JP2010233356A

JP2010233356A - センサレスブラシレスモータ用制御装置

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Publication number: JP2010233356A
Application number: JP2009078174A
Authority: JP
Inventors: Shinji Shibuya; 真治渋谷
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2010-10-14
Anticipated expiration: 2029-03-27
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Abstract

【課題】ロータを磁気的な安定状態に配置することができるセンサレスブラシレスモータ用制御装置を提供する。
【解決手段】制御装置１は、予め定められた複数の通電パターンの制御電流を、インバータ回路２から電気巻線に供給させる第１の指令信号をインバータ回路２に供給する第１の通電指令手段４１と、電流値が予め定められた電流閾値以上のとき検出信号を出力する比較手段５２と、通電パターンの制御電流の供給を指令する第１の指令信号が出力されてから検出信号が出力されるまでの時間を計数するカウンタ５３と、最小のカウント値となる通電パターンを選定し、選定通電パターン信号を出力する選定手段５５とを有する通電パターン選定手段５と、選定通電パターン信号に対応する通電パターンの制御電流を、予めら定められた時間インバータ回路２から電気巻線に供給させる第２の指令信号をインバータ回路２に供給する第２の通電指令手段４２とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、センサレスブラシレスモータ用制御装置に関する。

ブラシレスモータにおいては、ロータの回転位置を検出する位置センサを別途設けずに、ロータの回転によりステータに巻装されているU相、V相およびW相の電気巻線に生じる誘起電圧の信号に基づきロータの回転位置を検出し、この検出されたロータの回転位置に基づき電気巻線に制御電流が供給される種類のモータがある。この種類のモータは「センサレスブラシレスモータ」といわれる。また、検出された誘起電圧の信号に基づきモータに制御電流を供給するモータの制御は「センサレス制御」といわれる。

センサレスブラシレスモータは、ロータが回転しているときは、ロータの回転位置を示す情報となる誘起電圧が電気巻線に生じているため、ロータを回転させる制御電流の供給が可能である。しかしながら、ロータの回転が開始される前のモータの始動時には、ロータが停止しているため誘起電圧が生じていない。そのため、ロータが停止しているときのロータの回転位置、すなわち、ロータの停止位置を誘起電圧によらず他の手段により検出する必要がある。

そして、センサレス制御を実行させるために、検出されたロータの停止位置に基づき、ロータを所定の回転数以上で回転させ、電気巻線に所定の電圧値以上の誘起電圧を生じさせることが求められる。

ロータが停止しているときのロータの回転位置、すなわちロータの停止位置を検出し、センサレス制御を実行する従来のセンサレスブラシレスモータ用制御装置として、例えば、特許文献１に記載されている制御装置（以下、単に「従来の制御装置」という。）がある。従来の制御装置では、予め定められた６種類の通電パターンの制御電流を、順にステータに巻装されたU相、V相およびW相の電気巻線に間欠的に供給し、これらの通電パターンの制御電流の電流値の変化を検出することにより、ロータの停止位置を検出する。

そして、検出されたロータの停止位置の情報に基づき、ロータの起動トルクが最も大きくなる通電パターンの制御電流が選定される。選定された通電パターンの制御電流は、予め定められた時間、電気巻線に供給され、供給された制御電流によりロータは所定の回転数以上で回転される。なお、ロータに作用される起動トルクにより、ロータが回転する状態をフリーランという。

ロータがフリーランしているとき、電気巻線には所定の電圧値以上の誘起電圧が生じ、この誘起電圧により、フリーラン中のロータの回転位置を検出される。そして、検出されたフリーラン中のロータの回転位置の情報に基づき、フリーランに引き続きセンサレス制御が実行される。

特開２００８−９２７８４号公報

センサレスブラシレスモータにおいては、通常、ステータとロータとの間に形成されている磁力により生ずるコギングトルクが、ロータに作用する。そして、ロータに作用するコギングトルクにより、ロータは磁気的な安定状態、すなわち、U相、V相およびW相の電気巻線のうちいずれか一つの電気巻線が巻装され、ステータに備えられたティースの径方向の中心線に対し、円周方向両側に線対称の位置に極性の異なる永久磁石が配置される状態で停止している。

しかしながら、センサレスブラシレスモータが、粘性の大きい作動流体のポンプ用のアクチュエータとして用いられた場合などには、モータに備われるロータに作動流体の抵抗力による負荷トルクが作用する。そして、この負荷トルクがコギングトルクよりも大きい場合には、ロータが上記の磁気的な安定状態からずれた位置で停止してしまうことがある。

従来の制御装置では、ロータが磁気的な安定状態で停止している場合には、所定の電圧値以上の誘起電圧を電気巻線に生じさせるのに十分な起動トルクを、ロータに与えることができる。しかしながら、ロータが磁気的な安定状態からずれた位置で停止している場合には、十分な起動トルクをロータに与えることができない場合が懸念される。

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ロータに十分な起動トルクを与えるために、ロータが磁気的な安定状態からずれた位置で停止している場合でも、ロータを磁気的な安定状態に配置することができるセンサレスブラシレスモータ用制御装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明のセンサレスブラシレスモータ用制御装置は、U相、V相およびW相の電気巻線を備えるセンサレスブラシレスモータに制御電流を供給するセンサレスブラシレスモータ用制御装置において、電気巻線および直流電源に接続され、前記電気巻線に前記制御電流を供給するインバータ回路と、インバータ回路から電気巻線に供給される制御電流の電流値を測定する電流値測定手段と、電気巻線に予め定められた複数の通電パターンの制御電流を、予め定められた順番で供給させることをインバータ回路に指令する複数の指令信号（例えば、第１から第６の通電パターン信号）からなる第１の指令信号を前記インバータ回路に供給する第１の通電指令手段と、電流値測定手段を用いて測定された電流値が予め設定された電流閾値以上になったら検出信号を出力する比較手段と、各通電パターンの制御電流の供給を指令する複数の指令信号の各指令信号が出力されてから検出信号が出力されるまでの時間を各通電パターンの制御電流ごとに計数し、計数されたカウント値に対応するカウント値信号を出力する第１のカウンタと、各通電パターンの制御電流ごとのカウント値信号から最小のカウント値となる通電パターンを選定し、選定された通電パターンに対応する選定通電パターン信号を出力する選定手段とを有する通電パターン選定手段と、電気巻線に前記選定通電パターン信号に対応する通電パターンの制御電流を、予めら定められた時間供給させることをインバータ回路に指令する第２の指令信号を前記インバータ回路に供給する第２の通電指令手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、複数の通電パターンの制御電流のうち最も電流値の変化の俊敏な通電パターンの制御電流を電気巻線に予め定められた時間供給することにより、ロータが磁気的な安定状態からずれた位置で停止している場合でも、ロータを磁気的な安定状態に配置させることができる。

本発明の実施形態におけるセンサレスブラシレスモータ装置のブロック図である。本発明の実施形態における第２の通電指令手段のブロック図である。本発明の実施形態における第３の通電指令手段のブロック図である。本発明の実施形態におけるセンサレスブラシレスモータ用制御装置で行われる一連の処理を示すフローチャートである。本発明の実施形態におけるセンサレスブラシレスモータ用制御装置で行われる停止位置検出モードにおける処理を示すフローチャートである。本発明の実施形態におけるセンサレスブラシレスモータ用制御装置で行われる停止位置検出モードにおける処理を示すフローチャートである。本発明の実施形態におけるセンサレスブラシレスモータ用制御装置で行われる停止位置検出モードにおけるタイミングチャートである。本発明の実施形態におけるセンサレスブラシレスモータ用制御装置で行われる停止位置補正モードにおける処理を示すフローチャートである。本発明の実施形態におけるセンサレスブラシレスモータ用制御装置で行われる起動モードの処理を示すフローチャートである。本発明の実施形態におけるロータの停止位置補正を説明する図である。本発明の実施形態におけるロータの停止位置補正を説明する図である。ロータの停止位置を説明する図である。ロータの起動トルクを説明する図である。

次に、この発明の実施形態を図１に基づいて説明する。図１は、本実施の形態のセンサレスブラシレスモータ装置のシステムブロック図である。センサレスブラシレスモータ装置１００は、センサレスブラシレスモータ２００と、センサレスブラシレスモータ２００に接続されたセンサレスブラシレスモータ用制御装置１とを備える。

センサレスブラシレスモータ２００は、いわゆるスター接続されたU相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）が備えられているステータ（図示せず）と、複数の永久磁石が設けられ、ステータに対し回転自在に配置されたロータ（図示せず）とを備える。センサレスブラシレスモータ用制御装置１は、センサレスブラシレスモータ２００に備えられているU相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）に制御電流を供給する。

センサレスブラシレスモータ用制御装置１は、インバータ回路２、電流値測定手段３、通電指令手段４、ロータ位置検出手段５および通電パターン選定手段６を備えている。インバータ回路２は、U相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）および直流電源BTに接続され、U相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）に制御電流を供給する。

インバータ回路２と接地Gとの間には、シャント抵抗３ａが配置され、接続点P１にてインバータ回路２に接続されている。そして、インバータ回路２からU相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）に供給される制御電流は、シャント抵抗３ａを流れ、制御電流の電流値に比例した電圧降下がシャント抵抗３ａに生じる。そのため、接続点Ｐ１と接続点Ｐ２の電位差は、制御電流の電流値に比例した電圧値となる。

電流値測定手段３は、接続点P1および接続点Ｐ２に接続され、接続点P1と接続点Ｐ２の電位差を検出し、この検出された電圧値からインバータ回路２からU相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）に供給される制御電流の電流値を測定する。そして、測定した電流値に対応する電流値信号を出力する。

通電指令手段４は、インバータ回路２に接続され、第１から第４の通電指令手段（４１、４２、４３、４４）を備える。第１から第４の通電指令手段（４１、４２、４３、４４）は、それぞれ所定の通電パターンの制御電流をインバータ回路２からU相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）に供給させることを指令する第１から第４の指令信号を、インバータ回路２に供給する。

第１の通電指令手段４１は、U相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）に予め定められた複数の通電パターンの制御電流を、予め定められた順番で供給させることをインバータ回路２に指令する複数の指令信号からなる第１の指令信号をインバータ回路２に供給する。なお、第２から第４の通電指令手段（４２、４３、４４）については、後述する。

ロータ位置検出手段５は、U相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）に接続され、ロータが回転しているときにU相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）に生じる誘起電圧の信号からロータの回転位置を検出し、検出された回転位置に対応する位置信号を出力する。

通電パターン選定手段６は、予め定められた電流閾値が記憶されている閾値メモリ５１、比較手段５２、第１のカウンタ５３、記憶手段５４および選定手段５５を備えている。比較手段５３は、電流値測定手段３から供給される電流値信号と閾値メモリ５２に記憶されている電流閾値とを比較し、電流値信号と電流閾値とを比較し、両者が一致した場合に通知信号を出力する。

第１のカウンタ５３は、第１の通電指令手段４１から供給される第１の指令信号によりカウント値を計数する動作を行い、比較手段５３から供給される信号により、カウント値に対応するカウント値信号を記憶手段５４に供給する。その後、一定時間経過後にカウンタ５３はリセットされる。記憶手段５４は、第１のカウンタ５３から供給されるカウント値信号を複数記憶し、選定手段５５は、記憶手段５４に記憶されている複数のカウント値信号から最小のカウント値であるかを選定する。そして、選定手段５５は、いずれのカウント値信号が最小のカウント値となる通電パターンを選定し、選定された通電パターンに対応する選定通電パターン信号を出力する。なお、選定通電パターン信号については、後述する。

図２および図３に基づき第２および第３の通電指令手段（４２、４３）の構成について説明する。第２の通電指令手段４２は、第１の通電パターン生成手段４２ａおよび予め定められた第１のカウント値を計数する第２のカウンタ４２ｂを備え、第１の通電パターン生成手段４２ａは、通電パターン選定手段５の選定手段５５、第２のカウンタ４２ｂから信号が供給され、選定手段５５、第２のカウンタ４２ｂから供給される信号に基づきインバータ回路２に第２の指令信号を予め定められた時間供給する。そして、第２の指令信号は、U相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）に選定通電パターン信号に対応する通電パターンの制御電流を、予めら定められた時間供給させることをインバータ回路２に指令する信号である。

第３の通電指令手段４３は、第２の通電パターン生成手段４３ａおよび予め定められた第２のカウント値を計数する第３のカウンタ４３ｂを備え、第２の通電パターン生成手段４３ａは、通電パターン選定手段５の選定手段５５、第３のカウンタ４３ｂから信号が供給され、選定手段５５、第３のカウンタ４３ｂから供給される信号に基づきインバータ回路２に第３の指令信号を供給する。

第４の通電指令手段４４は、ロータ位置検出手段６により検出される位置信号に基づき、予め定められた複数の通電パターンの制御電流を、予め定められた順番で供給させることをインバータ回路２に指令する第４の指令信号をインバータ回路２に供給する。

次に、本実施の形態のセンサレスブラシレスモータ用制御装置１の動作について説明する。図４には、センサレスブラシレスモータ用制御装置１で行われる一連の動作を表すフローチャートが示される。図４に示すように、センサレスブラシレスモータ用制御装置１は、動作が開始されると（S１００）、順に、（イ）停止位置検出モード（S２００）、（ロ）停止位置補正モード（S３００）、（ハ）起動モード（S４００）、（ニ）フリーランモード（S５００）、（ホ）センサレス制御モード（S５００）が実行される。

（イ）停止位置検出モード（S２００）について、図５、図６および図７に基づき説明する。図５および図６は、（イ）停止位置検出モードにおける本実施の形態のセンサレスブラシレスモータ用制御装置１の動作を示すフローチャートであり、図７は、（イ）停止位置検出モードにおける本実施の形態のセンサレスブラシレスモータ用制御装置１の動作を説明するタイミングチャートである。

（イ）停止位置検出モード（S２００）において、第１の通電指令手段４１からインバータ回路２に供給される第１の指令信号は、複数の指令信号である第１から第６の通電パターン信号から構成されている。まず、この第１から第６の通電パターン信号について説明する。

第１の通電パターン信号は、U相の電気巻線（U）からV相の電気巻線（V）に電流が流れる電流路が形成される「第１の通電パターン」の制御電流をインバータ回路２に対し供給させることを指令する信号であり、第２の通電パターン信号は、U相の電気巻線（U）からW相の電気巻線（W）に電流が流れる電流路が形成される「第２の通電パターン」の制御電流をインバータ回路２に対し供給させることを指令する信号である。

第３の通電パターン信号は、V相の電気巻線（V）からW相の電気巻線（W）に電流が流れる電流路が形成される「第３の通電パターン」の制御電流をインバータ回路２に対し供給させることを指令する信号であり、第４の通電パターン信号は、V相の電気巻線（V）からU相の電気巻線（U）に電流が流れる電流路が形成される「第４の通電パターン」の制御電流をインバータ回路２に対し供給させることを指令する信号である。

第５の通電パターン信号は、W相の電気巻線（W）からU相の電気巻線（U）に電流が流れる電流路が形成される「第４の通電パターン」の制御電流をインバータ回路２に対し供給させることを指令する信号であり、第６の通電パターン信号は、W相の電気巻線（W）からV相の電気巻線（V）に電流が流れる電流路が形成される「第５の通電パターン」の制御電流をインバータ回路２に対し供給させることを指令する信号である。

（イ）停止位置検出モード（S２００）が開始されると（S２０１）、第１の通電指令手段４１から第１の通電パターン信号が、インバータ回路２および第１のカウンタ５３に供給される（S２０２）。そして、第１の通電パターン信号が供給されると第１のカウンタ５３のカウンタ値はリセットされ、第１のカウンタ５３はカウント値「ゼロ」からカウント値を計数する動作を行う（S２０３）。

その後、電流値信号と閾値メモリ５２に記憶されている電流閾値とを比較し、電流値測定手段３から供給される電流値信号と閾値メモリ５２に記憶されている電流閾値とが一致した場合に比較手段５２から通知される通知信号が通知されているか否が判断され（S２０４）、比較手段５２からの通知信号が通知されていないと判断された場合には、比較手段５２から通知信号が通知されるまで監視が行われる。

そして、通知信号が通知されていると判断された場合には、第１の通電指令手段４１からインバータ回路２への第１の通電パターン信号の供給は停止されるとともに（S２０５）、記憶手段５４は、第１のカウンタ５３から供給されているカウンタ値信号を第１のカウント値として記憶する（S２０６）。

上記と同様に、第１の通電パターン信号に引き続き、第１の通電指令手段４１からは、第１の通電パターン信号が出力されてから、予め定められた時間の経過後に、第２から第６の通電パターン信号が、それぞれ予め定められた時間をおいて出力される。第１の通電指令手段４１から第２の通電パターン信号が、インバータ回路２および第１のカウンタ５３に供給されると（S２０７）、第１のカウンタ５３のカウンタ値はリセットされ、第１のカウンタ５３はカウント値「ゼロ」から計数する動作を行う（S２０８）。

その後、比較手段５２からの通知信号が通知されているか否が判断され（S２０９）、比較手段５２からの通知信号が通知されていないと判断された場合には、比較手段５２から通知信号が通知されるまで監視される。そして、通知信号が通知されていると判断された場合には、第１の通電指令手段４１からインバータ回路２への第２の通電パターン信号の供給は停止されるとともに（S２１０）、記憶手段５４は、第１のカウンタ５３から供給されているカウンタ値信号を第２のカウント値として記憶する（S２１１）。

第１の通電指令手段４１から第３の通電パターン信号が、インバータ回路２および第１のカウンタ５３に供給されると（S２１２）、第１のカウンタ５３のカウンタ値はリセットされ、第１のカウンタ５３はカウント値「ゼロ」から計数する動作を行う（S２１３）。

その後、比較手段５２からの通知信号が通知されているか否が判断され（S２１４）、比較手段５２からの通知信号が通知されていないと判断された場合には、比較手段５２から通知信号が通知されるまで監視される。そして、通知信号が通知されていると判断された場合には、第１の通電指令手段４１からインバータ回路２への第３の通電パターン信号の供給は停止されるとともに（S２１５）、記憶手段５４は、第１のカウンタ５３から供給されているカウンタ値信号を第３のカウント値として記憶する（S２１６）。

第１の通電指令手段４１から第４の通電パターン信号が、インバータ回路２および第１のカウンタ５３に供給されると（S２１７）、第１のカウンタ５３のカウンタ値はリセットされ、第１のカウンタ５３はカウント値「ゼロ」から計数する動作を行う（S２１８）。

その後、比較手段５２からの通知信号が通知されているか否が判断され（S２１９）、比較手段５２からの通知信号が通知されていないと判断された場合には、比較手段５２から通知信号が通知されるまで監視される。そして、通知信号が通知されていると判断された場合には、第１の通電指令手段４１からインバータ回路２への第４の通電パターン信号の供給は停止されるとともに（S２２０）、記憶手段５４は、第１のカウンタ５３から供給されているカウンタ値信号を第４のカウント値として記憶する（S２２１）。

第１の通電指令手段４１から第５の通電パターン信号が、インバータ回路２および第１のカウンタ５３に供給されると（S２２２）、第１のカウンタ５３のカウンタ値はリセットされ、第１のカウンタ５３はカウント値「ゼロ」から計数する動作を行う（S２２３）。

その後、比較手段５２からの通知信号が通知されているか否が判断され（S２２４）、比較手段５２からの通知信号が通知されていないと判断された場合には、比較手段５２から通知信号が通知されるまで監視される。そして、通知信号が通知されていると判断された場合には、第１の通電指令手段４１からインバータ回路２への第５の通電パターン信号の供給は停止されるとともに（S２２５）、記憶手段５４は、第１のカウンタ５３から供給されているカウンタ値信号を第５のカウント値として記憶する（S２２６）。

第１の通電指令手段４１から第６の通電パターン信号が、インバータ回路２および第１のカウンタ５３に供給されると（S２２７）、第１のカウンタ５３のカウンタ値はリセットされ、第１のカウンタ５３はカウント値「ゼロ」から計数する動作を行う（S２２８）。

その後、比較手段５２からの通知信号が通知されているか否が判断され（S２２９）、比較手段５２からの通知信号が通知されていないと判断された場合には、比較手段５２から通知信号が通知されるまで監視される。そして、通知信号が通知されていると判断された場合には、第１の通電指令手段４１からインバータ回路２への第６の通電パターン信号の供給は停止されるとともに（S２３０）、記憶手段５４は、第１のカウンタ５３から供給されているカウンタ値信号を第６のカウント値として記憶する（S２３１）。

上記の第１から第６の通電パターン信号に基づく第１から第６のカウンタ値が記憶手段に記憶されると（S２０６、S２１１、S２１６、S２２１、S２２６、S２３１）、選定手段５５は、第１から第６のカウント値のうち最小の値となるカウント値を選定する（S２３２）。そして、第１から第６の通電パターン信号のうち、カウント値が最小となったいずれか一つの通電パターン信号を選定するとともに次の停止位置補正モードに通知し（S２３３）、停止位置検出モードは終了する（S２３４）。

本実施の形態におけるセンサレスブラシレスモータ用制御装置１では、以下に示すセンサレスブラシレスモータ２００の特性を利用することにより、ロータの停止位置を検する。

センサレスブラシレスモータ２００には、ロータに取り付けられている複数の永久磁石により生じる磁束φ０が形成されている。一方、U相、V相またはW相の電気巻線（U、V、W）に制御電流が供給されると、センサレスブラシレスモータ２００には、制御電流により形成される磁束φ１が生じる。センサレスブラシレスモータ２００における磁束φ１の経路の長さ、並びに磁束φ１の流れる方向と磁束φ０の流れる方向との関係により、U相、V相またはW相の電気巻線（U、V、W）に供給される制御電流の単位時間あたりの変化量が変化する。

通常、ステータとロータとの間に形成されている磁力により生ずるコギングトルクが、センサレスブラシレスモータに備えられたロータに作用する。そして、ロータに作用するコギングトルクにより、ロータは磁気的な安定状態、すなわち、U相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）のうちいずれか一つの電気巻線が巻装され、ステータに備えられたティースの径方向の中心線に対し、円周方向両側に線対称の位置に極性の異なる永久磁石が配置される状態で停止している。

そのため、第１から第６の通電パターンの制御電流を、順に、U相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）に供給すると、供給された制御電流により形成される磁束φ１の流れる経路が最小となり、磁束φ１の流れる方向と磁束φ０の流れる方向とが一致する通電パターンが存在する。

そして、磁束φ１の流れる経路が最小となり、磁束φと磁束φ０の流れる方向とが一致する場合には、U相、V相またはW相の電気巻線（U、V、W）に供給される制御電流の単位時間あたりの変化量が最大となる。

本実施の形態のセンサレスブラシレスモータ用制御装置１は、この制御電流の単位時間あたりの変化量が最大となる通電パターンを選定する。そして、選定された通電パターンの情報から、U相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）が巻装されたステータのそれぞれのティースに対し、永久磁石がどのような位置で配置される状態でロータが停止しているか、すなわち、ロータの停止位置が検出される。

次に、図７に基づき、ステータとロータの間に形成されるコギングトルクにより、ロータがステータに対し任意の位置で停止しているときに、（イ）停止位置検出モードによるセンサレスブラシレスモータ２００に備えられているロータの停止位置の検出について説明する。

処理S２０２により第１の通電パターン生成手段４２ａから、第１の通電パターン信号がインバータ回路２に供給されると、時刻T１から第１の通電パターンの制御電流のU相の電気巻線（U）からV相の電気巻線（V）への供給が開始される。そして、処理２０３により、同じく時刻T１から第１のカウンタ５３は、カウント値「ゼロ」からカウント値を計数する動作を開始する。

時間の経過ともに上昇する第１の通電パターンの制御電流の電流値は、時刻T１ａにおいて電流閾値と一致し、処理２０４により比較手段５２から通知信号が通知される。そして、通知信号を契機に処理２０５により第１の通電パターンの制御電流のU相の電気巻線（U）からV相の電気巻線（V）への供給は停止されるとともに、処理２０６により時刻T１から時刻T１ａまでに第１のカウンタ５３が計数される第１のカウント値C1が記憶手段５４に記憶される。なお、第１のカウント値C1は、第１の通電パターンの制御電流の電流値が電流閾値と一致するまでに要する通電時間ΔT１に相当する。

同様に、処理S２０７から処理２１１により時刻T２から時刻T２ａまでに第１のカウンタ５３が計数する第２のカウント値C２が記憶手段５４に記憶され、処理２１２から処理２１６により時刻T３から時刻T３ａまでに第１のカウンタ５３が計数する第３のカウント値C３が記憶手段５４に記憶され、処理２１７から処理２２１により時刻T４から時刻T４ａまでに第１のカウンタ５３が計数する第４のカウント値C４が記憶手段５４に記憶される。

そして、処理２２２から処理２２６により時刻T５から時刻T５ａまでに第１のカウンタ５３が計数する第５のカウント値C５が記憶手段５４に記憶され、処理２２７から処理２３１により時刻T６から時刻T６ａまでに第１のカウンタ５３が計数する第６のカウント値C６が記憶手段５４に記憶される。なお、第２から第６のカウント値（C２からC6）は、それぞれ第２から第６の通電パターンの制御電流の電流値が電流閾値と一致するまでに要する通電時間ΔT２から通電時間ΔT6に相当する。

第１から第６の通電パターンの制御電流の電流値は、非常に短い時間で電流閾値まで達するため、第１から第６の通電パターンの制御電流により、ロータが回転することはない。

処理２３２および処理２３３では、選定手段５５は、第１から第６の通電パターン信号のうち、カウント値が最小となったいずれか一つの通電パターン信号を選定するとともに出力する。なお、処理２０１から処理２３４までは、数ミリから数十ミリ秒以下で実行される。

例えば、図７に示す場合では、第１から第６のカウント値（C1からC6）のうち第６のカウント値C6が最小であり、第６の通電パターン信号が選定手段５５から出力される。なお、第６の通電パターン信号が選定手段５５から出力される場合は、U相の電気巻線Uが巻装されたステータのティースに対して、円周方向両側に線対称の位置に極性の異なる永久磁石が配置される位置がロータの停止位置である。

前述のように、センサレスブラシレスモータ２００に備えられたロータは、ロータとステータとの間に形成されるコギングトルクにより、U相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）のうちいずれか一つの電気巻線が巻装されたステータのティースに対し、円周方向両側に線対称の位置に極性の異なる永久磁石が配置される状態で停止している。そして、第１から第６の通電パターンの制御電流のうち単位時間あたりの変化量が最大となる通電パターンの制御電流が必ず１つだけ存在する。

従って、本実施の形態のセンサレスブラシレスモータ用制御装置１は、第１から第６の通電パターンの制御電流からただ一つ存在する単位時間あたりの変化量が最大となる通電パターンを確実に特定することができ、特定された通電パターンからロータの停止位置を特定することができる。さらに、センサレスブラシレスモータ用制御装置１において停止位置を特定するための処理２０１から処理２３４までは、数ミリから数十ミリ秒以下の短い時間で実行されるため、速やかにロータの停止位置を検出することができる。

次に、（ロ）停止位置補正モードについて、図８に基づき説明する。上記の第１から第６の通電パターン信号のうちから選定され、カウント値が最小となる通電パターン信号（以下「選定通電パターン信号」とする。）が選定手段５５から、第２の指令手段４２の第１の通電パターン生成手段４２ａおよび第２のカウンタ４２ｂに供給されると（ロ）停止位置補正モードは開始される（S３０１）。

選定通電パターン信号が第１の通電パターン生成手段４２ａに供給されると、第１の通電パターン生成手段４２ａは、インバータ回路２への選定通電パターン信号を第２の指令信号として供給することを開始する（S３０２）。選定通電パターン信号のインバータ回路２への供給により、インバータ回路２から、U相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）のうちのいずれか２つの電気巻線に、選定通電パターン信号に対応する通電パターンの制御電流の供給が開始される。

第１の通電パターン生成手段４２ａと同様に、選定通電パターン信号が第２のカウンタ４２ｂに供給されると、第２のカウンタ４２ｂは、カウント値が「ゼロ」にリセットされ（S３０３）、カウント値「ゼロ」から予め定められた第１のカウント値までの計数を開始する（S３０４）。そして、第２のカウンタ４２ｂが第１のカウント値までの計数を完了し、カウントアップしたか否かが判断され（S３０５）、カウントアップしていないと判断される場合には、第２のカウンタ４２ｂがカウントアップされ閾値とカウント値が一致するまで、監視がなされる。

カウントアップされ閾値とカウント値が一致したと判断された場合には、第２のカウンタ４２ｂから閾値とカウント値が一致したことを通知する信号が第１の通電パターン生成手段４２ａに供給され、第１の通電パターン生成手段４２ａは、インバータ回路２への選定通電パターン信号の供給を停止する（S３０６）。選定通電パターン信号のインバータ回路２に対する供給の停止により、インバータ回路２から、U相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）のうちのいずれか２つの電気巻線に供給されていた制御電流の供給が停止される。

前述したように、通常は、ロータに作用するコギングトルクにより、センサレスブラシレスモータ２００のロータは磁気的な安定状態となる位置で停止している。しかしながら、例えば、センサレスブラシレスモータ２００が粘性の大きい液体を作動流体とするポンプの駆動源として用いられたときには、コギングトルクよりも作動流体の抵抗力による負荷トルクの方が大きくなる場合がある。

その場合、U相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）のうちいずれか一つの電気巻線が巻装されたステータのティースの中心線に対し、円周方向両側に非対称の位置に極性の異なる永久磁石が配置される状態でロータが停止してしまうことがある。

例えば、図１０に示すように、U相の電気巻線Uが巻装されたティース２０４Uの中心線L１に対し、極性の異なる永久磁石（２０２ａ、２０２ｂ）が円周方向両側に非対称の位置に配置される状態でロータ２０１が停止してしまうことがある。

同図においては、W相の電気巻線WからV相の電気巻線Vに供給される第６の通電パターンの制御電流により形成される磁束φ１の経路が、第１から第６の通電パターンの制御電流により形成される磁束φ１の経路のうちで最も短い。また、第６の通電パターンの制御電流により形成される磁束φ１の方向が、永久磁石により形成される磁束φ０の方向と一致している。そのため、第６の通電パターン信号が、選定通電パターン信号として選定されている。

本実施の形態のセンサレスブラシレスモータ用制御装置１では、処理S３０１から処理３０７において、選定通電パターン信号に対応する第６の通電パターンの制御電流が、再度、W相の電気巻線WからV相の電気巻線Vに供給される。この第６の通電パターンの制御電流により、ロータ２０１には、ロータを磁気的な安定状態となる位置に回転させるトルクTｑ１が生じる。そして、図１１に示すように、トルクTｑ１により、ロータは磁気的な安定状態となる位置に配置される。

（ハ）起動モードについて、図９に基づき説明する。選定通電パターン信号が選定手段５５から、第３の指令手段４３の第２の通電パターン生成手段４３ａおよび第３のカウンタ４３ｂに供給されると（ハ）起動モードは開始される（S４０１）。

第１から第６の通電パターン信号から選定される選定通電パターン信号が第２の通電パターン生成手段４３ａに供給されると、第２の通電パターン生成手段４３ａは、選定通電パターン信号として選定された通電パターン信号と異なる通電パターン信号（以下「起動通電パターン信号」）を選定し、選定された起動通電パターン信号を第３の指令信号としてインバータ回路２に対し供給することを開始する（S４０２）。

起動通電パターン信号のインバータ回路２への供給により、インバータ回路２から、U相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）のうちのいずれか２つの電気巻線に、起動通電パターン信号に対応する通電パターンの制御電流の供給が開始される。

選定通電パターン信号がインバータ回路２に供給されることによりU相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）に供給される通電パターンの制御電流に対し、起動通電パターン信号がインバータ回路２に供給されることによりU相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）に供給される制御電流は、以下に示す予め定められる通電パターンの制御電流となる。

選定通電パターン信号により、U相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）のうち２つの電気巻線（以下「選定電気巻線」とする。）に「一の方向」に流れる制御電流が供給される。これに対し、起動通電パターン信号により、（１）選定電気巻線と異なる電気巻線と、（２）選定電気巻線のうちいずれか一方の電気巻線に制御電流が流れる。そして、（３）選定電気巻線のうちいずれか一方の電気巻線に流れる制御電流は、上記の「一の方向」と反対の「他の方向」に流れる制御電流となる。

例えば、選定通電パターン信号により、第１の通電パターンの制御電流がU相の電気巻線UからV相の電気巻線に流れた場合、（１）U相およびV相の電気巻線（U、V）と異なるW相の電気巻線Wと、（２）U相およびV相の電気巻線（U、V）のうちいずれか一方であるU相またはV相の電気巻線（U、V）、すなわち、W相とU相の電気巻線（W、U）またはW相とV相の電気巻線（W、V）に制御電流が流れる。

そして、その制御電流の流れる向きは、（３）W相とU相の電気巻線（W、U）においてはW相の電気巻線WからU相の電気巻線Uへの方向であり、W相とV相の電気巻線（W、U）においてはV相の電気巻線VからW相の電気巻線Wへの方向である。すなわち、起動通電パターン信号により、W相の電気巻線WからU相の電気巻線Uに流れる第５の通電パターンの制御電流、または、V相の電気巻線VからW相の電気巻線Wに流れる第３の通電パターンの制御電流が電気巻線に供給される。

第２の通電パターン生成手段４３ａと同様に、選定通電パターン信号が第３のカウンタ４３ｂに供給されると、第３のカウンタ４３ｂは、カウント値が「ゼロ」にリセットされ（S４０３）、カウント値「ゼロ」から予め定められた第２のカウント値までの計数を開始する（S４０４）。そして、第２のカウンタ４３ｂが第２のカウント値までの計数を完了し、カウントアップし予め定められた閾値と一致したか否かが判断され（S４０５）、一致していないと判断される場合には、第３のカウンタ４３ｂが閾値と一致するまで監視がなされる。

閾値と一致したと判断された場合には、第３のカウンタ４３ｂから閾値と一致したことを通知する信号が第２の通電パターン生成手段４３ａに供給され、第２の通電パターン生成手段４３ａは、インバータ回路２への起動通電パターン信号の供給を停止する（S４０６）。起動通電パターン信号のインバータ回路２に対する供給の停止により、インバータ回路２から、U相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）のうちのいずれか２つの電気巻線に供給されていた制御電流の供給が停止される。

次に、（ニ）フリーランモード（S５００）、（ホ）センサレス制御モード（S６００）について説明する。上記の（ハ）起動モードの処理が実行されることにより、ロータには、起動トルクが作用し、ロータは所定の回転数以上で回転し、電気巻線には所定の電圧値以上の誘起電圧が生じる。（ニ）フリーランモード（S５００）では、この起動トルクによりロータが回転するときに生じる誘起電圧からロータ位置検出手段６により回転中のロータの回転位置を検出し、検出された回転位置に対応する位置信号が、ロータ位置検出手段６より出力する。

（ホ）センサレス制御モード（S６００）では、（ニ）フリーランモードにおいて検出された回転中のロータの回転位置の情報が第４の通電指令手段４４に供給され、供給された回転中のロータの回転位置の情報に基づき、第４の通電指令手段４４は、第１から第６の通電パターンの制御信号を、第４の指令信号としてインバータ回路２に供給する。

この第４の指令信号によりインバータ回路２からU相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）には、ロータの回転位置の情報に基づく第１から第６の通電パターンの制御電流が供給され、誘起電圧の信号に基づき制御電流がセンサレスブラシレスモータに供給されるセンサレス制御が実施される。

次に、本実施の形態のセンサレスブラシレスモータ用制御装置１が有する効果について、図１２および図１３に基づき説明する。図１２は、（イ）停止位置検出モードにおいて、第１から第６の通電パターンの制御電流がU相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）に供給されたときの各制御電流の通電時間を示す。同図において、ロータが磁気的な安定状態の位置で停止していない状態における通電時間は実線で示される。一方、ロータが磁気的な安定状態の位置で停止している状態における通電時間は破線で示される。

同図におけるロータの位置では、ロータが磁気的な安定状態の位置で停止しているか否かにかかわらず、第６の通電パターンの制御電流がU相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）に供給されたときの通電時間が短い。そのため、ロータが磁気的な安定状態の位置に停止しているとき、および安定状態の位置に停止していないときのいずれの場合でも、第６の通電パターン信号が選定通電パターン信号として選定される。そして、選定通電パターン信号として選定された第６の通電パター信号に基づき、第４または第２の通電パターン信号が、起動通電パターン信号として選定される。

図１３は、図１２においてロータの停止位置が検出され、第４または第２の通電パターン信号が、起動通電パターン信号として選定された後に、（ニ）起動モードにおいて、起動通電パターン信号に対応し第４または第２の通電パターンの制御電流がU相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）に供給されたときにロータに作用する起動トルクを示す。同図において、ロータが磁気的な安定状態の位置で停止していない状態における起動トルクを破線で示し、ロータが磁気的な安定状態の位置で停止している状態における起動トルクを実線で示す。

図１３の実線にて示すように、ロータが磁気的な安定状態の位置で停止している状態において、第４または第２の通電パターンの制御電流がU相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）に供給されたときにロータに作用する起動トルクの値は、それぞれピーク値であるＴａ、Ｔｂである。それに対し、ロータが磁気的な安定状態の位置で停止していない状態において、第４または第２の通電パターンの制御電流がU相、V相およびW相の電気巻線（U、V、W）に供給されたときにロータに作用する起動トルクの値は、それぞれＴｃ、Ｔｄとなり、ピーク値であるＴａ、Ｔｂよりも小さくなる（Ｔｃ<Ｔａ、Ｔｄ<Ｔｂ）。

しがたって、ロータが磁気的な安定状態の位置で停止している状態における起動トルクの値に対し、ロータが磁気的な安定状態の位置で停止していない状態おける起動トルクの値は、小さくなってしまう。起動トルクの値が小さくなってしまうと、・・・・？

それに対し、本実施の形態のセンサレスブラシレスモータ用制御装置１は、（イ）停止位置検出モードの後に（ロ）停止位置補正モードが実行される。ロータが磁気的な安定状態の位置で停止していない場合にも、（ロ）停止位置補正モードが実行されることにより、センサレスブラシレスモータ用制御装置１は、ロータの停止位置を磁気的な安定状態の位置へと補正することができる。すなわち、ロータの停止位置を、図１２において実線にて示す磁気的な安定状態に停止していない位置から、破線にて示す磁気的な安定状態に停止している位置へと補正することができる。

上記のように、ロータの停止位置を磁気的な安定状態に停止している位置へと補正することができるため、ロータに作用する起動トルクの値を、ピーク値とすることができ、フリーランするロータの回転数を所定の回転数以上とすることができ、ロータの回転位置を検出するのに十分な電圧値の誘起電圧をＵ相、Ｖ相およびＷ相の電気巻線（Ｕ、Ｖ、Ｗ）に生じせることができる。停止位置によらず、毎回安定したフリーラン回転数とすることができるので始動失敗による脱調を防ぐことができる。

１センサレスブラシレスモータ用制御装置
２インバータ回路
３電流測定手段
３ａシャント抵抗
４通電指令手段
４１第１の通電指令手段
４２第２の通電指令手段
４２ａ第１の通電パターン生成手段
４２ｂ第２のカウンタ
４３第３の通電指令手段
４３ａ第２の通電パターン生成手段
４３ｂ第３のカウンタ
４４第４の通電指令手段
５通電パターン検出手段
５１閾値メモリ
５２比較手段
５３第１のカウンタ
５４記憶手段
５５選定手段
６ロータ位置検出手段
１００センサレスブラシレスモータ装置
２００センサレスブラシレスモータ
２０１ロータ
２０３永久磁石
２０３ステータ
２０４ティース
ＵＵ相の電気巻線
ＶＶ相の電気巻線
ＷＷ相の電気巻線
BT 直流電源
G 接地

Claims

U相、V相およびW相の電気巻線を備えるセンサレスブラシレスモータに制御電流を供給するセンサレスブラシレスモータ用制御装置において、
前記電気巻線および直流電源に接続され、前記電気巻線に前記制御電流を供給するインバータ回路と、
前記インバータ回路から前記電気巻線に供給される前記制御電流の電流値を測定する電流値測定手段と、
前記電気巻線に予め定められた複数の通電パターンの制御電流を、予め定められた順番で供給させることを前記インバータ回路に指令する複数の指令信号からなる第１の指令信号を前記インバータ回路に供給する第１の通電指令手段と、
前記電流値測定手段を用いて測定された電流値が予め設定された電流閾値以上になったら検出信号を出力する比較手段と、各通電パターンの制御電流の供給を指令する前記複数の指令信号の各指令信号が出力されてから検出信号が出力されるまでの時間を各通電パターンの制御電流ごとに計数し、計数されたカウント値に対応するカウント値信号を出力する第１のカウンタと、各通電パターンの制御電流ごとの前記カウント値信号から最小のカウント値となる通電パターンを選定し、選定された通電パターンに対応する選定通電パターン信号を出力する選定手段とを有する通電パターン選定手段と、
前記電気巻線に前記選定通電パターン信号に対応する通電パターンの制御電流を、予めら定められた時間供給させることを前記インバータ回路に指令する第２の指令信号を前記インバータ回路に供給する第２の通電指令手段とを備えることを特徴とするセンサレスブラシレスモータ用制御装置。
前記センサレスブラシレスモータ用制御装置において、
前記選定通電パターン信号に対応する通電パターンと異なる通電パターンの制御電流を起動通電パターンの制御電流として、予め定められた時間前記インバータ回路から前記電気巻線に給させる第３の指令信号を前記インバータ回路に供給する第３の通電指令手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載のセンサレスブラシレスモータ用制御装置。