明する。
本実施形態の制御装置10は、相補PWM制御にてブラシレスモータ1の駆動を行う。制御装置10においては、車両の搭乗者により操作スイッチ19が操作されると、速度指令回路14が、操作スイッチ19の操作に応じたマグネットロータ3の回転数を示す速度指令信号を通電制御部15に出力する。
本実施形態の制御装置10は、相補PWM制御にてブラシレスモータ1の駆動を行う。制御装置10においては、車両の搭乗者により操作スイッチ19が操作されると、速度指令回路14が、操作スイッチ19の操作に応じたマグネットロータ3の回転数を示す速度指令信号を通電制御部15に出力する。
通電制御部15は、速度指令信号が入力されると、速度指令信号に基づいてROMに記憶された制御マップをもとにPWM信号を出力する。そして、PWM信号に基づいて三相インバータ18が駆動され、三相インバータ18がコイルU,V,Wに通電を行う。これにより、コイルU,V,Wを備えたステータ2にて回転磁界が発生し、この回転磁界によりマグネットロータ3が回転される。
マグネットロータ3が回転されると、各ホール素子11〜13は、マグネットロータ3の回転による磁界の変化に応じた回転位置検出信号を通電制御部15に出力する。通電制御部15は、各回転位置検出信号に基づいてマグネットロータ3の回転方向及び回転数を算出する。そして、通電制御部15は、算出したマグネットロータ3の回転数と、速度指令信号が示す操作スイッチ19の操作に応じたマグネットロータ3の回転数との偏差を取る。通電制御部15は、この偏差に基づいたPWM信号を生成し、出力補正部17に出力する。
また、マグネットロータ3が回転されると、ステータ2に対するホール素子11〜13の周方向の位置ずれに起因する騒音がブラシレスモータ1にて発生する。マイクロフォン16は、この騒音を収集し、収集した騒音のレベルに応じた騒音信号を出力補正部17に出力する。
出力補正部17は、騒音信号に基づいて、通電制御部15から入力されるPWM信号を補正する。本第1実施形態では、ホール素子11は、ステータ2に対して、マグネットロータ3の回転方向の前方側にずれた位置に実装されていることから、ホール素子11が出力する回転位置検出信号は、理想的な位置に実装されたホール素子が出力する回転位置検出信号よりも位相が遅れた信号となる。そのため、ホール素子11が出力する回転位置検出信号に基づいて生成されたPWM信号は、理想的な位置に実装されたホール素子が出力する回転位置検出信号に基づいて生成されたPWM信号よりも位相が遅れた信号となる。従って、出力補正部17は、騒音のレベルが小さくなるようにPWM信号の位相を進める補正を行う。出力補正部17によるPWM信号の補正は、ステータ2に対するホール素子11の周方向の位置ずれの量に基づいて、コイルU,V,Wに対応する各PWM信号についてそれぞれ行われる。そして、出力補正部17は、補正したPWM信号を三相インバータ18に出力する。
三相インバータ18は、出力補正部17にて補正されたPWM信号に基づいてコイルU,V,Wに通電を行う。例えば、出力補正部17にてPWM信号が補正されない場合、通電制御部15にて生成されたPWM信号に基づいて三相インバータ18がコイルU,V,Wに通電を行うと、三相インバータ18からコイルU,V,Wに供給される電圧は、図3に破線にて示すように位相が遅れてしまう。即ち、コイルU,V,Wへの通電タイミングがおくれてしまう。しかしながら、本実施形態では、出力補正部17が、騒音信号に基づいて、通電制御部15にて生成されたPWM信号の位相を進めている。そのため、図3に示すように、補正されたPWM信号に基づいて三相インバータ18がコイルU,V,Wに供給する電圧の位相は、補正されていないPWM信号に基づいて三相インバータ18がコイルU,V,Wに供給する電圧の位相よりも進んだものとなる。図3では、本実施形態の三相インバータ18がコイルU,V,Wに供給する電圧の波形を実線にて示している。また、図3では、コイルU,V,Wに供給される電圧の波形は、実際は、相補PWMによるパルス波形であるが、図3では、理解を促すために平均電圧で図示している。
このように、三相インバータ18は、出力補正部17にて補正されたPWM信号に基づいてコイルU,V,Wに通電を行うことにより、理想的な位置に実装されたホール素子から入力される位置検出信号に基づいて生成されたPWM信号に基づいて通電を行う場合と同様の通電タイミングでコイルU,V,Wに通電を行うことができる。
上記したように、本第1実施形態によれば、以下の作用・効果を有する。
(1)出力補正部17は、ステータ2に対するホール素子11の周方向の位置ずれの量が反映された騒音信号に基づいて、通電制御部15が出力したPWM信号を補正して三相インバータ18に出力する。三相インバータ18は、出力補正部17にて補正されたPWM信号に基づいてコイルU,V,Wに通電を行う。従って、三相インバータ18は、出力補正部17にて補正されたPWM信号に基づいてコイルU,V,Wに通電を行うことにより、ホール素子11が本来実装されるべき位置(理想的な位置)に実装された場合と同様のタイミングで、コイルU,V,Wに通電を行うことができる。よって、ステータ2に対するホール素子11〜13の周方向の位置ずれにより、三相インバータ18によるコイルU,V,Wの通電タイミングがずれることが抑制される。その結果、ステータ2に対するホール素子11〜13の位置ずれに起因する振動・騒音を抑制することができる。
(1)出力補正部17は、ステータ2に対するホール素子11の周方向の位置ずれの量が反映された騒音信号に基づいて、通電制御部15が出力したPWM信号を補正して三相インバータ18に出力する。三相インバータ18は、出力補正部17にて補正されたPWM信号に基づいてコイルU,V,Wに通電を行う。従って、三相インバータ18は、出力補正部17にて補正されたPWM信号に基づいてコイルU,V,Wに通電を行うことにより、ホール素子11が本来実装されるべき位置(理想的な位置)に実装された場合と同様のタイミングで、コイルU,V,Wに通電を行うことができる。よって、ステータ2に対するホール素子11〜13の周方向の位置ずれにより、三相インバータ18によるコイルU,V,Wの通電タイミングがずれることが抑制される。その結果、ステータ2に対するホール素子11〜13の位置ずれに起因する振動・騒音を抑制することができる。
(2)ブラシレスモータ1にて発生する騒音のレベル(大きさ)は、ステータ2に対するホール素子11の周方向の位置ずれの量に相関関係がある。そのため、騒音信号には、ホール素子11の周方向の位置ずれの量が精度良く反映される。そして、出力補正部17は、ステータ2に対するホール素子11の周方向の位置ずれの量が精度良く反映された騒音信号に基づいてPWM信号の補正を行うため、より好適にPWM信号の補正を行うことができる。
(3)マイクロフォン16にて集音した騒音のレベルを利用することにより、出力補正部17は、ステータ2に対するホール素子11の周方向の位置ずれの量に応じた補正を容易に行うことができる。
(4)ホール素子11〜13は、ステータ2に対して、意図的にマグネットロータ3の回転方向の前方側にずれた位置に実装されている。そのため、出力補正部17は、通電制御部15から入力されるPWM信号を補正する際、コイルU,V,Wに対応する何れのPWM信号に対しても位相を進めるように補正すればよい。このように、ホール素子11〜13が、ステータ2に対して、意図的にマグネットロータ3の回転方向の前方側にずれた位置に実装されていると、出力補正部17は、PWM信号の位相を進めるように補正を行うか、それともPWM信号の位相を遅らせるように補正を行うかの判断を行わなくても良い。従って、出力補正部17は、容易にPWM信号の補正を行うことができる。
(第2実施形態)
以下、本発明を具体化した第2実施形態を図面に従って説明する。尚、本第2実施形態では、上記第1実施形態と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
以下、本発明を具体化した第2実施形態を図面に従って説明する。尚、本第2実施形態では、上記第1実施形態と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図4に示すように、本第2実施形態の制御装置20は、フィルタ21を備えている。このフィルタ21は、アナログフィルタであってもよいし、デジタルフィルタであってもよい。そして、本第2実施形態では、マイクロフォン16が出力する騒音信号は、フィルタ21に入力される。フィルタ21は、騒音信号から、特定の周波数成分を検出する。そして、フィルタ21は、検出した特定の周波数成分の量に基づいて周波数検出信号(位置ずれ検出信号)を生成し、該周波数検出信号を出力補正部17に出力する。周波数検出信号は、例えば、特定の周波数成分の量に応じた大きさの電圧として出力される。即ち、特定の周波数成分の量が多いほど周波数検出信号の電圧値は大きくなり、逆に、特定の周波数成分の量が少ないほど周波数検出信号の電圧値は小さくなる。
ここで、特定の周波数成分について説明する。一般的に、ステータ2に対するホール素子11〜13の周方向の位置ずれの量が大きい程、低次の周波数成分の量が多くなることが知られている。例えば、磁極の数が「6」であって、コイルU,V,Wに三相の駆動電流が供給されるブラシレスモータ1の場合には、当該ブラシレスモータ1の周波数の基本成分は18f(fはブラシレスモータの1回転の周波数)である。そして、基本成分18fよりも低次で、磁極の数「6」の倍数である12f,6fが特定の周波数成分となる。
本第2実施形態の出力補正部22は、フィルタ21から入力された周波数検出信号に基づいて、通電制御部15から入力されたPWM信号を補正する。そして、出力補正部22は、補正したPWM信号を三相インバータ18に出力する。上記したように、一般的に、ステータ2に対するホール素子11〜13の周方向の位置ずれの量が大きい程、低次の周波数成分の量が多くなることが知られている。従って、出力補正部22は、騒音信号に含まれる特定の周波数成分の量が少なくなるように、即ち、周波数検出信号の電圧の大きさが小さくなるように、通電制御部15が出力したPWM信号の位相をずらして出力する。これにより、出力補正部22が出力するPWM信号は、理想的な位置に配置されたホール素子が出力する回転位置検出信号に基づいて生成されたPWM信号に近づく。
次に、本第2実施形態の制御装置20の特徴的な動作について説明する。
ブラシレスモータ1が駆動され、マグネットロータ3が回転すると、ステータ2に対するホール素子11〜13の位置ずれに起因する騒音がブラシレスモータ1にて発生する。マイクロフォン16は、この騒音を収集し、収集した騒音のレベルに応じた騒音信号をフィルタ21に出力する。
ブラシレスモータ1が駆動され、マグネットロータ3が回転すると、ステータ2に対するホール素子11〜13の位置ずれに起因する騒音がブラシレスモータ1にて発生する。マイクロフォン16は、この騒音を収集し、収集した騒音のレベルに応じた騒音信号をフィルタ21に出力する。
フィルタ21は、入力された騒音信号から、特定の周波数成分を検出する。そして、フィルタ21は、検出した特定の周波数成分の量に基づいて生成した周波数検出信号を出力補正部22に出力する。出力補正部22は、周波数検出信号に基づいて、通電制御部15から入力されるPWM信号を補正する。本第2実施形態では、上記第1実施形態と同様に、ホール素子11は、ステータ2に対して、意図的にマグネットロータ3の回転方向の前方側にずれた位置に実装されていることから、ホール素子11が出力する回転位置検出信号は、理想的な位置に実装されたホール素子が出力する回転位置検出信号よりも位相が遅れた信号となる。そのため、ホール素子11が出力する回転位置検出信号に基づいて生成されたPWM信号は、理想的な位置に実装されたホール素子が出力する回転位置検出信号に基づいて生成されたPWM信号よりも位相が遅れた信号となる。従って、出力補正部22は、特定の周波数成分の量が少なくなるようにPWM信号の位相を進める補正を行う。出力補正部22によるPWM信号の補正は、ステータ2に対するホール素子11の周方向の位置ずれの量に基づいて、コイルU,V,Wに対応する各PWM信号についてそれぞれ行われる。そして、出力補正部22は、補正したPWM信号を三相インバータ18に出力する。
三相インバータ18は、出力補正部22にて補正されたPWM信号に基づいてコイルU,V,Wに通電を行う。三相インバータ18は、出力補正部22にて補正されたPWM信号に基づいてコイルU,V,Wに通電を行うことにより、上記第1実施形態と同様に、理想的な位置に実装されたホール素子から入力される位置検出信号に基づいて生成されたPWM信号に基づいて通電を行う場合と同様の通電タイミングでコイルU,V,Wに通電を行うことができる。
上記したように、本第2実施形態によれば、上記第1実施形態の(3)と同様の作用・効果に加えて、以下の作用・効果を有する。
(1)出力補正部22は、ステータ2に対するホール素子11の周方向の位置ずれの量が反映された周波数検出信号に基づいて、通電制御部15が出力したPWM信号を補正して三相インバータ18に出力する。三相インバータ18は、出力補正部22にて補正されたPWM信号に基づいてコイルU,V,Wに通電を行う。従って、三相インバータ18は、出力補正部22にて補正されたPWM信号に基づいてコイルU,V,Wに通電を行うことにより、ホール素子11が本来実装されるべき位置(理想的な位置)に実装された場合と同様のタイミングで、コイルU,V,Wに通電を行うことができる。よって、ステータ2に対するホール素子11〜13の周方向の位置ずれにより、三相インバータ18によるコイルU,V,Wの通電タイミングがずれることが抑制される。その結果、ステータ2に対するホール素子11〜13の位置ずれに起因する振動・騒音を抑制することができる。
(1)出力補正部22は、ステータ2に対するホール素子11の周方向の位置ずれの量が反映された周波数検出信号に基づいて、通電制御部15が出力したPWM信号を補正して三相インバータ18に出力する。三相インバータ18は、出力補正部22にて補正されたPWM信号に基づいてコイルU,V,Wに通電を行う。従って、三相インバータ18は、出力補正部22にて補正されたPWM信号に基づいてコイルU,V,Wに通電を行うことにより、ホール素子11が本来実装されるべき位置(理想的な位置)に実装された場合と同様のタイミングで、コイルU,V,Wに通電を行うことができる。よって、ステータ2に対するホール素子11〜13の周方向の位置ずれにより、三相インバータ18によるコイルU,V,Wの通電タイミングがずれることが抑制される。その結果、ステータ2に対するホール素子11〜13の位置ずれに起因する振動・騒音を抑制することができる。
(2)騒音信号における低次の周波数成分の量は、ステータ2に対するホール素子11の周方向の位置ずれの量に相関関係がある。そのため、騒音信号における低次の周波数成分の量に応じて出力される周波数検出信号には、ホール素子11の周方向の位置ずれの量が精度良く反映される。そして、出力補正部22は、ステータ2に対するホール素子11の周方向の位置ずれの量が精度良く反映された周波数検出信号に基づいてPWM信号の補正を行うため、より好適にPWM信号の補正を行うことができる。
(3)マイクロフォン16から出力される騒音信号から特定の周波数成分を検出し、検出した特定の周波数成分を利用することにより、出力補正部22は、ステータ2に対するホール素子11の周方向の位置ずれの量に応じた補正を容易に行うことができる。
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記各実施形態では、制御装置10,20は、マイクロフォン16を備えているが、図1及び図4に示すように、マイクロフォン16に替えて振動センサ31を備えてもよい。例えば、図1に示すように、振動センサ31を備えた制御装置10では、振動センサ31は、ブラシレスモータ1にて発生した振動を検出し、検出した振動のレベル(大きさ)に基づいて振動信号(位置ずれ検出信号)生成する。そして、振動センサ31は、生成した振動信号を出力補正部17に出力する。出力補正部17は、振動信号に基づいて、通電制御部15が出力したPWM信号を補正する。一般的に、ステータ2に対するホール素子11〜13の周方向の位置ずれの量が大きい程、コイルU,V,Wへの通電タイミングがずれてしまい、ブラシレスモータ1における振動が大きくなる。従って、例えば、出力補正部17は、振動センサ31にて検出される振動のレベルが小さくなるように通電制御部15が出力したPWM信号を補正する。このように、ステータ2に対するホール素子11の周方向の位置ずれの量と相関関係がある振動のレベルを利用すると、振動信号には、ホール素子11の周方向の位置ずれの量が精度良く反映される。従って、出力補正部17は、ステータ2に対するホール素子11の周方向の位置ずれの量が精度良く反映された振動信号に基づいてPWM信号の補正を行うため、より好適にPWM信号の補正を行うことができる。
・上記各実施形態では、制御装置10,20は、マイクロフォン16を備えているが、図1及び図4に示すように、マイクロフォン16に替えて振動センサ31を備えてもよい。例えば、図1に示すように、振動センサ31を備えた制御装置10では、振動センサ31は、ブラシレスモータ1にて発生した振動を検出し、検出した振動のレベル(大きさ)に基づいて振動信号(位置ずれ検出信号)生成する。そして、振動センサ31は、生成した振動信号を出力補正部17に出力する。出力補正部17は、振動信号に基づいて、通電制御部15が出力したPWM信号を補正する。一般的に、ステータ2に対するホール素子11〜13の周方向の位置ずれの量が大きい程、コイルU,V,Wへの通電タイミングがずれてしまい、ブラシレスモータ1における振動が大きくなる。従って、例えば、出力補正部17は、振動センサ31にて検出される振動のレベルが小さくなるように通電制御部15が出力したPWM信号を補正する。このように、ステータ2に対するホール素子11の周方向の位置ずれの量と相関関係がある振動のレベルを利用すると、振動信号には、ホール素子11の周方向の位置ずれの量が精度良く反映される。従って、出力補正部17は、ステータ2に対するホール素子11の周方向の位置ずれの量が精度良く反映された振動信号に基づいてPWM信号の補正を行うため、より好適にPWM信号の補正を行うことができる。
また、図4に示すように、振動センサ31を備えた制御装置20では、振動センサ31からフィルタ21に振動信号が入力されると、フィルタ21は、振動信号から特定の周波数成分(上記第2実施形態のものと同じ)を検出する。そして、フィルタ21は、検出した特定の周波数成分の量に基づいて周波数検出信号(位置ずれ検出信号)生成し、該周波数検出信号を出力補正部22に出力する。出力補正部22は、周波数検出信号に基づいて、通電制御部15が出力したPWM信号を補正する。一般的に、ステータ2に対するホール素子11〜13の位置ずれの量が大きい程、振動信号における低次の周波数成分の量が多くなることがわかっている。従って、例えば、出力補正部22は、出力補正部22は、振動信号に含まれる特定の周波数成分の量が少なくなるように通電制御部15が出力したPWM信号を補正する。このように、振動信号における低次の周波数成分を特定の周波数成分を利用すると、周波数検出信号には、ホール素子11の周方向の位置ずれの量が精度良く反映される。よって、出力補正部22は、ステータ2に対するホール素子11の周方向の位置ずれの量が精度良く反映された周波数検出信号に基づいてPWM信号の補正を行うため、より好適にPWM信号の補正を行うことができる。
・一般的に、マグネットロータ3の回転速度が大きい時に比べて、ブラシレスモータ1の起動時等、マグネットロータ3の回転速度が小さい時の方が、ステータ2に対するホール素子11の周方向の位置ずれに起因する振動・騒音を取り込みやすい。また、コイルU,V,Wに供給される電圧の波形が任意波形形状の時に比べて、コイルU,V,Wに供給される電圧の波形が矩形波状の時の方が、ステータ2に対するホール素子11の周方向の位置ずれに起因する振動・騒音を取り込みやすい。そのため、ブラシレスモータ1の起動時や、コイルU,V,Wに供給される電圧の波形が矩形波状である時に、マイクロフォン16にて騒音取り込むと、ステータ2に対するホール素子11の周方向の位置ずれの量が騒音信号に一層精度良く反映される。同様に、ブラシレスモータ1の起動時や、コイルU,V,Wに供給される電圧の波形が矩形波状である時に、振動センサ31にて振動を検出すると、ステータ2に対するホール素子11の周方向の位置ずれの量が騒音信号に一層精度良く反映される。従って、出力補正部17,22は、ブラシレスモータ1の起動時や、コイルU,V,Wに供給される電圧の波形が矩形波状の時に、騒音信号や振動信号(若しくは、これらの騒音信号や振動信号から検出される特定の周波数成分の量に基づいて生成した周波数検出信号)に基づいて、通電制御部15が出力したPWM信号の補正量を設定してもよい。出力補正部17,22は、PWM信号の補正量を設定した後は、設定した補正量の分だけ位相をずらすように通電制御部15が出力したPWM信号を補正する。このようにすると、通電制御部15が出力したPWM信号は、常に、ステータ2に対するホール素子11の周方向の位置ずれの量が一層精度良く反映された振動信号や騒音信号(若しくは、これらの騒音信号や振動信号から検出される特定の周波数成分の量に基づいて生成した周波数検出信号)に基づいて設定された補正量の分だけ補正される。よって、三相インバータ18は、常に、ホール素子11〜13が理想的な位置に実装された場合と同様に好適なPWM信号に基づいて、好適な通電タイミングでコイルU,V,Wへ通電を行うことができる。
・上記各実施形態では、ホール素子11〜13は、ステータ2に対して、意図的にマグネットロータ3の回転方向の前方側にずれた位置に実装されている。しかしながら、ホール素子11〜13は、ステータ2に対して、意図的にマグネットロータ3の回転方向の後方側にずれた位置に実装されてもよい。この場合、ホール素子11〜13からそれぞれ出力される回転位置検出信号は、ホール素子11〜13の実装位置がマグネットロータ3の回転方向の後方側にずれた分だけ、ステータ2に対して理想的な位置に実装されたホール素子が出力する回転位置検出信号よりも位相が進んだ信号となる。従って、出力補正部17,22は、通電制御部15が出力したPWM信号の位相を遅らすように当該PWM信号を補正する。このようにしても、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、ホール素子11〜13は、意図的にステータ2に対して周方向にずらして実装されなくてもよい。この場合、出力補正部17,22は、例えば、三相インバータ18から出力される電流の波形や、電源Bから三相インバータ18に供給される電圧の波形を利用して、ホール素子11が、ステータ2に対してマグネットロータ3の回転方向の前方側及び後方側の何れの方向にずれているかを判別する。
・上記各実施形態では、ホール素子11〜13は、マグネットロータ3の回転によるマグネット4の磁界の変化を検出している。しかしながら、ホール素子11〜13は、マグネットロータ3のシャフト(図示略)に一体回転可能に固定されたセンサマグネット(図示略)の磁界の変化を検出するように構成されてもよい。
・上記各実施形態では、ホール素子11〜13は、マグネットロータ3の周囲(ステータ2の周囲)に配置されている。しかしながら、ホール素子11〜13は、マグネットロータ3の回転による磁界の変化を検出可能な位置に配置されていればよい。例えば、ホール素子11〜13は、マグネットロータ3のマグネット4に対し、軸方向に対向する位置に配置されていてもよい。
・上記各実施形態では、ステータ2に対するマグネットロータ3の回転位置を検出するために、ホール素子11〜13を用いている。しかしながら、ホール素子11〜13以外の磁気センサを用いてマグネットロータ3の回転位置を検出してもよい。また、磁気センサ以外の回転検出センサ(ロータリエンコーダ等)を用いて、マグネットロータ3の回転位置を検出してもよい。
1…ブラシレスモータ、2…ステータ、3…マグネットロータ、10,20…ブラシレスモータの制御装置としての制御装置、11…回転位置検出手段としてのホール素子、15…通電制御手段としての通電制御部、16…位置ずれ検出手段を構成する集音手段としてのマイクロフォン、17,22…位置ずれ補正手段としての出力補正部、18…通電手段としての三相インバータ、21…位置ずれ検出手段を構成する周波数成分検出手段としてのフィルタ、31…位置ずれ検出手段を構成する振動検出手段としての振動センサ、U,V,W…コイル。
Claims (7)
- マグネットロータを回転させるための回転磁界をステータにて発生させるために、前記ステータに備えられた複数のコイルに通電を行うブラシレスモータの制御装置であって、
前記マグネットロータの回転位置に応じた回転位置検出信号を出力する回転位置検出手段と、
前記回転位置検出信号に基づいて複数の前記コイルへの通電タイミングを指示する通電指示信号を出力する通電制御手段と、
前記ステータに対する前記回転位置検出手段の周方向の位置ずれの量に応じた位置ずれ検出信号を出力する位置ずれ検出手段と、
前記位置ずれ検出信号に基づいて前記通電指示信号を補正して出力する位置ずれ補正手段と、
前記補正手段から入力された前記通電指示信号に基づいて前記コイルに通電を行う通電手段と
を備えたことを特徴とするブラシレスモータの制御装置。 - 請求項1に記載のブラシレスモータの制御装置において、
前記位置ずれ検出手段は、ブラシレスモータにて発生する騒音を収集する集音手段を備え、収集した前記騒音のレベルに基づいて前記位置ずれ検出信号を生成することを特徴とするブラシレスモータの制御装置。 - 請求項1に記載のブラシレスモータの制御装置において、
前記位置ずれ検出手段は、ブラシレスモータにて発生する振動を検出する振動検出手段を備え、検出した前記振動のレベルに基づいて前記位置ずれ検出信号を生成することを特徴とするブラシレスモータの制御装置。 - 請求項1に記載のブラシレスモータの制御装置において、
前記位置ずれ検出手段は、ブラシレスモータにて発生する騒音を収集し前記騒音のレベルに応じた騒音信号を出力する集音手段と、前記騒音信号から特定の周波数成分を検出する周波数成分検出手段とを備え、検出した前記特定の周波数成分の量に基づいて前記位置ずれ検出信号を生成することを特徴とするブラシレスモータの制御装置。 - 請求項1に記載のブラシレスモータの制御装置において、
前記位置ずれ検出手段は、ブラシレスモータにて発生する振動を検出し前記振動のレベルに応じた振動信号を出力する振動検出手段と、前記振動信号から特定の周波数成分を検出する周波数成分検出手段とを備え、検出した前記特定の周波数成分の量に基づいて前記位置ずれ検出信号を生成することを特徴とするブラシレスモータの制御装置。 - 請求項1乃至請求項5に記載のブラシレスモータの制御装置において、
前記回転位置検出手段は、前記ステータに対して、周方向に沿って一方向にずれた位置に実装されていることを特徴とするブラシレスモータの制御装置。 - 請求項2乃至請求項6の何れか1項に記載のブラシレスモータの制御装置において、
前記位置ずれ補正手段は、前記ブラシレスモータの起動時、及び前記コイルに供給される電圧の波形が矩形波状である時の少なくとも一方の時に、前記位置ずれ検出信号に基づいて前記通電指示信号の補正量を設定することを特徴とするブラシレスモータの制御装置。
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