JP2007151266A - ブラシレスモータ用駆動装置及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシレスモータの磁極センサの１つが故障しても継続運転可能にする。
【解決手段】モータ２にＰＷＭ信号を出力する演算部４ａと、ホールＩＣ７ｕ・７ｖ・７ｗのいずれか１つが故障したら故障検出信号を演算部に出力する故障検出部４ｃと、故障したホールＩＣによる相信号の代わりとなる疑似信号を発生する疑似信号発生部４ｄとを有し、故障時には疑似信号を用いて通常と同じ制御を行うことができる。停止制御しなくても回転を続行し得るため、自動機械などで初期状態となる待機位置まで駆動させた後に故障に対処することができるなど、取り扱い性が良い。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシレスモータ用駆動装置及びその駆動方法に関するものである。

従来、ブラシレスモータにあっては、ホールＩＣによりロータの磁極位置を検出し、例えば３相の場合にはＵ相・Ｖ相・Ｗ相に対応する各検出信号が電気角１２０度間隔で生じ、各検出信号に合わせて電流を流すべき相への接続を切り替えている（例えば特許文献１参照）。
特開昭６４−７４０８９号公報

しかしながら、各相に対応するホールＩＣのいずれか１つが故障した場合には、各相の検出信号の内の１つが変化しなくなるため所望のモータの回転駆動制御ができなくなってしまうという問題があった。

例えば、正常な場合の各相に対応するホールＩＣの検出信号は図４（ａ）のようになっている。正常な場合には図に示されるように矩形波が順に切り換わり、それにより電気角で１回転する間に６ステージの異なったパターンを発生する。それに対して、例えばＶ相に対応するホールＩＣが低レベル（Ｌ）出力のままとなる故障を起こした場合には、図４（ｂ）のようになる。その場合には、通常ではありえないＵ・Ｖ・Ｗ相の組み合わせ（例えば全てＬや１回転中でのパターンの重複）が発生するため、従来の制御ではそのような場合にはモータを停止させるようにしていた。

一方、モータ装置にあっては、重大な故障でない場合にはモータの回転を維持したい場合がある。例えば自動機械などで最後のステップまで動作させて、通常の停止位置で停止した後に故障箇所を点検修理することができると使い勝手が向上する。

このような課題を解決して、ブラシレスモータ用駆動装置において、複数の磁極センサの１つが故障してもモータを継続運転可能にすることを実現するために本発明に於いては、ブラシレスモータの各相に対応して設けられた複数の磁極センサと、前記複数の磁極センサによる検出信号に応じて転流パターンを生成する転流パターン生成手段と、前記転流パターンに応じて前記モータのコイルに電流を流すための通電回路とを有するブラシレスモータ用駆動装置であって、前記磁極センサの故障を検出するための故障検出手段と、前記故障検出手段により前記複数の磁極センサのいずれか１つの故障が検出された場合には、前記複数の磁極センサの他のものによる検出信号の間隔に基づいて前記故障した磁極センサの検出間隔をとなる疑似信号を発生する疑似信号発生手段とを有し、前記転流パターン生成手段が、前記複数の磁極センサの他のものによる検出信号と前記疑似信号とを用いて前記転流パターンを生成するものとした。

特に、前記通電回路が、前記複数の磁極センサのいずれか１つの故障が検出された場合には前記モータのコイルに電流を流す制御を停止し、前記疑似信号が発生されたら前記モータのコイルに電流を流す制御を再開すると良い。

このように本発明によれば、ブラシレスモータにおいて磁極センサの１つが故障しても、他の磁極センサの連出信号から故障した磁極センサの検出信号に相当する疑似信号を発生することから、停止制御しなくても回転を続行し得る。したがって、自動機械などで初期状態となる待機位置まで駆動させた後に故障に対処することができるなど、取り扱い性が良い。

特に、故障検出時に駆動制御を一旦停止し、所謂フリーラン状態にして疑似信号を発生するタイミングを作り出し、その後その疑似信号を用いて駆動制御を再開することにより、故障状態の磁極検出信号の異常パターンによる制御を行わないようにすることができ、疑似信号を用いた駆動制御への移行を円滑に行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明が適用されたブラシレスモータ用駆動装置を示す概略ブロック図である。図示例のものにあっては、外部指令制御ユニット１とブラシレスモータ（以下モータと呼称）２との間に本発明の主制御を行うドライバ３が設けられている。なお、外部指令制御ユニット１は、モータ２の駆動を指令するためのものである。また、モータ２により駆動されるものはアクチュエータやポンプなどがある。

ドライバ３内には、モータ駆動の主制御を行うためのＣＰＵ４と、ＣＰＵ４からの制御信号に応じてモータ２に適切な駆動電流を流すためのプリドライバ５及びフルブリッジ回路６とが設けられている。モータ２には磁極センサとしてのホールＩＣ７ｕ・７ｖ・７ｗが設けられている。図示例では３相モータであり、３相に合わせた３本の信号線がホールＩＣ７ｕ・７ｖ・７ｗからドライバ３に接続されている。また、ドライバ３内には、ホールＩＣ７ｕ・７ｖ・７ｗからの磁極検出信号を例えば矩形波とするように処理する入力Ｉ／Ｆ回路８が設けられており、入力Ｉ／Ｆ回路８により矩形波処理された磁極検出信号はＣＰＵ４に入力するようになっている。

そして、ＣＰＵ４内には、外部指令制御ユニット１からの指令信号（起動／停止／回転数指令など）に基づいてモータ２を所定速度及び所定方向に回転させるための各制御値を演算して出力するための演算部４ａと、相検出信号に応じて位置検出情報を演算部４ａと外部指令制御ユニット１とに出力する位置検出部４ｂと、相検出信号に基づいて各ホールＩＣ７ｕ・７ｖ・７ｗの故障を検出してその故障検出信号を演算部４ａに出力するための故障検出部４ｃと、その故障検出信号に応じて疑似信号を発生して演算部４ａに出力するための疑似信号発生部４ｄと、同じく故障検出信号に応じてエラー信号を外部指令制御ユニット１に出力するためのエラー検出部４ｅとが設けられている。

次に、上記演算部４ａにおける制御について図２のフロー図を参照して以下に示す。まずステップＳＴ１では故障検出のフラグＦに正常であることを示す０を代入する。次のステップＳＴ２では図示例ではＷ相に対応する磁極検出信号のエッジ（矩形波の立ち上がりまたは立ち下がり）有るか否かを判断する。各相に対応する矩形波の磁極検出信号としては図３に示されるように表される。なお、以後、各相に対応する磁極検出信号を相信号と言うものとする。また図３において、実線の場合にはホールＩＣ７ｕの故障によりＵ相信号がＬ（低）レベルのままである状態であり、Ｕ相信号の正常な場合を二点鎖線で示している。

ステップＳＴ２でＷ相信号が検出された場合（例えば図３のＴ２）にはステップＳＴ３に進み、そこでＶ相信号の有無を判断する。なお、以後の各ステップで相信号の有無を判断する場合には所定の判定時間が経過するまでとし、その判定時間が経過するまでに相信号が検出されなかった場合には無しと判断する。その判定時間としては、例えばその時の回転速度に応じて次の相信号が必ず発生するとして良い時間とすることができる。

ステップＳＴ３でＶ相信号が検出された場合（例えば図３のＴ３）にはステップＳＴ４に進んでＵ相信号の有無を判断し、そのステップＳＴ４でＵ相信号が検出された場合（例えば図３のＴ４）にはステップＳＴ５に進んでＷ相信号の有無を判断し、ステップＳＴ５でＷ相信号が検出された場合（例えば図３のＴ５）にはステップＳＴ６に進む。

ステップＳＴ６ではフラグＦが１より大きいか否かを判別する。例えば上記したようにしてステップＳＴ６に進んできた場合には、各相信号が全て検出された正常な場合であることから、フラグＦは初期値の０のままであり、その場合にはステップＳＴ７に進み、そこでフラグＦに０を代入するリセット処理を行い、ステップＳＴ３に戻る。

上記ステップＳＴ２でＷ相信号が検出されなかった場合にはステップＳＴ８に進む。ステップＳＴ８ではＶ相信号の有無を判断し、Ｖ相信号が検出された場合には図３から分かるように次はＵ相信号の発生となることから、Ｕ相信号を判断するステップＳＴ４に進む。Ｖ相信号が検出されなかった場合にはステップＳＴ９に進み、Ｕ相信号の有無を判断し、Ｕ相信号が検出されなかった場合にはステップＳＴ２に戻る。この場合には全ての相信号が検出されなかった場合であるが、ホールＩＣ７ｕ・７ｖ・７ｗのいずれかが故障している場合に対応する本発明の制御にあっては、ステップＳＴ２からステップＳＴ８・９と進んだ場合にはモータ２が停止状態のため相信号が発生していないとしてステップＳＴ２に戻る。

上記ステップＳＴ３でＶ相信号が検出されなかった場合にはステップＳＴ１０に進む。ステップＳＴ１０ではＵ相信号の有無を判断し、Ｕ相信号が検出された場合にはステップＳＴ１１に進む。このステップＳＴ１１に進んできた場合にはＷ相及びＵ相信号が検出されたがＶ相信号のみが検出されなかった場合であることから、ステップＳＴ１１でＶ相検出信号に相当する疑似信号を作成する。

この疑似信号は、図３の二点鎖線で示されるように通常の矩形波の相信号と同じ波形となるように形成され、またその発生（立ち上がりエッジ）のタイミングは他の２つ（Ｗ相・Ｕ相）の各相信号の間隔（図３のＴwu）を用い、Ｖ相信号の消滅（図３のＴ６）からその間隔Ｔwuで発生するように作成され、疑似信号発生部４ｄから演算部４ａに出力される。なお、疑似信号の消滅（立ち下がりエッジ）のタイミングは、Ｕ相信号の発生から上記間隔Ｔwuとして良い。間隔Ｔwuの算出にあっては、電気角の１回転毎に行っても良いが、定速回転制御などにあっては任意の時間間隔で行うようにすることにより、演算部４ａの負担を軽減することができる。

演算部４ａには位置検出部４ｂからの正常な相信号（Ｗ相・Ｕ相）と上記疑似信号（Ｖ相）とにより各相信号が入力されるため、その各相信号に基づいて演算部４ａでは各相信号が正常な場合と同様にプリドライバ５に対してＰＷＭ信号を出力することができる。これにより、ホールＩＣ７ｕ・７ｖ・７ｗの１つが故障していた場合でも何ら問題なく、すなわちモータ２を停止することなく回転制御を続行し得る。

なお、故障検出部４ｃからはホールＩＣ７ｕ・７ｖ・７ｗの故障が検出された場合にはその故障検出信号をエラー検出部４ｅに出力し、エラー検出部４ｅでは故障検出信号を受けて外部指令制御ユニット１に送信する。これにより、外部指令制御ユニット１では、エラー表示をすると共に操作者が停止処理するまで通常の回転指令値をＣＰＵ４に出力するなどの処理を行うことができる。このようにして、ホールＩＣ７ｕ・７ｖ・７ｗの１つが故障しただけでは緊急停止させる必要が無くなるため、モータ装置の使い勝手を向上し得る。

上記ステップＳＴ１１の次のステップＳＴ１２ではフラグＦに１を加算してステップＳＴ４に進む。Ｕ相のホールＩＣ７ｕのみが故障した場合にはステップＳＴ４からステップＳＴ５を経てステップＳＴ６に進む。そのステップＳＴ６ではフラグＦが１になっているだけであることからステップＳＴ７に進む。以後、ステップＳＴ３に戻って上記フローを繰り返す。この場合、ステップＳＴ１２を通る度にフラグＦに１が加算されるが、ステップＳＴ７で０に戻すため上記フローを繰り返すことができる。

なお、上記ステップＳＴ１０でＵ相信号が検出されなかった場合にはステップＳＴ１３に進み、そこでＷ相信号の有無を判断する。正常時にはＵ相信号の次にはＷ相信号が発生するのでステップＳＴ１３でＷ相信号が検出された場合にはステップＳＴ１４に進む。この場合にはＷ相信号が正常であるにもかかわらずＵ相・Ｖ相信号が検出されなかったことになり、２相分のホールＩＣ（この場合には７ｕ・７ｖ）が故障していると判断されるため、制御不可能なためステップＳＴ１４で制御停止処理を行って本フローを終了する。

それに対して、ステップＳＴ１３でＷ相信号が検出されなかった場合には、上記ステップＳＴ２・８・９の流れと同様にモータ２の停止状態であるとしてステップＳＴ３に戻る。

上記ステップＳＴ４でＵ相信号が検出されなかった場合にはステップＳＴ１５に進む。ステップＳＴ１５での分岐処理を含めたステップＳＴ１５・ＳＴ１６・ＳＴ１７・ＳＴ１８での処理については、ステップＳＴ１５ではステップＳＴ１０におけるＵ相をＷ相に、ステップＳＴ１６ではステップＳＴ１１におけるＶ相をＵ相に、ステップＳＴ１８ではステップＳＴ１３におけるＷ相をＶ相にそれぞれ置き換えるだけで処理内容は同じであるため、その詳しい説明を省略する。ステップＳＴ１７はステップＳＴ１２と同じである。

同様に、上記ステップＳＴ５でＷ相信号が検出されなかった場合に進むステップＳＴ１９及びその分岐処理におけるステップＳＴ２０・ＳＴ２１・ＳＴ２２についても、ステップＳＴ１９ではステップＳＴ１０におけるＵ相をＶ相に、ステップＳＴ２０ではステップＳＴ１１におけるＶ相をＷ相に、ステップＳＴ２２ではステップＳＴ１３におけるＷ相をＵ相にそれぞれ置き換えるだけで処理内容は同じであるため、その詳しい説明を省略する。ステップＳＴ２１はステップＳＴ１２と同じである。

このようにして、ホールＩＣ７ｕ・７ｖ・７ｗのいずれか１つが故障した場合には、その相信号に相当する疑似信号を作成して回転制御を継続することができる。そして、装置を停止することに支障が無い状態でモータ２を停止した後に故障のチェック及び修理を行うことができる。

なお、上記制御は動作中の場合には上記したように好適に行うことができる。磁極検出波形の図３に示されるパターンのステージをＣＰＵ４のメモリに記憶し、そのデータの連続性（例えば各タイミングＴ１、Ｔ２…毎の各相信号のＨ／Ｌのパターンの変化）をステージの切り替え時間と合わせて故障しているか否かを検出することができる。疑似信号作成のためにより一層確実なものとするために一旦モータ駆動制御を中断するフリーラン状態にしてモータ２の空走状態で疑似信号を作成し、疑似信号が発生されてから通常の制御を再開すると良い。

そのようなフリーラン状態で制御を行うとした場合に、ソフトスタートなどの通電開始の場合には、回転指令と同時にソフトスタートを開始するが、ホールＩＣ７ｕ・７ｖ・７ｗの故障時にはモータ２は停止してしまう。その場合には、センサレスモータなどの起動と同様に所定の通電パターンによりホールＩＣ７ｕ・７ｖ・７ｗによる相信号に関係なく通電を行い、モータ２をフリーラン状態にしても停止しない回転速度まで回転させる。その後、ホールＩＣ７ｕ・７ｖ・７ｗの検出信号を用いた通常の制御に移ることにより、上記と同様の制御を行うことができる。したがって、ホールＩＣ７ｕ・７ｖ・７ｗのいずれか１つの故障が生じていても、モータ２を回転させることができる。

本発明にかかるブラシレスモータ用駆動装置は、磁極センサの１つが故障しても回転制御を継続することができ、ブラシレスモータを用いた種々の装置等として有用である。

本発明が適用されたブラシレスモータ用駆動装置を示す概略ブロック図である。 本発明に基づく制御フローを示す図である。 疑似信号の発生要領を示す各相信号図である。 （ａ）３相モータにおける正常な場合の各相信号を示す図であり、（ｂ）磁極センサの１つが故障した場合の各相信号を示す図である。

符号の説明

１ 外部指令制御ユニット
２ モータ
３ ドライバ
４ ＣＰＵ
４ａ 演算部、４ｂ 位置検出部、４ｃ 故障検出部、４ｄ 疑似信号発生部
７ｕ・７ｖ・７ ホールＩＣ

Claims (4)

1. ブラシレスモータの各相に対応して設けられた複数の磁極センサと、前記複数の磁極センサによる検出信号に応じて転流パターンを生成する転流パターン生成手段と、前記転流パターンに応じて前記モータのコイルに電流を流すための通電回路とを有するブラシレスモータ用駆動装置であって、
   前記磁極センサの故障を検出するための故障検出手段と、
   前記故障検出手段により前記複数の磁極センサのいずれか１つの故障が検出された場合には、前記複数の磁極センサの他のものによる検出信号の間隔に基づいて前記故障した磁極センサの検出間隔をとなる疑似信号を発生する疑似信号発生手段とを有し、
   前記転流パターン生成手段が、前記複数の磁極センサの他のものによる検出信号と前記疑似信号とを用いて前記転流パターンを生成することを特徴とするブラシレスモータ用駆動装置。
2. 前記通電回路が、前記複数の磁極センサのいずれか１つの故障が検出された場合には前記モータのコイルに電流を流す制御を停止し、前記疑似信号が発生されたら前記モータのコイルに電流を流す制御を再開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用駆動装置。
3. ブラシレスモータの各相に対応して設けられた複数の磁極センサと、前記複数の磁極センサによる検出信号に応じて転流パターンを生成する転流パターン生成手段と、前記転流パターンに応じて前記モータのコイルに電流を流すための通電回路とを有するブラシレスモータ用駆動方法であって、
   前記磁極センサの故障を検出する過程と、
   前記故障検出手段により前記複数の磁極センサのいずれか１つの故障が検出された場合には、前記複数の磁極センサの他のものによる検出信号の間隔に基づいて前記故障した磁極センサの検出間隔をとなる疑似信号を発生する過程と、
   前記転流パターン生成手段により、前記複数の磁極センサの他のものによる検出信号と前記疑似信号とを用いて前記転流パターンを生成する過程とを有することを特徴とするブラシレスモータ用駆動方法。
4. 前記複数の磁極センサのいずれか１つの故障が検出された場合には前記モータのコイルに電流を流す制御を停止し、前記疑似信号が発生されたら前記モータのコイルに電流を流す制御を再開することを特徴とする請求項３に記載のブラシレスモータ用駆動方法。

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