JP2007236153A - ブラシレスモータのセンサレス駆動方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転速度が一時的に低下しても回転が停止することがなく、継続的な駆動が可能なブラシレスモータのセンサレス駆動方法および装置を提供することにある。
【解決手段】ＰＷＭ制御によるブラシレスモータ1のセンサレス駆動方法であって、所定時間間隔で、モータ1の回転子の回転速度を検出して、回転速度検出値Sが所定の低速判定値Sb以下であるか否かを判定し、回転速度検出値Sが低速判定値Sb以下であると判定したときに、この判定時のＰＷＭデューティ値を所定値増加し、回転速度検出値Sが低速判定値Sbより高くなるまでまたはＰＷＭデューティ値が所定の上限値になるまで上記ＰＷＭデューティ値の増加を繰り返す。
【選択図】図１

Description

この発明は、ブラシレスモータのセンサレス駆動方法および装置に関し、さらに詳しくは、たとえば、自動車に搭載されて油圧ポンプの駆動などに使用されるブラシレスＤＣモータなど、直流電源を用いて駆動される永久磁石を用いたブラシレスモータを、ホール素子などの回転位置検出センサを用いずに、ＰＷＭ制御により駆動するブラシレスモータのセンサレス駆動方法および装置に関する。

自動車に搭載されて油圧ポンプや操舵装置などを駆動する電動モータとして、従来、ブラシ付きのＤＣモータが用いられてきたが、ブラシの耐久性からくる信頼性の問題があり、ブラシレスモータを用いることが望まれている。

ブラシレスモータの代表的なものとして、３相ブラシレスＤＣモータなど、直流電源を用いて駆動される永久磁石モータが知られている。このような従来のブラシレスＤＣモータでは、３個のホール素子などの回転位置検出センサによって回転子の回転位置を検出し、３個のセンサからの回転位置信号に基づいてＰＷＭ方式でＵ相、Ｖ相およびＷ相の３相への通電を制御することにより、回転子を回転駆動している。各相への通電は、通常、電気角３６０度のうち１２０度区間だけ通電を行ういわゆる１２０度通電が行われる。

このように、従来のブラシレスＤＣモータの駆動には３個の回転位置検出センサが必要であるが、モータを高温のエンジンルーム内に搭載する場合には、センサの耐熱性の問題があり、回転位置検出センサを用いずにモータを駆動するいわゆるセンサレス駆動が必要になる。

ブラシレスＤＣモータのセンサレス駆動は、非特許文献１に記載されているように、家電用モータでは既に実用化されている。ブラシレスＤＣモータをセンサレス起動するためには、回転子の回転位置を推定して従来の回転位置検出センサからの回転位置信号に相当する回転位置推定信号を生成する必要があり、一般に、回転位置推定信号の生成は、３相の誘起電圧を用いて行われている。
長竹和夫著「モータ実用ポケットブック 家電用モータ・インバータ技術」日刊工業新聞社 ２０００年４月２８日初版１刷発行 ８６〜９８ページ

ブラシレスモータでは、負荷の変動または回転速度指令値の変化により、一時的に回転子の回転速度が低下することがある。そして、一般的なブラシレスモータでは、上記のように、３相の誘起電圧を用いて回転位置推定信号を生成しているため、低速回転時には、誘起電圧の検出が不可能になり、センサレス駆動ができなくなるという問題がある。

このような問題を解決するため、従来のブラシレスモータでは、フェイルセーフ機能により、回転速度がある程度低下すると、異常であると判断して、回転を停止していた。

このため、回転速度が一時的に低下しただけで、回転が停止し、継続的な駆動ができない場合があった。

この発明の目的は、上記の問題を解決し、回転速度が一時的に低下しても回転が停止することがなく、継続的な駆動が可能なブラシレスモータのセンサレス駆動方法および装置を提供することにある。

請求項1によるブラシレスモータのセンサレス駆動方法は、ＰＷＭ制御によるブラシレスモータのセンサレス駆動方法であって、所定時間間隔で、モータの回転子の回転速度を検出して、回転速度検出値が所定の低速判定値以下であるか否かを判定し、回転速度検出値が低速判定値以下であると判定したときに、この判定時のＰＷＭデューティ値を所定値増加し、回転速度検出値が低速判定値より高くなるまでまたはＰＷＭデューティ値が所定の上限値になるまで上記ＰＷＭデューティ値の増加を繰り返すことを特徴とするものである。

請求項１による方法は、たとえば、１２０度通電矩形波センサレス駆動方法である。

請求項１による方法では、回転速度検出値が低速判定値以下であると判定した場合、従来のように異常であると判断して回転を停止するのではなく、回転速度検出値が低速判定値より高くなるまでまたはＰＷＭデューティ値が上限値になるまで、低速判定時のＰＷＭデューティ値を所定値増加する動作を繰り返す。そして、ＰＷＭデューティ値が上限値になるまでに、回転速度検出値が低速判定値より高くなると、通常駆動モードに復帰する。

負荷の変動または回転速度指令値の変化によって回転子の回転速度が一時的に低下したような場合、通常は、ＰＷＭデューティ値が上限値になるまでに回転速度検出値が低速判定値より高くなる。したがって、回転速度が一時的に低下しても回転が停止することがなく、継続的な駆動が可能である。

回転速度検出値が低速判定値より高くなるまでに、ＰＷＭデューティ値が上限値になった場合は、低速異常であると判断し、フェイルセーフモードに移行して、回転を停止する。

低速判定値は、回転子の回転速度が低速であるか否かの境界となる値であり、モータまたはモータが用いられる機器により適宜決定され、予め設定される。

ＰＷＭデューティ値の増加量は、たとえば、ＰＷＭデューティ値の最小単位である。

ＰＷＭデューティ値の上限値は、モータまたはモータが用いられる機器により適宜決定され、予め設定される。この上限値は、たとえば、１００％とすることもできる。

請求項２によるブラシレスモータのセンサレス駆動装置は、ＰＷＭ制御によるブラシレスモータのセンサレス駆動装置であって、モータの各相の相電圧に基づいて各相の回転位置推定信号を生成する回転位置推定信号生成手段と、各相の回転位置推定信号に基づいてモータの各相への通電を制御する通電制御手段とを備えており、通電制御手段が、所定時間間隔でモータの回転子の回転速度を検出する回転速度検出手段と、回転速度検出値が所定の低速判定値以下であるか否かを判定する低速判定手段と、回転速度検出値が低速判定値以下であると判定されたときに、この判定時のＰＷＭデューティ値を所定値増加し、回転速度検出値が低速判定値より高くなるまでまたはＰＷＭデューティ値が所定の上限値になるまで上記ＰＷＭデューティ値の増加を繰り返すデューティ値増加手段とを備えていることを特徴とするものである。

請求項２による装置は、たとえば、１２０度通電矩形波センサレス駆動装置である。

請求項２による装置において、通電制御手段の回転速度検出手段、低速判定手段およびデューティ値増加手段の作用は、請求項１による方法の場合と同様である。

たとえば、通電制御手段は、モータの各相への通電を制御する複数のスイッチング素子を有するスイッチング回路と、回転位置推定信号生成手段からの回転位置推定信号に基づいて各スイッチング素子の通電をそれぞれ制御するための通電信号を生成する通電信号生成部と、モータの回転子の回転速度検出値および回転速度設定値に基づいてＰＷＭ駆動のための回転速度制御信号を出力する回転速度制御部と、通電信号生成部からの通電信号および回転速度制御部からの回転速度制御信号に基づいて各スイッチング素子に対するスイッチング素子制御信号を出力するＰＷＭ制御部と、ＰＷＭ制御部からのスイッチング素子制御信号に基づいて各スイッチング素子をオン・オフ駆動するゲートドライブ回路とを備えている。その場合、回転速度検出手段は、回転速度制御部に備えられる。低速判定手段は、ＰＷＭ制御部または回転速度制御部に備えられる。デューティ値増加手段は、ＰＷＭ制御部に備えられる。

請求項１のブラシレスモータの制御方法によると、負荷の変動または指令値の変化により回転速度が一時的に低下しても、回転が停止することがなく、継続的な駆動が可能になる。このため、モータの稼動効率を高めることができる。

請求項２のブラシレスモータの制御装置によると、請求項１と同様の効果を得ることができる。

以下、図面を参照して、この発明を車載用の３相ブラシレスＤＣモータの１２０度通電矩形波センサレス駆動に適用した実施形態について説明する。

図1は、ブラシレスモータのセンサレス駆動装置の構成の１例を示している。

このセンサレス駆動装置は、車載用電動ポンプとして使用されるブラシレスモータ(1)を、車載バッテリ(2)を用いてＰＷＭ方式で駆動するものであり、３相の相電圧に基づいてディジタル方式で各相の回転位置推定信号を生成する回転位置推定信号生成手段である回転位置推定信号生成装置(3)と、各相の回転位置推定信号に基づいてＰＷＭ方式でバッテリ(2)から３相への通電を制御する通電制御手段である通電制御装置(4)とから構成されている。

回転位置推定信号生成装置(3)は、モータ(1)のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づいて、各相の回転位置推定信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗを生成する。なお、回転位置推定信号生成装置(3)については、公知の適宜な構成を採用できるので、詳細な説明は省略する。

通電制御装置(4)は、通電信号生成部(5)、回転速度制御部(6)、ＰＷＭ制御部(7)、ゲートドライブ回路(8)およびスイッチング回路(9)から構成されている。

スイッチング回路(9)には、図示は省略したが、モータ(1)の各相への通電を制御する６個のスイッチング素子が設けられている。スイッチング回路(9)についても、公知の適宜な構成を採用できるので、詳細な説明は省略する。

通電信号生成部(5)は、ＭＰＵまたは専用のディジタル回路などを用いたディジタル方式により、回転位置推定信号生成装置(3)により生成される回転位置推定信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗに基づいて、各相に対する１２０度通電のための通電信号Ｃｕ＋、Ｃｕ−、Ｃｖ＋、Ｃｖ−、Ｃｗ＋、Ｃｗ−を生成する。通電信号生成部(5)についても、公知の適宜な構成を採用できるので、詳細な説明は省略する。

回転速度制御部(6)は、ＭＰＵまたは専用のディジタル回路などを用いたディジタル方式により、モータ(1)の回転子の回転速度検出値Ｓおよび回転速度設定値Ｓａに基づいて、ＰＷＭ駆動のための回転速度制御信号Ｓｐｗｍを出力する。回転速度制御部(6)のこの機能については、公知の適宜な構成を採用できるので、詳細な説明は省略する。

ＰＷＭ制御部(7)は、ＭＰＵなどを用いたディジタル方式により、通電信号Ｃｕ＋〜Ｃｗ−および回転速度制御信号Ｓｐｗｍに基づいて、スイッチング回路(9)の各スイッチング素子に対するスイッチング素子制御信号Ｄｕ＋、Ｄｕ−、Ｄｖ＋、Ｄｖ−、Ｄｗ＋、Ｄｗ−を出力する。ＰＷＭ制御部(7)のこの機能についても、公知の適宜な構成を採用できるので、詳細な説明は省略する。

ゲートドライブ回路(8)は、スイッチング素子制御信号Ｄｕ＋〜Ｄｗ−に基づいて、スイッチング回路(9)の各スイッチング素子をオン・オフ制御する。ゲートドライブ回路(8)についても、公知の適宜な構成を採用できるので、詳細な説明は省略する。

上記の駆動装置は、通常モードの駆動の他に、低速モードの駆動を行うようになっている。そのために、通電制御装置(4)は、上記のような通常モードの駆動のための構成の他に、回転速度検出手段、低速判定手段およびデューティ値増加手段を備えている。

回転速度検出手段は、回転子の回転速度を検出するものであり、この例では、回転速度制御部(6)に備えられている。

低速判定手段は、回転速度検出値Ｓが所定の低速判定値Ｓｂ以下であるか否かを判定するものであり、この例では、ＰＷＭ制御部(7)に備えられている。

デューティ値増加手段は、回転速度検出値Ｓが低速判定値Ｓｂ以下であると判定されたときに、この判定時のＰＷＭデューティ値Ｐを所定の増分値ΔＰ増加し、回転速度検出値Ｓが低速判定値Ｓｂより高くなるまでまたはＰＷＭデューティ値Ｐが所定の上限値Ｐａになるまで上記ＰＷＭデューティ値の増加を繰り返すものであり、この例では、ＰＷＭ制御部(7)に備えられている。低速判定値Ｓｂ、増分値ΔＰおよび上限値Ｐａは、予め設定されてＰＷＭ制御部(7)に記憶されている。ＰＷＭデューティ値Ｐの上限値Ｐａは、たとえば１００％である。

回転速度制御部(6)は、所定の時間間隔で、回転子の回転速度を検出し、回転速度検出値ＳをＰＷＭ制御部(7)に出力するとともに、前記のように、回転速度検出値Ｓおよび回転速度設定値Ｓａに基づいて、回転速度制御信号ＳｐｗｍをＰＷＭ制御部(7)に出力する。

ＰＷＭ制御部(7)は、回転速度検出値Ｓが低速判定値Ｓｂ以下であるか否かを判定し、回転速度検出値Ｓが低速判定値Ｓｂ以下でないと判定したときは、通常モードの駆動を行い、回転速度検出値Ｓが低速判定値Ｓｂ以下であると判定したときは、低速モードの駆動を行う。

通常モードの駆動では、ＰＷＭ制御部(7)は、回転速度制御信号Ｓｐｗｍに基づいてＰＷＭデューティ値Ｐを決定し、このＰＷＭデューティ値Ｐと通電信号Ｃｕ＋〜Ｃｗ−に基づいて、スイッチング素子制御信号Ｄｕ＋〜Ｄｗ−を出力する。

低速モードの駆動では、ＰＷＭ制御部(7)は、低速判定をするたびに、その低速判定時のＰＷＭデューティ値を増分値ΔＰだけ増加し、回転速度検出値Ｓが低速判定値Ｓｂより高くなるまでまたはＰＷＭデューティ値Ｐが上限値Ｐａになるまで上記ＰＷＭデューティ値Ｐの増加を繰り返す。

次に、図２のフローチャートを参照して、ＰＷＭ制御部(7)における上記の動作の１例についてさらに詳細に説明する。

図２において、まず、回転速度検出値Ｓを読み込み（ステップ１）、回転速度検出値Ｓが低速判定値Ｓｂ以下であるか否かを判定する（ステップ２）。

ステップ２において、回転速度検出値Ｓが低速判定値Ｓｂより大きかった場合、すなわち、低速回転でない場合は、ステップ３に進んで、通常モードの駆動を行い、ステップ１に戻る。

ステップ２において、回転速度検出値Ｓが低速判定値Ｓｂであった場合、すなわち、低速回転である場合は、ステップ４に進んで、低速モードの駆動とし、そのときのデューティ値Ｐが上限値Ｐａ以上であるか否かを判断する（ステップ５）。ステップ５において、デューティ値Ｐが上限値Ｐａ以上でなかった場合は、ステップ６に進んで、そのときのデューティ値Ｐを増分値ΔＰだけ増加し、ステップ１に戻る。ステップ５において、デューティ値Ｐが上限値Ｐａ以上であった場合は、ステップ７に進んで、フェイルセーフモードに移行し、回転を停止する。

回転速度検出値Ｓが低速判定値Ｓｂ以下になって、ステップ２からステップ４に進むと、回転速度検出値Ｓが低速判定値Ｓｂより大きくなるかまたはＰＷＭデューティ値Ｐが上限値Ｐａ以上になるまでは、ステップ１、２、４、５および６が繰り返される。そして、ＰＷＭデューティ値Ｐが上限値Ｐａ以上になるまでに、回転速度検出値Ｓが低速判定値Ｓｂより大きくなると、ステップ２からステップ３に進んで、通常モードの駆動に復帰する。また、回転速度検出値Ｓが低速判定値Ｓｂより大きくなるまでに、ＰＷＭデューティ値Ｐが上限値Ｐａ以上になると、ステップ５からステップ７に進んで、フェイルセーフモードに移行する。

上記実施形態では、低速判定手段が、ＰＷＭ制御部(7)に備えられているが、低速判定手段は、回転速度制御部(6)に備えられていてもよい。その場合、回転速度制御部(6)は、回転速度検出値Ｓが低速判定値Ｓｂ以下であるか否かの判定結果に基づいて、ＰＷＭ制御部(7)に出力するモード信号を切り換える。そして、ＰＷＭ制御部(7)は、回転速度制御部(6)からのモード信号に基づいて、通常モードの駆動または低速モードの駆動を行う。他は、上記実施形態の場合と同様である。

上記実施形態では、車載用電動ポンプとして使用されるブラシレスＤＣモータ(1)について説明したが、この発明は、ブラシレスモータを使用するその他の装置にも適用することができる。

図１は、この発明の実施形態を示すブラシレスＤＣモータのセンサレス駆動装置のブロック図である。 図２は、ブラシレスＤＣモータのセンサレス駆動方法の１例を示すフローチャートである。

符号の説明

(1) ブラシレスＤＣモータ
(3) 回転位置推定信号生成装置
(4) 通電制御装置
(6) 回転速度制御部
(7) ＰＷＭ制御部

Claims (2)

1. ＰＷＭ制御によるブラシレスモータのセンサレス駆動方法であって、
   所定時間間隔で、モータの回転子の回転速度を検出して、回転速度検出値が所定の低速判定値以下であるか否かを判定し、回転速度検出値が低速判定値以下であると判定したときに、この判定時のＰＷＭデューティ値を所定値増加し、回転速度検出値が低速判定値より高くなるまでまたはＰＷＭデューティ値が所定の上限値になるまで上記ＰＷＭデューティ値の増加を繰り返すことを特徴とするブラシレスモータのセンサレス駆動方法。
2. ＰＷＭ制御によるブラシレスモータのセンサレス駆動装置であって、
   モータの各相の相電圧に基づいて各相の回転位置推定信号を生成する回転位置推定信号生成手段と、各相の回転位置推定信号に基づいてモータの各相への通電を制御する通電制御手段とを備えており、
   通電制御手段が、所定時間間隔でモータの回転子の回転速度を検出する回転速度検出手段と、回転速度検出値が所定の低速判定値以下であるか否かを判定する低速判定手段と、回転速度検出値が低速判定値以下であると判定されたときに、この判定時のＰＷＭデューティ値を所定値増加し、回転速度検出値が低速判定値より高くなるまでまたはＰＷＭデューティ値が所定の上限値になるまで上記ＰＷＭデューティ値の増加を繰り返すデューティ値増加手段とを備えていることを特徴とするブラシレスモータのセンサレス駆動装置。
   
   
   
   
   
   
   

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