JP2009225545A - ブラシレスモータ制御装置、ブラシレスモータ、及びブラシレスモータ制御装置の設定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転センサの角度ズレかかる補正を容易とし、モータ回転時の騒音低減を図ることができるブラシレスモータ制御装置を提供する。
【解決手段】マイコン１３内には、進み・中心・遅れといった進遅角量の異なる複数の進角マップが予め記憶されており、進角マップ設定部１５は、マイコン１３にて記憶された複数の進角マップのうちいずれか１つをブラシレスモータＭの制御態様として選択する。この場合、同一負荷条件下で駆動電流値の小、即ち騒音小となる進角マップが選択され、選択された進角マップに従ってブラシレスモータＭの制御が行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転センサの角度ズレを補正する機能を有するブラシレスモータ制御装置、ブラシレスモータ、及びブラシレスモータ制御装置の設定方法に関するものである。

ブラシレスモータでは、回転センサにてロータの磁極位置が検出され、検出した磁極位置に基づいて駆動電流が生成されて該モータの回転が制御されている。そのため、回転センサとその周囲部品の寸法誤差や回転センサの組付け誤差等によりその回転センサに角度ズレが生じ、該回転センサで検出したロータの磁極位置が実位置に対して進角側又は遅角側にずれていると、これに基づいて回転が制御されるモータでは、実位置とのズレにより回転時の騒音が増大してしまう。このような回転センサの角度ズレは、回転センサとその周囲部品の寸法精度の向上や回転センサの組付け精度の向上を図ることで改善できるが、それには限度があった。

そこで、従来では、例えば特許文献１にて示されているように、回転センサで検出したロータの磁極位置をその都度マイコンの演算にて補正し、補正後のロータの磁極位置に基づいてモータが制御されるように構成したものが提案されている。
特開２００１−８４８６号公報

しかしながら、回転駆動中の時々にマイコンにてロータの磁極位置の補正値を算出する方法では、その補正にかかる演算処理が多く、マイコンに高性能なものが必要であった。また、高性能なマイコンは高価であるため、コスト面で不利であった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、回転センサの角度ズレかかる補正を容易とし、モータ回転時の騒音低減を図ることができるブラシレスモータ制御装置、ブラシレスモータ、及びブラシレスモータ制御装置の設定方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ロータの回転位置を検出する回転センサを有し、該回転センサにて検出した前記ロータの検出回転位置に基づいてブラシレスモータを制御するブラシレスモータ制御装置であって、進遅角量の異なる複数の制御パターンを記憶する記憶手段と、該記憶手段にて記憶された複数の前記制御パターンのうちいずれか１つを前記ブラシレスモータの制御態様として選択する選択手段とを備え、同一負荷条件下で駆動電流値の小となる前記制御パターンを選択し、選択された前記制御パターンに従って前記ブラシレスモータの制御を行うことをその要旨とする。

この発明では、制御装置に備えられる記憶手段には、進遅角量の異なる複数の制御パターンが記憶され、選択手段は、記憶手段にて記憶された複数の制御パターンのうちいずれか１つをブラシレスモータの制御態様として選択する。この場合、同一負荷条件下で駆動電流値の小となる制御パターンが選択され、選択された制御パターンに従ってブラシレスモータの制御が行われる。つまり、回転センサに角度ズレが生じている場合、駆動電流値とともに騒音が大となるため、駆動電流値の小、即ち騒音小となる制御パターンをブラシレスモータの制御態様として選択することで、回転センサに生じた角度ズレにかかる補正を制御パターンの選択という容易な対応で行うことができ、モータ回転時の騒音低減を図ることが可能となる。

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制御装置において、前記ブラシレスモータを制御するためのマイコンを有し、該マイコン内に複数の前記制御パターンを記憶する前記記憶手段が備えられ、前記選択手段は、前記マイコンのＡＤポートの電位に基づいて前記制御パターンの選択を行うことをその要旨とする。

この発明では、ブラシレスモータを制御するマイコン内には複数の制御パターンが記憶され、選択手段は、そのマイコンのＡＤポートの電位に基づいて制御パターンの選択を行う。つまり、ＡＤポートの電位を各制御パターンに対応付けた電位に変更するだけで、容易にマイコン内の制御パターンの選択が行われる。

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制御装置において、前記ブラシレスモータを制御するためのマイコンを有するとともに、複数の前記制御パターンを記憶する前記記憶手段が前記マイコンの外部に備えられ、前記選択手段は、選択した前記制御パターンを外部の前記記憶手段から前記マイコンに出力して記憶させることをその要旨とする。

この発明では、ブラシレスモータを制御するマイコンと、複数の制御パターンを記憶する記憶手段がマイコンの外部に備えられ、選択手段は、選択した制御パターンを外部の記憶手段からマイコンに出力して記憶させる。これにより、マイコンに設ける記憶部を最小限とでき、マイコンの低コスト化に寄与できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御装置を一体に備えてなるブラシレスモータである。
この発明では、回転センサの角度ズレかかる補正が容易で、モータ回転時の騒音低減を図ることが可能なブラシレスモータを提供できる。

請求項５に記載の発明は、ロータの回転位置を検出する回転センサを有し、該回転センサにて検出した前記ロータの検出回転位置に基づいてブラシレスモータを制御するブラシレスモータ制御装置の設定方法であって、前記制御装置には、進遅角量の異なる複数の制御パターンを記憶する記憶手段と、該記憶手段にて記憶された複数の前記制御パターンのうちいずれか１つを前記ブラシレスモータの制御態様として選択する選択手段とが備えられ、同一負荷条件下で駆動電流値の小となる前記制御パターンを選択し、選択された前記制御パターンに従って前記ブラシレスモータの制御が行われるようにしたことをその要旨とする。

この発明では、上記した請求項１と同様の作用効果を得ることができる。

本発明によれば、回転センサの角度ズレかかる補正を容易とし、モータ回転時の騒音低減を図ることができるブラシレスモータ制御装置、ブラシレスモータ、及びブラシレスモータ制御装置の設定方法を提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態のブラシレスモータの制御装置を示す。ブラシレスモータＭは、Ｕ相・Ｖ相・Ｗ相の三相の駆動電流の供給に基づいて回転駆動されるものであり、制御装置１０は、その三相の駆動電流を生成してブラシレスモータＭの回転を制御している。制御装置１０は、ブラシレスモータＭに一体に備えられている。

制御装置１０は、三相インバータ回路１１と、プリドライバ回路１２と、マイコン１３とを備えている。三相インバータ回路１１は、複数個のＦＥＴ等のスイッチング素子（図示略）を用いたブリッジ回路で構成され、マイコン１３からプリドライバ回路１２を介してスイッチング制御されることで、直流電源Ｅから前記三相の駆動電流を生成している。

ブラシレスモータＭには、ロータの磁極位置を各相毎に検出すべく各相に対応して３つのホール素子Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗが備えられており、マイコン１３は、ホール素子Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗから入力される検出信号に基づいてモータＭのロータの磁極位置を検出している。また、マイコン１３には、速度指令値設定部１４からモータＭの回転速度指令値が入力されている。そして、マイコン１３は、その速度指令値とロータの検出磁極位置とをパラメータとしてその時々の各相の駆動電流を設定し、設定した駆動電流を生成すべくプリドライバ回路１２を通じて三相インバータ回路１１を制御する。

詳しくは、本実施形態のマイコン１３には、モータＭの回転を制御すべくその時々の各相の駆動電流の設定を行うために、その内部の記憶部１３ａに進遅角量の異なる３パターンの進角マップＭＰ１〜ＭＰ３が予め記憶されている。進角マップＭＰ１〜ＭＰ３には、ロータの検出磁極位置に対して所定角度の進角とした進み進角マップＭＰ１と、ロータの検出磁極位置そのものを基準とした中心進角マップＭＰ２と、ロータの検出磁極位置に対して所定角度の遅角とした遅れ進角マップＭＰ３とが用意されている。そして、マイコン１３は、ＡＤポートの電位変化、即ち進角マップ設定部１５の出力電圧（設定電圧）の変化に基づいて進角マップＭＰ１〜ＭＰ３をそのいずれかに切り替えるようになっている。

進角マップ設定部１５は、図６に示すように、高電位側電源線Ｌ１とグランドＧＮＤとの間に外付け抵抗Ｒｘと固定抵抗Ｒ１との直列接続よりなる抵抗分割回路１５Ａにて構成され、両抵抗Ｒｘ，Ｒ１間の出力端子がマイコン１３のＡＤポートに接続されている。外付け抵抗Ｒｘには固定抵抗Ｒ１と同等の抵抗値のものが用意され、このような抵抗値の外付け抵抗Ｒｘを取り付けると、抵抗分割回路１５Ａに高電位側電源線Ｌ１から例えば５ボルトの電圧が印加されている場合では、出力端子からの出力電圧が２．５ボルトとなる。これにより、ＡＤポートの電位が２．５ボルトとなって、マイコン１３は中心進角マップＭＰ２を選択する。

一方、外付け抵抗Ｒｘの取付部分に略ゼロの抵抗（短絡部材）が取り付けられると、出力端子からの出力電圧が５ボルトとなる。これにより、ＡＤポートの電位が５ボルトとなって、マイコン１３は進み進角マップＭＰ１を選択する。また、外付け抵抗Ｒｘの取付部分に抵抗を取り付けない場合では、出力端子からの出力電圧がゼロボルトとなる。これにより、ＡＤポートの電位がゼロボルトとなって、マイコン１３は遅れ進角マップＭＰ３を選択する。

このような構成のブラシレスモータＭ及び制御装置１０は、別途用意されるモータ特性検査装置２０にてその特性検査が実施される。この特性検査は、図５に示す手順に沿って行われる。

ステップＳ１では、マイコン１３内にある進角マップＭＰ１〜ＭＰ３の内、例えば中心進角マップＭＰ２が先ず選択される。ステップＳ２では、選択された中心進角マップＭＰ２によるモータＭの制御に基づいて、同一負荷条件下でのモータＭの回転時の駆動電流値が測定される。

ステップＳ３では、進角マップＭＰ１〜ＭＰ３それぞれのモータＭの駆動電流値の測定が３パターン全て完了したか否かが判定される。駆動電流値の測定が全パターン完了していない場合、ステップＳ４にて駆動電流値の未測定のマップ、例えば直前に測定したマップが中心進角マップＭＰ２である場合は進み進角マップＭＰ１に変更し、直前に測定したマップが進み進角マップＭＰ１である場合は遅れ進角マップＭＰ３に変更される。そして、ステップＳ１〜Ｓ３が繰り返されて３パターン全てで駆動電流値の測定が完了すると、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、３パターンそれぞれの駆動電流値からその電流値が最も小さくなる進角マップＭＰ１〜ＭＰ３が判定される。
ここで、ロータの磁極位置を検出するホール素子Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗに角度ズレ（角度バラツキ）が生じると、図２に示すようにそのズレがゼロから離間するほど、ロータの検出磁極位置と実位置とのズレが大きいことを意味し、モータＭから発生する磁気音のそのピーク値が大きくなる。また、この磁気音ピーク値は駆動電流値と相関関係にあり、この駆動電流値も角度ズレ（角度バラツキ）に対して同様に変化する。そのため、駆動電流値が小さいものは磁気音ピーク値も小さくなり騒音も小さくなるとして、進角マップＭＰ１〜ＭＰ３の中から駆動電流値が小さくなるものが判定される。

ステップＳ６においては、個々のブラシレスモータＭに好適な進角マップＭＰ１〜ＭＰ３が設定され、個体毎のホール素子Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗの角度ズレ、即ちロータの検出磁極位置のズレが補正された好適な進角マップＭＰ１〜ＭＰ３に従ってモータＭの回転が制御されるように初期の設定が行われている。

因みに、ロータの検出磁極位置に対して実位置が進角側にある場合には進み進角マップＭＰ１が、ロータの検出磁極位置と実位置との間にズレが生じていないとみなせる場合には中心進角マップＭＰ２が、ロータの検出磁極位置に対して実位置が遅角側にある場合には遅れ進角マップＭＰ３がそれぞれ設定され、図３に示すように、モータＭの回転速度と進角量との関係は各マップＭＰ１〜ＭＰ３で単にオフセットするだけである。

そして、このようにロータの検出磁極位置と実位置とのズレに応じた進角マップＭＰ１〜ＭＰ３をモータＭの個体に合わせて選択するといった初期設定のみの容易な対応で、図４に示すように、モータＭの回転時に生じる磁気音（騒音）の低減を十分に図ることができるようになる。

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）マイコン１３内には、進み・中心・遅れといった進遅角量の異なる制御パターンとして複数の進角マップＭＰ１〜ＭＰ３が予め記憶されており、進角マップ設定部１５は、マイコン１３にて記憶された複数の進角マップＭＰ１〜ＭＰ３のうちいずれか１つをブラシレスモータＭの制御態様として選択する。この場合、同一負荷条件下で駆動電流値の小となる進角マップＭＰ１〜ＭＰ３が選択され、選択された進角マップＭＰ１〜ＭＰ３に従ってブラシレスモータＭの制御が行われる。つまり、回転センサとしてのホール素子Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗに角度ズレが生じている場合、駆動電流値とともに騒音が大となるため、駆動電流値の小、即ち騒音小となる進角マップＭＰ１〜ＭＰ３をブラシレスモータＭの制御態様として選択することで、回転センサ（ホール素子Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ）に生じた角度ズレにかかる補正を進角マップＭＰ１〜ＭＰ３の選択という容易な対応で行うことができ、モータＭの回転時の騒音低減を図ることができる。

（２）マイコン１３内には複数の進角マップＭＰ１〜ＭＰ３が記憶され、進角マップ設定部１５は、そのマイコン１３のＡＤポートの電位を変化させて進角マップＭＰ１〜ＭＰ３の選択を行う。つまり、ＡＤポートの電位を各進角マップＭＰ１〜ＭＰ３に対応付けた電位に変更するだけで、容易にマイコン１３内の進角マップＭＰ１〜ＭＰ３の選択を行うことができる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、制御パターンとして３つの進角マップＭＰ１〜ＭＰ３を用いたが、マップの数はこれに限らない。また、マップ式に限らず、演算式の制御パターンとしてもよい。

・上記実施形態では、進角マップ設定部１５を抵抗Ｒｘ，Ｒ１の抵抗分割回路１５Ａにて構成し、抵抗Ｒｘ部分への抵抗の着脱にてマイコン１３のＡＤポートの電位を変更して進角マップＭＰ１〜ＭＰ３の選択を行ったが、これに限らない。例えば、可変抵抗器を用いてもよく、この可変抵抗器を用いれば抵抗の着脱を行わなくて済む。

また、進角マップＭＰ１〜ＭＰ３に対応付けた２値信号（Ｈ・Ｌレベルの信号）が生じるように進角マップ設定部１５を構成し、その信号の論理の組み合わせにて進角マップＭＰ１〜ＭＰ３の選択を行うようにしてもよい。

また、図７に示すように、ＥＥＰＲＯＭやフラッシュＥＥＰＲＯＭ等の外部記憶装置１５Ｂを用い、該記憶装置１５Ｂ内に複数の進角マップＭＰ１〜ＭＰ３を記憶しておき、記憶装置１５Ｂに設けた進角設定端子に入力する信号に基づいて選択された進角マップＭＰ１〜ＭＰ３の１つがマイコン１３に出力されその記憶部１３ａに記憶（上書き）される。マイコン１３は、記憶された進角マップＭＰ１〜ＭＰ３に基づいてモータＭの制御を行う。このようにすれば、マイコン１３に設ける記憶部１３ａを最小限とでき、マイコン１３の低コスト化に寄与できる。

・上記実施形態では、モータ特性検査装置２０を別途用意したが、モータ特性検査装置に相当する回路を制御装置１０上に載せてもよい。

本実施形態におけるブラシレスモータ制御装置のブロック図である。 角度ズレに対する磁気音ピーク値・駆動電流値の相関を説明する図である。 各進角マップにおける回転速度と進角量との関係を説明する図である。 各進角マップを用いた際の磁気音との関係を説明する図である。 モータ特性検査の手順を説明するフロー図である。 進角マップ設定部の具体構成を説明する回路図である。 別例における進角マップ設定部の具体構成を説明する回路図である。

符号の説明

１０…制御装置、１３…マイコン、１３ａ…記憶部（記憶手段）、１５…進角マップ設定部（選択手段）、１５Ｂ…外部記憶装置（記憶手段）、Ｍ…ブラシレスモータ、Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ…ホール素子（回転センサ）、ＭＰ１，ＭＰ２，ＭＰ３…進み・中心・進角マップ（制御パターン）。

Claims (5)

1. ロータの回転位置を検出する回転センサを有し、該回転センサにて検出した前記ロータの検出回転位置に基づいてブラシレスモータを制御するブラシレスモータ制御装置であって、
   進遅角量の異なる複数の制御パターンを記憶する記憶手段と、該記憶手段にて記憶された複数の前記制御パターンのうちいずれか１つを前記ブラシレスモータの制御態様として選択する選択手段とを備え、
   同一負荷条件下で駆動電流値の小となる前記制御パターンを選択し、選択された前記制御パターンに従って前記ブラシレスモータの制御を行うことを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
2. 請求項１に記載のブラシレスモータ制御装置において、
   前記ブラシレスモータを制御するためのマイコンを有し、該マイコン内に複数の前記制御パターンを記憶する前記記憶手段が備えられ、
   前記選択手段は、前記マイコンのＡＤポートの電位に基づいて前記制御パターンの選択を行うことを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
3. 請求項１に記載のブラシレスモータ制御装置において、
   前記ブラシレスモータを制御するためのマイコンを有するとともに、複数の前記制御パターンを記憶する前記記憶手段が前記マイコンの外部に備えられ、
   前記選択手段は、選択した前記制御パターンを外部の前記記憶手段から前記マイコンに出力して記憶させることを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御装置を一体に備えてなることを特徴とするブラシレスモータ。
5. ロータの回転位置を検出する回転センサを有し、該回転センサにて検出した前記ロータの検出回転位置に基づいてブラシレスモータを制御するブラシレスモータ制御装置の設定方法であって、
   前記制御装置には、進遅角量の異なる複数の制御パターンを記憶する記憶手段と、該記憶手段にて記憶された複数の前記制御パターンのうちいずれか１つを前記ブラシレスモータの制御態様として選択する選択手段とが備えられ、
   同一負荷条件下で駆動電流値の小となる前記制御パターンを選択し、選択された前記制御パターンに従って前記ブラシレスモータの制御が行われるようにしたことを特徴とするブラシレスモータ制御装置の設定方法。

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