JP2008206375A - ブラシレスモータ用駆動装置及びその駆動方法 - Google Patents

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Takeya Yanagihara
健也 柳原
Mitsunori Inaba
光則 稲葉
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Mitsuba Corp
株式会社ミツバ
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Abstract

【課題】位置センサを用いたブラシレスモータにおける進角制御を正確に処理する。
【解決手段】モータMの回転位置を各相に対応して検出する位置センサとしての各ホールIC8u・8v・8wを設け、そのセンサ信号のフィルタ回路11を通過した検出信号は進角設定回路12と平均化回路14とに入力し、平均化回路では直前の1周期の長さから各検出信号のセンシング間隔(立ち上がり及び立ち下がりのタイミング)を等分して求め、そのタイミング信号(間隔ta)を進角設定回路に出力し、進角設定回路では平均化されたセンシング間隔のタイミングに対して進角処理した各検出信号をPWM信号生成回路13に出力する。検出信号のフィルタ処理した場合の遅延時間の違いによる影響がなくなり、各通電開始のタイミング間にずれが生じることを防止でき、進角制御する場合の基準タイミングにずれが生じることがないため、正確な進角制御を行うことができる。
【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、位置センサとしてのホール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
上記ホールICを用いた各相の検出信号およびそれに基づいた通電タイミングを図3に示す。図に示されるように、各ホールICによるU・V・W相の各検出信号の立ち上がり及び立ち下がりを元にして6ステージのコミュテート処理を行う。この場合、公知回路ではホールICのセンサ信号をノイズ処理のためにフィルタに通しており、センサ信号がフィルタ回路を通過して得られる検出信号の立ち上がり(レベルLからレベルHへの変化)および立ち下がり(レベルHからレベルLへの変化)でそれぞれの信号遅延時間が異なり、立ち上がりの遅延時間tf1よりも立ち下がりの遅延時間tf2の方が長い。そのような検出信号遅延時間の違いにより、図に示されるように、各相検出信号の立ち上がりの間隔t1に対して、(W相の)立ち下がりと(U相の)立ち上がりとの間隔t2の方が広くなり、(W相の)立ち下がりと(U相の)立ち上がりとの間隔t3の方が狭くなる。
上記検出信号を元に通電パターンを生成する場合には、各検出信号の各立ち上がり及び立ち下がりのタイミングで各相への通電開始タイミングとする。その場合には、2回続いた間隔t1の次の通電開始の間隔がt2またはt3となるため、それらの各間隔t1・t2・t3間にずれが生じる。単純なコミュテート処理の場合にはそれ程影響がないが、高回転化のために進角制御を行う場合があり、その進角制御にあっては上記間隔t1・t2・t3によるタイミングにて進角処理を行う場合には、1つ前の間隔の長さから周期を求め、その周期から算出した時間に基づいた進角処理を行うと間隔t2及びt3に基づいて算出したタイミングでの進角処理が正確に行われないという問題があった。
このような課題を解決して、位置センサを用いたブラシレスモータにおける進角制御を正確に処理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位置センサと、前記複数の位置センサによる検出信号に応じて前記各相の通電パターンを生成する通電パターン生成手段と、前記通電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、前記複数の位置センサに接続されかつ前記通電パターンの基準になる前記複数の位置センサによる各検出信号間のセンシング間隔を前記位置センサの検出信号における1周期に基づいて平均化して求めるための平均化処理手段と、進角制御を行う場合に前記センシング間隔を基準にして前記通電パターンを進角させるための進角設定手段とを有するもの、または前記通電パターンの基準になる前記複数の位置センサによる各検出信号間のセンシング間隔を前記位置センサの検出信号における1周期に基づいて平均化して求め、進角制御を行う場合に前記センシング間隔を基準にして前記通電パターンを進角させる方法とした。
特に、前記平均化処理手段は、前記前記センシング間隔を前記平均化して求めるための前記1周期を前記複数の位置センサの各検出信号の立ち上がりまたは立ち下がり毎に直前の1周期とすると良い。
このように本発明によれば、各相に対応して設けられた複数の位置センサによる検出信号に対してその1周期に基づいて各検出信号間のセンシング間隔を平均化して求めることから、検出信号の立ち上がり及び立ち下がりのタイミングで通電パターンにおける通電開始する場合に、検出信号のフィルタ処理した場合の遅延時間の違いによる影響がなくなり、各通電開始のタイミング間にずれが生じることを防止し得る。これにより、進角制御する場合の基準タイミングにずれが生じることがないため、正確な進角制御を行うことができる。
特に平均化するための1周期を直前の1周期とすることにより、回転速度が変化する場合にも速やかにかつ正確な周期を算出し得るため、正確な進角制御を行うことができる。
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は本発明に基づくブラシレスモータのモータ制御装置のブロック回路図である。また、電動自動車の駆動源に用いられるブラシレスモータMのモータ制御装置としても良く、図示例のモータMにあってはアウタロータ型のモータを用い、そのアウタロータに車輪を取り付けたものであって良い。なお、図示例ではブラシレスモータMの代表例として3相のものについて示しているが、一例であり、制御対象となるモータを限定するものではない。また、電動自動車の駆動用モータに限られるものでもない。
図示例では、車載バッテリBTを電源とし、モータMを制御する制御手段としての制御装置1が示されている。図に示されるように、バッテリBTに、FETを用いたブリッジ回路が構成された通電回路としてのインバータ2を介してモータMの各相(U・V・W相)コイル3が接続されている。バッテリBTとインバータ2とを接続する電源線には電流検出センサ4と電圧検出センサ5とが設けられており、それぞれにより検出された電流および電圧はモータMの駆動・回生・フェイルセーフなどの各制御に用いられる。
モータMには固定子としてのステータ6と、回転子としてのロータ7とが設けられており、ブラシレスレスモータにおける位置センサとしての3つのホールIC8が適所に配設されている。各ホールIC8u・8v・8wによりU・V・Wの各相に対応する通電開始位置を検出する。
制御装置1内には、上記各ホールIC8u・8v・8wからのU・V・Wの各相センサ信号がそれぞれ入力するフィルタ回路11と、フィルタ回路11を通過することによりノイズ除去された各相検出信号に対して進角制御の場合の進角量を設定しかつその設定に基づいて進角された各相進角信号を出力する進角設定回路12と、それら各相進角信号に応じてインバータに公知のPWM信号を出力する通電パターン生成手段としてのPWM信号生成回路13と、上記フィルタ回路11の各出力信号に基づいてセンシング間隔を平均化処理するための平均化処理手段としての平均化回路14とが設けられている。なお、平均化回路14で平均化処理されたセンシング間隔信号は進角設定手段としての進角設定回路12に出力され、進角設定回路12では、そのセンシング間隔で各相進角信号をPWM信号生成回路13に出力する。
次に、上記したセンシング間隔信号を求める要領について図2を参照して以下に示す。図2は、U相・V相・W相の各検出信号を実線で示し、それらのフィルタ回路11を通過した信号を二点鎖線で示している。なお、各相検出信号は所定の周期ピッチで同じ波形として現れるため、以下の説明では特に断らない限りU相信号を代表して示す。図に示されるように、ホールIC8uのU相センサ信号(実線)の立ち上がり(レベルLからレベルHへの変化)のタイミングに対してフィルタ回路11を通過したU相検出信号は立ち上がり遅延時間tf1だけ遅れた立ち上がり、U相センサ信号の立ち下がり(レベルHからレベルLへの変化)のタイミングに対してフィルタ回路11を通過したU相検出信号は立ち下がり遅延時間tf2だけ遅れて立ち下がる。フィルタ処理の影響により、図に示されるように立ち上がり遅延時間tf1よりも立ち下がり遅延時間tf2の方が長い。
また、フィルタ回路11を通過した各相検出信号は上記したように平均化回路14にも入力しており、平均化回路14では図2の最下段に示されるようにセンシング間隔の平均化処理を行う。具体的には、検出信号の1周期の時間を計測し、センシング間隔の個数で等分してセンシング間隔taを求める。図示例では、直前の1周期(6ta)を6等分してセンシング間隔taを求め、その間隔taでタイミング信号T1・T2…を出力する。
進角設定回路12ではフィルタ回路11を通過した各相検出信号を進角させてPWM信号生成回路13に出力する。なお、進角量の設定は、電圧や電流検出値に基づいて決定されて良く、進角0度の場合にはフィルタ回路11を通過した検出信号が平均化回路14からセンシング間隔taで出力されるタイミング信号に応じてPWM信号生成回路13に出力される。PWM信号生成回路13は、進角設定回路12を介して入力される各相検出信号のタイミングで各相に対応するPWM信号をインバータ2に出力する。なお、PWMの制御量は図示されないデューティ設定回路からのデューティ比に応じて設定されて良く、デューティ設定回路は走行条件(操作指令値に対する電圧・電流検出値など)に応じてデューティ比を決定するものであって良い。
そして、例えば高回転速度指令値に対応して進角制御する場合には、進角設定回路12は、対応した進角量(度)を設定し、上記センシング間隔taで出力されるタイミング信号T1・T2…に対して、設定された進角で各相検出信号をPWM信号生成回路13に出力する。センシング間隔taは上記したように各相検出信号の1周期をセンシング間隔数で等分して求めることから、タイミングT1・T2の間隔と、タイミングT2・T3の間隔と、タイミングT3・T4の間隔とが同一(ta)となり(以後同様)、センシング間隔taにずれが生じない。
これにより、センサ信号のノイズフィルタ用の電気回路に特別な工夫を必要とせずにずれのない進角制御を行うことができ、回路を低コスト化し得る。また、進角制御などの処理のための周期測定での誤差がキャンセルされるため、回転むらの発生を防止し得る。
コミュテートのタイミングもセンサ信号に対するフィルタ回路11を通過した検出信号の遅延分を考慮することで補正が可能となる。例えば回転速度に対する遅延時間の変化を予めマップ化しておくことができ、回転速度に対する遅延時間を正確に補正することができ、それにより、より一層回転むらを防止し得ると共に効率の悪化も防止できる。また、センサ信号をそのままコミュテートのトリガ信号とするものよりも正しいタイミングで通電させることができる。
なお、上記図示例では進角を行うタイミングの直前の1周期を常に算出して回転速度の変化に正確に対応するようにしたが、1周期の算出を直前の1周期に限るものではない。例えば、進角制御におけるずれの影響が少ない装置の場合には、t2またはt3のいずれかが含まれることになる半周期から算出しても良い。または、直前の2周期の平均から1周期を算出したりしても良い。
本発明にかかるブラシレスモータ用駆動装置及びその制御方法は、位置センサのセンサ信号をフィルタ処理した際に生ずる立ち上がり・立ち下がり時の遅延時間のずれの影響を無くして正確な進角制御を行うことができ、ブラシレスモータを用いた種々装置として有用である。
本発明に基づくモータ駆動装置の要部回路ブロック図である。 本発明に基づく通電制御要領を示す図である。 従来の通電制御要領を示す図である。
符号の説明
1 制御装置
8u・8v・8w ホールIC
11 フィルタ回路
12 進角設定回路
13 PWM信号生成回路
14 平均化回路
M モータ

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位置センサと、前記複数の位置センサによる検出信号に応じて前記各相の通電パターンを生成する通電パターン生成手段と、前記通電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、
    前記複数の位置センサに接続されかつ前記通電パターンの基準になる前記複数の位置センサによる各検出信号間のセンシング間隔を前記位置センサの検出信号における1周期に基づいて平均化して求めるための平均化処理手段と、
    進角制御を行う場合に前記センシング間隔を基準にして前記通電パターンを進角させるための進角設定手段とを有することを特徴とするブラシレスモータ用駆動装置。
  2. 前記平均化処理手段は、前記前記センシング間隔を前記平均化して求めるための前記1周期を前記複数の位置センサの各検出信号の立ち上がりまたは立ち下がり毎に直前の1周期と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位置センサと、前記複数の位置センサによる検出信号に応じて前記各相に応じた通電パターンを生成する通電パターン生成手段と、前記通電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、
    前記通電パターンの基準になる前記複数の位置センサによる各検出信号間のセンシング間隔を前記位置センサの検出信号における1周期に基づいて平均化して求め、
    進角制御を行う場合に前記センシング間隔を基準にして前記通電パターンを進角させることを特徴とするブラシレスモータ用駆動方法。
  4. 前記平均化処理手段は、前記前記センシング間隔を前記平均化して求めるための前記1周期を前記複数の位置センサの各検出信号の立ち上がりまたは立ち下がり毎に直前の1周期と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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