JP2012075230A - ブラシレスモータの駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサレス駆動において、低速駆動及び高速駆動の両方において、ブラシレスモータを安定して駆動する。
【解決手段】制御部３は、誘起電圧検出回路４と、ロータ位置算出回路５と、目標回転数算出回路６と、速度制御回路７と、調整部１１と、デューティ制御回路８と、転流制御回路９と、を備える。速度制御回路７は、目標回転速度を算出し、算出された目標回転速度でロータを回転させるための速度制御信号を生成する。調整部１１は、目標回転数情報に基づいて、キャリア周波数と、キャリア周波数のデューティ比と、を調整するための調整信号を生成する。デューティ制御回路８は、速度制御信号及び調整信号に基づいて、キャリア周波数に応じてデューティ比を制御するためのデューティ制御信号を生成する。転流制御回路９は、デューティ制御信号に基づいて、複数のスイッチング素子のオン及びオフを切り替えるためのスイッチング制御信号を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシレスモータの駆動制御装置に関し、特に、センサレス駆動制御によりブラシレスモータを駆動制御する駆動制御装置に関する。

モータの駆動制御技術として、スイッチング素子の制御端子のオン及びオフを切り替えることによって、モータに電流を通電する状態（（以下、「通電状態」という）とモータに電流を通電しない状態（以下、「非通電状態」という）とを切り替えながらモータを駆動する技術が知られている。この駆動制御技術では、所望のモータ出力に応じてデューティ比を算出し、算出したデューティ比を有するパルス電圧をスイッチング素子の制御端子に入力する。スイッチング素子の制御端子のオン及びオフは、入力されたパルス電圧のデューティ比に応じて切り替わる。例えば、制御端子にオン電圧が印加されている間はスイッチング素子がオンになり、ゲートにオフ電圧が印加されている間はスイッチング素子がオフになる。これにより、デューティ比に応じた電流がモータに通電される。このような処理を繰り返すことによって、モータに交流電流が通電される。

従来、パルス電圧のデューティ比を制御する単位時間の逆数（以下、「キャリア周波数」という）をモータの回転数（回転速度）に応じて変更する技術が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。

特開２００１−１８６７８７号公報 特開２００５−１７６４３７号公報

上記の特許文献１及び特許文献２には、ともに、以下の様な問題がある。

一般的には、モータを高速で駆動する高速駆動では、キャリア周波数を高く設定して、スイッチング素子の制御端子のオン及びオフを切り替える。これにより、モータの回転速度及びトルクを正確に制御することができる。その結果、高速駆動において、モータの走行安定性が保たれ、且つ、モータの静穏化が図られる。

しかしながら、高速駆動において、モータの回転速度及びトルクを正確に制御するためにキャリア周波数を高く設定すると、パルス幅変調（以下、「ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）」という）信号のオンデューティの幅が狭くなる。例えば、あるオンデューティに対してキャリア周波数を２倍に設定すると、ＰＷＭ信号の通電時間が半分になる。その結果、スイッチング素子のターンオン時間がＰＷＭ信号の通電時間よりも長い場合には、スイッチング素子がオンになる前に非導通状態になる。その結果、特に、ロータの位置を検出するためのセンサを用いない駆動制御（以下、「センサレス駆動制御」という）においては、ゼロクロス点を検出するための基準電圧に到達できないため、ゼロクロス点を検出することができず、低速駆動ができなくなるという問題が発生する。

従来は、上記の問題を解決する方法として、外付け基板にスイッチング素子のオン及びオフの切り替え速度を高速化する回路（例えば、プッシュプル回路）を追加する方法や、ＰＷＭ信号の電圧を上げる（すなわち、スイッチング素子の制御電圧を上げる）技術により、スイッチング素子のターンオン時間を短くするという方法などが用いられている。

しかしながら、スイッチング素子のオン及びオフの切り替え速度を高速化する回路を追加する方法では、モータの小型化を妨げるとともに、モータの製造コストが上昇するといった問題がある。また、ＰＷＭ信号の電圧を上げる方法では、電圧を上げることが困難な低電圧駆動のマイクロコンピュータ（例えば、３［Ｖ］程度の電圧で駆動するマイクロコンピュータ）には適さないという問題がある。

上記の課題を解決するために、本発明に係るブラシレスモータの駆動制御装置は、ブラシレスモータのロータの位置を検出するためのセンサを用いることなく、前記モータのステータに設けられた複数相の駆動コイルに発生する逆起電圧に基づいて、複数相の駆動コイルに選択的に通電するための複数のスイッチング素子を備えるインバータ回路と、前記モータを駆動制御するための信号を前記インバータ回路に供給する制御部と、を備えるブラシレスモータの駆動制御装置であって、
前記制御部は、
前記モータの回転駆動によって、各相に発生する前記逆起電圧のゼロクロス点を示すゼロクロス点情報を生成する誘起電圧検出回路と、
前記ゼロクロス点情報に基づいて、前記ロータの位置を算出し、算出されたロータの位置を示すロータ位置情報を生成するロータ位置算出回路と、
所定の回転数指令に基づいて、前記ロータの目標回転数を算出し、算出された目標回転数を示す目標回転数情報を生成する目標回転数算出回路と、
前記ゼロクロス点情報及び前記ロータ位置情報の少なくとも一方の情報と、前記目標回転数情報と、に基づいて、前記ロータの目標回転速度を算出し、算出された目標回転速度で前記ロータを回転させるための速度制御信号を生成する速度制御回路と、
前記目標回転数情報に基づいて、前記キャリア周波数と、前記キャリア周波数のデューティ比と、を調整するための調整信号を生成する調整部と、
前記速度制御信号及び前記調整信号に基づいて、キャリア周波数に応じてデューティ比を制御するためのデューティ制御信号を生成するデューティ制御回路と、
前記デューティ制御信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子のオン及びオフを切り替えるためのスイッチング制御信号を生成する転流制御回路と、を備えることを特徴とする。

好ましくは、前記調整部は、前記目標回転数情報に示される目標回転数と所定の目標回転数閾値との関係を示す第１換算テーブルに基づいて、前記キャリア周波数を前記目標回転数に対応するキャリア周波数に調整するキャリア周波数調整回路を備える。

好ましくは、前記調整部は、さらに、前記デューティ比と、所定のデューティ閾値と、前記キャリア周波数の調整方向と、の関係を示す第２換算テーブルに基づいて、前記キャリア周波数調整回路により調整されたキャリア周波数のデューティ比を前記目標回転数に応じて調整するための調整信号を生成するデューティ調整回路を備える。

好ましくは、前記デューティ調整回路は、前記キャリア周波数調整回路により前記キャリア周波数が所定の第１周波数から前記第１周波数より高い第２周波数に変更される場合に、前記デューティ比を調整するための調整信号を生成する。

好ましくは、前記第２換算テーブルは、キャリア周波数毎に所定のデューティ比を有し、前記キャリア周波数調整回路により前記キャリア周波数が所定の第１周波数から前記第１周波数より高い第２周波数に変更されるときは、前記デューティ比を増加させ、前記キャリア周波数調整回路により前記キャリア周波数が前記第２周波数から前記第１周波数に変更されるときは、前記デューティ比を維持するように設定される。

好ましくは、前記第１換算テーブルには、前記目標回転数に対応する複数のキャリア周波数について、前記目標回転数と前記目標回転数閾値との関係が設定される。

本発明によれば、高速駆動において、非導通状態になる前に、スイッチング素子のターンオンを確実に行うことができるため、センサレス駆動でありながら、低速駆動及び高速駆動の両方において、モータを安定して駆動することができる。

また、本発明によれば、スイッチング素子を高速化する回路を追加するための外付け基板が不要となるので、モータを小型化し、且つ、モータの製造コストを低減することができる。

第１実施形態に係るブラシレスモータの駆動制御装置１の回路構成を示すブロック図。 第１実施形態における目標回転数とキャリア周波数との関係を示す図。 第１実施形態に係るブラシレスモータの駆動制御処理の手順を示すフローチャート。 第１実施形態に係る第１換算テーブルの概略図。 第１実施形態に係る図１のデューティ調整回路１３の第２換算テーブルの概略図。 第２実施形態における目標回転数とキャリア周波数との関係を示す図。 第２実施形態に係るブラシレスモータの駆動制御処理の手順を示すフローチャート。 図７のデューティ調整（Ｓ７２６）の手順を示すフローチャート。 第２実施形態に係る第１換算テーブルの概略図。 第２実施形態に係る第２換算テーブルの概略図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本発明の第１実施形態は、２種類のキャリア周波数（第１キャリア周波数及び第２キャリア周波数）を用いるブラシレスモータの駆動制御装置の例である。

図１を参照して、第１実施形態のブラシレスモータの駆動制御装置の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係るブラシレスモータの駆動制御装置１の回路構成を示すブロック図である。

図１のブラシレスモータの駆動制御装置１は、モータ３０を駆動制御する装置である。駆動制御装置１は、インバータ回路２と、制御部３と、を備える。モータ３０は、３相（Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相）の電機子コイルを有するブラシレスモータである。

制御部３は、モータ３０を駆動制御するための信号をインバータ回路２に供給するモジュールである。制御部３は、誘起電圧検出回路４と、ロータ位置算出回路５と、目標回転数算出回路６と、速度制御回路７と、デューティ制御回路８と、転流制御回路９と、調整部１１と、を備えている。

誘起電圧検出回路４は、モータ３０のステータに設けられた各相の電機子コイルに発生する逆起電圧のゼロクロス点を検出し、検出されたゼロクロス点を示すゼロクロス点情報を生成する回路である。

ロータ位置算出回路５は、誘起電圧検出回路４により検出された逆起電圧のゼロクロス点情報に基づいてロータの位置を算出し、算出されたロータの位置を示すロータ位置情報を生成する回路である。

目標回転数算出回路６は、駆動制御装置１の外部から供給される所定の回転数指令に基づいて、ロータの目標回転数を算出し、算出された目標回転数を示す目標回転数情報を生成する回路である。

速度制御回路７は、誘起電圧検出回路４により生成されたゼロクロス点情報及びロータ位置算出回路５により算出されたロータ位置情報の少なくとも一方の情報と、目標回転数算出回路６により生成された目標回転数情報と、に基づいて、ロータの目標回転速度を算出し、算出された目標回転速度でロータを回転させる（すなわち、ロータの回転数を目標回転数に設定する）ための速度制御信号を生成する回路である。速度制御信号は、ＰＷＭにより制御された電圧信号である。なお、本実施形態の速度制御回路７は、ゼロクロス点情報及びロータ位置情報の両方及び目標回転数情報（すなわち、３種類の情報）に基づいてロータの目標回転速度を算出しても良い。

調整部１１は、目標回転数算出回路６により生成された目標回転数情報に基づいて、キャリア周波数と、キャリア周波数のデューティ比と、を調整するための調整信号を生成するモジュールである。調整部１１は、キャリア周波数調整回路１２と、デューティ調整回路１３と、を備える。

キャリア周波数調整回路１２は、目標回転数算出回路６により生成された目標回転数情報及び所定の第１換算テーブルに基づいて、キャリア周波数を目標回転数に対応するキャリア周波数に調整する回路である。第１換算テーブルは、目標回転数と回転数閾値との関係を示すテーブルである。

デューティ調整回路１３は、所定の第２換算テーブルに基づいて、キャリア周波数調整回路１２により調整されたキャリア周波数のデューティ比を目標回転数に応じて調整するための調整信号を生成する回路である。第２換算テーブルは、デューティ比と、所定のデューティ閾値と、キャリア周波数の調整方向と、の関係を示すテーブルである

デューティ制御回路８は、速度制御回路７により生成された速度制御信号と、デューティ調整回路１３により生成された調整信号と、に基づいて、キャリア周波数に応じてデューティ比を制御するためのデューティ制御信号を生成するモジュールである。

転流制御回路９は、ロータ位置算出回路５により生成されたロータ位置情報と、デューティ制御回路８により生成されたデューティ制御信号と、に基づいて、インバータ回路２の複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオン及びオフを切り替えるためのスイッチング制御信号を生成し、生成したスイッチング制御信号をスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に順次出力する回路である。

インバータ回路２は、モータ３０のステータに設けられた複数相の電機子コイルに発生する逆起電圧に基づいて、複数相の電機子コイルに選択的に通電する回路である。具体的には、インバータ回路２は、転流制御回路９により生成されたスイッチング制御信号に基づいて、モータ３０を駆動制御するための駆動電圧を生成し、生成された駆動電圧をモータ３０に印加する。インバータ回路２は、複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を備える。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオン及びオフは、スイッチング制御信号に応じて切り替わる。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に印加された電源電圧Ｖｃｃは、スイッチング制御信号に応じて各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオン及びオフが切り替わることにより駆動電圧に変換され、変換された駆動電圧がモータ３０に印加される。モータ３０のロータは、インバータ回路２により印加される駆動電圧に応じて回転する。

次に、図２〜図５を参照して、第１実施形態に係る駆動制御方法について説明する。図２は、第１実施形態における目標回転数とキャリア周波数との関係を示す図である。図３は、第１実施形態に係るブラシレスモータの駆動制御処理の手順を示すフローチャートである。図４は、第１実施形態に係る第１換算テーブルの概略図である。図５は、第１実施形態に係る図１のデューティ調整回路１３の第２換算テーブルの概略図である。

図２に示すように、キャリア周波数は、目標回転数が所定の回転数閾値Ｒ１（例えば、２０００［ｒｐｍ］）よりも低いときは、第１周波数Ｆ１（例えば、１６［ｋＨｚ］）に設定され、目標回転数が回転数閾値Ｒ１以上のときは、第２周波数Ｆ２（例えば、４０［ｋＨｚ］）に設定される。第２周波数Ｆ２は、第１周波数Ｆ１より高い周波数である。

＜図３：Ｓ３０１＞ 図１のキャリア周波数調整回路１２が、目標回転数と所定の回転数閾値Ｒ１とを比較する。目標回転数が回転数閾値Ｒ１未満の場合には（Ｓ３０１−ＹＥＳ）、Ｓ３１２が実行される。目標回転数が回転数閾値Ｒ１以上の場合には（Ｓ３０１−ＮＯ）、Ｓ３２２が実行される。

＜図３：Ｓ３１２＞ 図１のキャリア周波数調整回路１２が、キャリア周波数が第１周波数Ｆ１であるか否かを判定する。キャリア周波数が第１周波数Ｆ１である場合（すなわち、キャリア周波数に適切な周波数が設定されている場合）には（Ｓ３１２−ＹＥＳ）、駆動制御処理が終了する。キャリア周波数が第２周波数Ｆ２である場合（すなわち、キャリア周波数に適切な周波数が設定されていない場合）には（Ｓ３１２−ＮＯ）、Ｓ３１３が実行される。

＜図３：Ｓ３１３＞ 図１のキャリア周波数調整回路１２が、設定キャリア周波数を第１周波数Ｆ１に設定する。

＜図３：キャリア周波数調整（Ｓ３１４）＞ 図１のキャリア周波数調整回路１２が、キャリア周波数を設定キャリア周波数に調整する。すなわち、キャリア周波数調整回路１２は、キャリア周波数を第２周波数Ｆ２から第１周波数Ｆ１に変更する。これにより、キャリア周波数に適切な周波数が設定される。キャリア周波数調整（Ｓ３１４）が終了すると、駆動制御処理が終了する。この場合には、デューティ比は調整されない。

＜図３：Ｓ３２２＞ 図１のキャリア周波数調整回路１２が、キャリア周波数が第２周波数Ｆ２であるか否かを判定する。キャリア周波数が第２周波数Ｆ２である場合（すなわち、キャリア周波数に適切な周波数が設定されている場合）には（Ｓ３２２−ＹＥＳ）、駆動制御処理が終了する。キャリア周波数が第１周波数Ｆ１である場合（すなわち、キャリア周波数に適切な周波数が設定されていない場合）には（Ｓ３２２−ＮＯ）、Ｓ３２３が実行される。

＜図３：Ｓ３２３＞ 図１のキャリア周波数調整回路１２が、設定キャリア周波数を第２周波数Ｆ２に設定する。

＜図３：キャリア周波数調整（Ｓ３２４）＞ 図１のキャリア周波数調整回路１２が、キャリア周波数を設定キャリア周波数に調整する。すなわち、キャリア周波数調整回路１２は、キャリア周波数を第１周波数Ｆ１から第２周波数Ｆ２に変更する。これにより、キャリア周波数に適切な周波数が設定される。

＜図３：Ｓ３２５＞ 図１のデューティ調整回路１３が、キャリア周波数のデューティ比と所定のデューティ閾値Ｄ１とを比較する。例えば、デューティ閾値Ｄ１の値は３０％である。デューティ比がデューティ閾値Ｄ１よりも小さい場合（すなわち、キャリア周波数を高く設定したときのデューティ比が適切な値でない場合）には（Ｓ３２５−ＹＥＳ）、デューティ調整（Ｓ３２６）が実行される。デューティ比がデューティ閾値Ｄ１以上の場合（すなわち、キャリア周波数を高く設定したときのデューティ比が適切な値である場合）には（Ｓ３２５−ＮＯ）、駆動制御処理が終了する。

＜図３：デューティ調整（Ｓ３２６）＞ 図１のデューティ調整回路１３が、デューティ比を所定値に調整するための調整信号を生成する。所定値は、デューティ閾値Ｄ１以上の値である。すなわち、デューティ調整回路１３は、デューティ比がデューティ閾値Ｄ１以上になるように、デューティ比を増加させるための調整信号を生成する。これにより、キャリア周波数を高く設定したときのデューティ比が適切な値に調整される。デューティ調整（Ｓ３２６）が終了すると、駆動制御処理が終了する。

上記のとおり、図１のキャリア周波数調整回路１２は、図４の第１換算テーブル（目標回転数と回転数閾値Ｒ１との関係）に応じて、キャリア周波数を維持又は調整する。第１換算テーブルには、目標回転数に対応する複数のキャリア周波数について、目標回転数と目標回転数閾値との関係が設定される。具体的には、目標回転数が回転数閾値Ｒ１未満の場合には、キャリア周波数が第１周波数Ｆ１のときはキャリア周波数が維持され、キャリア周波数が第２周波数Ｆ２のときはキャリア周波数が第１周波数Ｆ１に変更される。また、目標回転数が回転数閾値Ｒ１以上の場合には、キャリア周波数が第１周波数Ｆ１のときはキャリア周波数が第２周波数Ｆ２に変更され、キャリア周波数が第２周波数Ｆ２のときはキャリア周波数が維持される。換言すると、低速駆動の場合には、キャリア周波数は第１周波数Ｆ１に設定され（すなわち、キャリア周波数が低く設定され）、高速駆動の場合には、キャリア周波数は第２周波数Ｆ２に設定される（すなわち、キャリア周波数が高く設定される）。

上記のとおり、デューティ調整回路１３は、図５の第２換算テーブル（デューティ比と、デューティ閾値Ｄ１と、キャリア周波数の調整方向との関係）に応じて、デューティ比を維持又は調整する。具体的には、キャリア周波数が第１周波数Ｆ１から第２周波数Ｆ２に変更される場合には、デューティ比がデューティ閾値Ｄ１未満のとき（すなわち、デューティ比が適切な値でないとき）にはデューティ比が調整され、デューティ比がデューティ閾値Ｄ１以上のとき（すなわち、デューティ比が適切な値であるとき）にはデューティ比が維持される。また、キャリア周波数が第２周波数Ｆ２から第１周波数Ｆ１に変更される場合には、デューティ比とデューティ閾値Ｄ１との関係に関わらずにデューティ比が維持される。第２換算テーブルは、キャリア周波数の調整方向に応じてデューティ比が調整又は維持されるように設定される。

なお、第１実施形態では、目標回転数に対するキャリア周波数及びデューティ比をモータ３０の負荷の大きさやモータ３０の用途などによって適切に設定することが望ましい。例えば、目標回転数に対するキャリア周波数及びデューティ比は、以下の手順により設定される。

はじめに、図１のモータ３０の種類に応じて、キャリア周波数に対してモータ３０が回転することができる最低速度（以下、「回転可能最低速度」という）を実測する。次いで、キャリア周波数、回転可能最低速度、及びオンデューティの関係を示す表１のデューティテーブルを作成する。

低速駆動では、図１のモータ３０の仕様で定められる最低回転速度に基づいて、表１から、最低回転速度に対して所定のマージンを有する最低可能回転速度と、最低可能回転速度に対応するキャリア周波数及びオンデューティと、を決定する。例えば、最低回転速度が７５０［ｒｐｍ］である場合には、最低可能回転速度はＭＲ１（＝４５０［ｒｐｍ］）に決まり、キャリア周波数は第１周波数Ｆ１（＝１６［ｋＨｚ］）に決まり、オンデューティはＯＤ１（＝４［％］）に決まる。

高速駆動では、所定のパラメータ（例えば、スイッチング損失の目標値）に基づいて、高速回転時のキャリア周波数と、キャリア周波数に対応する回転可能最低速度及びオンデューティと、を決定する。例えば、キャリア周波数が第２周波数Ｆ２（＝４０［ｋＨｚ］）に決定した場合には、表１から、回転可能最低速度がＭＲ２（１２００［ｒｐｍ］）に決まり、オンデューティがＯＤ２（１２［％］）に決まる。

本発明の第１実施形態によれば、モータ３０の回転数を目標回転数に応じて変更するときに、目標回転数に応じてキャリア周波数を設定するとともに、キャリア周波数を低い周波数（第１周波数Ｆ１）から高い周波数（第２周波数Ｆ２）に調整するときにデューティ比がデューティ閾値Ｄ１以上となるようにデューティ比を調整する。これにより、高速駆動において、非導通状態になる前に、スイッチング素子のターンオンを確実に行うことができるため、センサレス駆動でありながら、低速駆動から高速駆動までを安定させることができる。高速駆動において、非導通状態になる前に、回転時にもスイッチング素子のターンオンを確実に行うことができるため、センサレス駆動でありながら、低速駆動及び高速駆動の両方において、モータを安定して駆動することができる。

また、本発明の第１実施形態によれば、スイッチング素子を高速化する回路を追加するための外付け基板が不要となるので、モータを小型化し、且つ、モータの製造コストを低減することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本発明の第２実施形態は、３種類のキャリア周波数（第１キャリア周波数Ｆ１〜第３キャリア周波数Ｆ３）を用いるブラシレスモータの駆動制御装置の例である。なお、上述の実施形態と同様の内容についての説明は省略する。

第２実施形態に係るブラシレスモータの駆動制御装置の構成は、第１実施形態と同様である（図１を参照）。

図６及び図７を参照して、第２実施形態に係る駆動制御方法について説明する。図６は、第２実施形態における目標回転数とキャリア周波数との関係を示す図である。図７は、第２実施形態に係るブラシレスモータの駆動制御処理の手順を示すフローチャートである。

図６に示すように、キャリア周波数は、目標回転数が所定の第１回転数閾値Ｒ１（例えば、１０００［ｒｐｍ］）よりも低いときは、第１周波数Ｆ１（例えば、１６［ｋＨｚ］）に設定され、目標回転数が第１回転数閾値Ｒ１以上であって所定の第２回転数閾値Ｒ２（例えば、２０００［ｒｐｍ］）未満のときは、第２周波数Ｆ２（例えば、２０［ｋＨｚ］）に設定され、目標回転数が第２回転数閾値Ｒ２以上のときは、第３周波数Ｆ３（例えば、３２［ｋＨｚ］）に設定される。第２周波数Ｆ２は、第１周波数Ｆ１より高い周波数である。第３周波数Ｆ３は、第１周波数Ｆ１及び第２周波数Ｆ２より高い周波数である。

＜図７：Ｓ７０１＞ 図１のキャリア周波数調整回路１２が、目標回転数と所定の第１回転数閾値Ｒ１及び第２回転数閾値Ｒ２とを比較する。目標回転数が第１回転数閾値Ｒ１未満の場合には（Ｓ７０１−Ａ）、Ｓ７１２が実行される。目標回転数が第１回転数閾値Ｒ１以上であって第２回転数閾値Ｒ２未満の場合には（Ｓ７０１−Ｂ）、Ｓ７２２が実行される。目標回転数が第２回転数閾値Ｒ２以上の場合には（Ｓ７０１−Ｃ）、Ｓ７３２が実行される。

＜図７：Ｓ７１２＞ 図１のキャリア周波数調整回路１２が、キャリア周波数が第１周波数Ｆ１であるか否かを判定する。キャリア周波数が第１周波数Ｆ１である場合（すなわち、キャリア周波数に適切な周波数が設定されている場合）には（Ｓ７１２−ＹＥＳ）、駆動制御処理が終了する。キャリア周波数が第２周波数Ｆ２又は第３周波数Ｆ３である場合（すなわち、キャリア周波数に適切な周波数が設定されていない場合）には（Ｓ７１２−ＮＯ）、Ｓ７１３が実行される。

＜図７：Ｓ７１３＞ 図１のキャリア周波数調整回路１２が、設定キャリア周波数を第１周波数Ｆ１に設定する。

＜図７：キャリア周波数調整（Ｓ７１４）＞ 図１のキャリア周波数調整回路１２が、キャリア周波数を設定キャリア周波数に調整する。すなわち、キャリア周波数調整回路１２は、キャリア周波数を第２周波数Ｆ２又は第３周波数Ｆ３から第１周波数Ｆ１に変更する。これにより、キャリア周波数に適切な周波数が設定される。キャリア周波数調整（Ｓ７１４）が終了すると、駆動制御処理が終了する。この場合には、デューティ比は調整されない。

＜図７：Ｓ７２２＞ 図１のキャリア周波数調整回路１２が、キャリア周波数が第２周波数Ｆ２であるか否かを判定する。キャリア周波数が第２周波数Ｆ２である場合（すなわち、キャリア周波数に適切な周波数が設定されている場合）には（Ｓ７２２−ＹＥＳ）、駆動制御処理が終了する。キャリア周波数が第１周波数Ｆ１又は第３周波数Ｆ３である場合（すなわち、キャリア周波数に適切な周波数が設定されていない場合）には（Ｓ７２２−ＮＯ）、Ｓ７２３が実行される。

＜図７：Ｓ７２３＞ 図１のキャリア周波数調整回路１２が、設定キャリア周波数を第２周波数Ｆ２に設定する。

＜図７：キャリア周波数調整（Ｓ７２４）＞ 図１のキャリア周波数調整回路１２が、キャリア周波数を設定キャリア周波数に調整する。すなわち、キャリア周波数調整回路１２は、キャリア周波数を第１周波数Ｆ１又は第３周波数Ｆ３から第２周波数Ｆ２に変更する。これにより、キャリア周波数に適切な周波数が設定される。

＜図７：Ｓ７２５＞ 図１のデューティ調整回路１３が、キャリア周波数調整（Ｓ７２４）においてキャリア周波数が増加したか否かを判定する。キャリア周波数が増加した場合（すなわち、キャリア周波数が第１周波数Ｆ１から第２周波数Ｆ２に変更された場合）には（Ｓ７２５−ＹＥＳ）、デューティ調整（Ｓ７２６）が実行される。キャリア周波数が減少した場合（すなわち、キャリア周波数が第３周波数Ｆ３から第２周波数Ｆ２に変更された場合）には（Ｓ７２５−ＮＯ）、駆動制御処理が終了する。

＜図７：Ｓ７３２＞ 図１のキャリア周波数調整回路１２が、キャリア周波数が第３周波数Ｆ３であるか否かを判定する。キャリア周波数が第３周波数Ｆ３である場合（すなわち、キャリア周波数に適切な周波数が設定されている場合）には（Ｓ７３２−ＹＥＳ）、駆動制御処理が終了する。キャリア周波数が第１周波数Ｆ１又は第２周波数Ｆ２である場合（すなわち、キャリア周波数に適切な周波数が設定されていない場合）には（Ｓ７３２−ＮＯ）、Ｓ７３３が実行される。

＜図７：Ｓ７３３＞ 図１のキャリア周波数調整回路１２が、設定キャリア周波数を第３周波数Ｆ３に設定する。

＜図７：キャリア周波数調整（Ｓ７３４）＞ 図１のキャリア周波数調整回路１２が、キャリア周波数を設定キャリア周波数に調整する。すなわち、キャリア周波数調整回路１２は、キャリア周波数を第１周波数Ｆ１又は第２周波数Ｆ２から第３周波数Ｆ３に変更する。これにより、キャリア周波数に適切な周波数が設定される。キャリア周波数調整（Ｓ７３４）が終了すると、デューティ調整（Ｓ７２６）が実行される。

図８〜図１０を参照して、図７のデューティ調整（Ｓ７２６）について説明する。図８は、図７のデューティ調整（Ｓ７２６）の手順を示すフローチャートである。図９は、第２実施形態に係る第１換算テーブルの概略図である。図１０は、第２実施形態に係る第２換算テーブルの概略図である。

＜図８：Ｓ８０１＞ 図１のデューティ調整回路１３が、デューティ比と第２デューティ閾値Ｄ２とを比較する。デューティ比が第２デューティ閾値Ｄ２以上の場合（すなわち、キャリア周波数を高く設定したときのデューティ比が適切な値である場合）には（Ｓ８０１−ＹＥＳ）、駆動制御処理が終了する。デューティ比が第２デューティ閾値Ｄ２未満の場合（すなわち、キャリア周波数を高く設定したときのデューティ比が適切な値でない場合）には（Ｓ８０１−ＮＯ）、Ｓ８０２が実行される。

＜図８：Ｓ８０２＞ 図１のデューティ調整回路１３が、デューティ比と第１デューティ閾値Ｄ１とを比較する。デューティ比が第１デューティ閾値Ｄ１未満の場合には（Ｓ８０２−ＹＥＳ）、デューティ調整（Ｓ８０４）が実行される。デューティ比が第１デューティ閾値Ｄ１以上の場合には（Ｓ８０２−ＮＯ）、Ｓ８０３が実行される。

＜図８：Ｓ８０３＞ 図１のデューティ調整回路１３が、キャリア周波数の調整方向を判定する。キャリア周波数が第１周波数Ｆ１から第２周波数Ｆ２に変更された場合には（Ｓ８０３−ＹＥＳ）、駆動制御処理が終了する。キャリア周波数が第１周波数Ｆ１又は第２周波数Ｆ２から第３周波数Ｆ３に変更された場合には（Ｓ８０３−ＹＥＳ）、デューティ調整（Ｓ８０４）が実行される。

＜図８：デューティ調整（Ｓ８０４）＞ 図１のデューティ調整回路１３が、デューティ比を所定値に調整するための調整信号を生成する。所定値は、第１デューティ閾値Ｄ１以上であって第２デューティ閾値Ｄ２未満の値である。すなわち、デューティ調整回路１３は、デューティ比が第１デューティ閾値Ｄ１以上であって第２デューティ閾値Ｄ２未満になるように、デューティ比を増加させるための調整信号を生成する。デューティ調整（Ｓ８０４）が終了すると、駆動制御処理が終了する。

上記のとおり、図１のキャリア周波数調整回路１２は、図９の第１換算テーブル（目標回転数と第１回転数閾値Ｒ１及び第２回転数閾値Ｒ２との関係）に応じて、キャリア周波数を維持又は調整する。具体的には、目標回転数が第１回転数閾値Ｒ１未満の場合には、キャリア周波数が第１周波数Ｆ１のときはキャリア周波数が維持され、キャリア周波数が第２周波数Ｆ２又は第３周波数Ｆ３のときはキャリア周波数が第１周波数Ｆ１に変更される。また、目標回転数が第１回転数閾値Ｒ１以上であって第２回転数閾値Ｒ２未満の場合には、キャリア周波数が第１周波数Ｆ１又は第３周波数Ｆ３のときはキャリア周波数が第２周波数Ｆ２に変更され、キャリア周波数が第２周波数Ｆ２のときはキャリア周波数が維持される。また、目標回転数が第２回転数閾値Ｒ２以上の場合には、キャリア周波数が第１周波数Ｆ１又は第２周波数Ｆ２のときはキャリア周波数が第３周波数Ｆ３に変更され、キャリア周波数が第３周波数Ｆ３のときはキャリア周波数が維持される。換言すると、低速駆動の場合には、キャリア周波数は第１周波数Ｆ１に設定され、中速駆動の場合には、キャリア周波数は第２周波数Ｆ２に設定され、高速駆動の場合には、キャリア周波数は第３周波数Ｆ３に設定される。

上記のとおり、デューティ調整回路１３は、図１０の第２換算テーブル（デューティ比と第１デューティ閾値Ｄ１及び第２デューティ閾値Ｄ２との関係、並びにキャリア周波数の調整方向）に応じて、デューティ比を維持又は調整する。具体的には、キャリア周波数が第１周波数Ｆ１から第２周波数Ｆ２に変更される場合には、デューティ比が第１デューティ閾値Ｄ１未満のとき（すなわち、デューティ比が適切な値でないとき）にはデューティ比が調整され、デューティ比が第１デューティ閾値Ｄ１以上のとき（すなわち、デューティ比が適切な値であるとき）にはデューティ比が維持される。また、キャリア周波数が第２周波数Ｆ２から第３周波数Ｆ３に変更される場合には、デューティ比が第１デューティ閾値Ｄ１以上であって第２デューティ閾値Ｄ２未満のとき（すなわち、デューティ比が適切な値であるとき）にはデューティ比が調整され、デューティ比が第２デューティ閾値Ｄ２以上のとき（すなわち、デューティ比が適切な値でないとき）にはデューティ比が維持される。また、キャリア周波数が第１周波数Ｆ１から第３周波数Ｆ３に変更される場合には、デューティ比が第２デューティ閾値Ｄ２未満のとき（すなわち、デューティ比が適切な値でないとき）にはデューティ比が調整され、デューティ比が第２デューティ閾値Ｄ２以上のとき（すなわち、デューティ比が適切な値であるとき）にはデューティ比が維持される。また、キャリア周波数が減少する方向に調整される場合には、デューティ比と第１デューティ閾値Ｄ１及び第２デューティ閾値Ｄ２との関係に関わらずにデューティ比が維持される。

第２実施形態によれば、第１実施形態より多くの種類のキャリア周波数を用いて駆動制御処理が実行される。これにより、第１実施形態より精密な駆動制御処理を実現することができる。その結果、第１実施形態より精密にモータ３０を回転させることができる。

なお、第２実施形態では、第１キャリア周波数Ｆ１及び第２キャリア周波数Ｆ２をできるだけ低く設定することが好ましい。これにより、モータ３０の制御の精度が改善する。具体的には、回転数が小さいときにキャリア周波数を上げることにより、電流の振幅が抑制され、モータ３０の振動が少なくなる。

なお、上述の実施形態では、２又は３種類のキャリア周波数を用いるブラシレスモータの駆動制御装置１について説明したが、本発明の範囲はこれに限られるものではない。駆動制御装置１は、４種類以上のキャリア周波数を用いても良い。

また、上述の実施形態では、目標回転数に対してキャリア周波数を非連続的に調整する駆動制御装置１の例について説明したが、本発明の範囲はこれに限られるものではない。駆動制御装置１は、目標回転数に対してキャリア周波数を連続的に調整しても良い。

また、上述の実施形態では、デューティ比とキャリア周波数が１対１に設定される例について説明したが、本発明の範囲はこれに限られるものではない。駆動制御装置１は、複数のキャリア周波数に対して同一のデューティ比を設定しても良い。

本発明の実施形態に係る駆動制御装置１の少なくとも一部は、ハードウェアで構成しても良いし、ソフトウェアで構成しても良い。ソフトウェアで構成する場合には、駆動制御装置１の少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させても良い。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でも良い。

また、本発明の実施形態に係る駆動制御装置１の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布しても良い。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布しても良い。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化される。また、上述した実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明が形成可能である。例えば、上述した実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

例えば、上述した実施形態では、モータ３０の電機子コイルの相数が３相である例について示したが、電機子コイルの相数は３相に限定されるものではない。本発明は、単相や２相などの他の相数の電機子コイルを有するモータにも適用可能である。

１ 駆動制御装置
２ インバータ回路
３ 制御部
４ 誘起電圧検出回路
５ ロータ位置算出回路
６ 目標回転数算出回路
７ 速度制御回路
８ デューティ制御回路
９ 転流制御回路
１１ 調整部
１２ キャリア周波数調整回路
１３ デューティ調整回路
３０ モータ

Claims (6)

1. ブラシレスモータのロータの位置を検出するためのセンサを用いることなく、前記モータのステータに設けられた複数相の駆動コイルに発生する逆起電圧に基づいて、複数相の駆動コイルに選択的に通電するための複数のスイッチング素子を備えるインバータ回路と、前記モータを駆動制御するための信号を前記インバータ回路に供給する制御部と、を備えるブラシレスモータの駆動制御装置であって、
   前記制御部は、
   前記モータの回転駆動によって、各相に発生する前記逆起電圧のゼロクロス点を示すゼロクロス点情報を生成する誘起電圧検出回路と、
   前記ゼロクロス点情報に基づいて、前記ロータの位置を算出し、算出されたロータの位置を示すロータ位置情報を生成するロータ位置算出回路と、
   所定の回転数指令に基づいて、前記ロータの目標回転数を算出し、算出された目標回転数を示す目標回転数情報を生成する目標回転数算出回路と、
   前記ゼロクロス点情報及び前記ロータ位置情報の少なくとも一方の情報と、前記目標回転数情報と、に基づいて、前記ロータの目標回転速度を算出し、算出された目標回転速度で前記ロータを回転させるための速度制御信号を生成する速度制御回路と、
   前記目標回転数情報に基づいて、前記キャリア周波数と、前記キャリア周波数のデューティ比と、を調整するための調整信号を生成する調整部と、
   前記速度制御信号及び前記調整信号に基づいて、キャリア周波数に応じてデューティ比を制御するためのデューティ制御信号を生成するデューティ制御回路と、
   前記デューティ制御信号に基づいて、前記複数のスイッチング素子のオン及びオフを切り替えるためのスイッチング制御信号を生成する転流制御回路と、を備えることを特徴とするブラシレスモータの駆動制御装置。
2. 前記調整部は、前記目標回転数情報に示される目標回転数と所定の目標回転数閾値との関係を示す第１換算テーブルに基づいて、前記キャリア周波数を前記目標回転数に対応するキャリア周波数に調整するキャリア周波数調整回路を備え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の駆動制御装置。
3. 前記調整部は、さらに、前記デューティ比と、所定のデューティ閾値と、前記キャリア周波数の調整方向と、の関係を示す第２換算テーブルに基づいて、前記キャリア周波数調整回路により調整されたキャリア周波数のデューティ比を前記目標回転数に応じて調整するための調整信号を生成するデューティ調整回路を備えることを特徴とする請求項２に記載のブラシレスモータの駆動制御装置。
4. 前記デューティ調整回路は、前記キャリア周波数調整回路により前記キャリア周波数が所定の第１周波数から前記第１周波数より高い第２周波数に変更される場合に、前記デューティ比を調整するための調整信号を生成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の駆動制御装置。
5. 前記第２換算テーブルは、キャリア周波数毎に所定のデューティ比を有し、前記キャリア周波数調整回路により前記キャリア周波数が所定の第１周波数から前記第１周波数より高い第２周波数に変更されるときは、前記デューティ比を増加させ、前記キャリア周波数調整回路により前記キャリア周波数が前記第２周波数から前記第１周波数に変更されるときは、前記デューティ比を維持するように設定されることを特徴とする請求項３又は４に記載のブラシレスモータの駆動制御装置。
6. 前記第１換算テーブルには、前記目標回転数に対応する複数のキャリア周波数について、前記目標回転数と前記目標回転数閾値との関係が設定されることを特徴とする請求項２に記載のブラシレスモータの駆動制御装置。

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