JP2013110938A - 車両用ブラシレスモータの駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 より簡素な構成で製造コストを削減しながら、回転子の適切な位置検出によってブラシレスモータを駆動することができる車両に搭載された車両用ブラシレスモータの駆動装置を提供する。
【解決手段】 複数の固定子巻線ＵＩ、ＶＩ、ＷＩへの電圧の供給をオン／オフするための電流調整ＰＷＭ信号を生成する駆動信号生成手段５４と、生成された電流調整ＰＷＭ信号に応じて、各固定子巻線に電圧を供給する電圧供給手段２０と、電流調整ＰＷＭ信号から所定の期間ＴＭＲＥＦ１だけ位相をずらした内部ＰＷＭ信号を生成する位置検出用信号生成手段５５と、生成された内部ＰＷＭ信号および検出された各固定子巻線に供給される電圧に応じて、回転子と各固定子巻線との相対的な位置を検出する位置検出手段５５と、を備え、駆動信号生成手段５４は、検出された回転子の位置に応じて、電流調整ＰＷＭ信号を生成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、固定子巻線の端子電圧に基づいて位置検出を行うセンサレスの車両用ブラシレスモータを駆動するための駆動装置に関するものである。

従来のブラシレスモータの駆動装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この駆動装置は、ブラシレスモータのＵ相、Ｖ相およびＷ相の固定子巻線に電圧をそれぞれ供給するための振動回路と、ブラシレスモータの各相の固定子巻線に印加された端子電圧をそれぞれ検出する分圧回路を備えている。ブラシレスモータでは、電圧が供給されていない固定子巻線にも、そのインダクタンスなどによって誘起電圧が生じ、誘起電圧を含む各固定子巻線の電圧は、分圧回路によって検出され、基準電圧発生回路で生成された基準電圧と比較器によって比較される。その比較結果を表す比較器から出力された信号は、制御装置に入力される。

また、誘起電圧の生じた固定子巻線の端子電圧と基準電圧とを比較した比較器から出力された位相信号がハイに変化したタイミングに応じて位置検出信号が検出され、検出された位置検出信号に基づいて速度検出信号が算出される。制御装置は、演算によって得られた速度検出信号に基づいて、速度指令信号と速度検出信号との差が零になるように、所要のデューティ比のパルス幅変調信号（以下「ＰＷＭ信号」という）を生成して振動回路に供給する。振動回路は、このＰＷＭ信号に基づいて、各固定子巻線に電圧を供給する。

また、ブラシレスモータでは、各固定子巻線に供給されるＰＷＭ信号がオフからオンに切り換えられたときに、端子電圧に振動が発生し、誘起電圧が基準電圧を一時的に上回ることがあり、その場合、比較器からの位相信号に応じた位置検出信号が誤検出されるおそれがあるのに対し、特許文献１に係るブラシレスモータの駆動装置では、制御装置にラッチ回路およびラッチタイミング信号発生回路が設けられている。ラッチ回路は、ブラシレスモータの相ごとに設けられたＤフリップフロップで構成されており、ラッチタイミング信号発生回路はＰＷＭ信号のオンからオフへの立ち下がりの時点でラッチタイミング信号をＤフリップフロップのクロック端子に出力し、ラッチ回路の各Ｄフリップフロップは、ラッチタイミング信号がクロック端子に与えられた時点で、比較器からの位相信号をラッチする。

それにより、振動回路に供給されるＰＷＭ信号がオフからオンに切り換わった際、端子
電圧に振動が発生し、端子電圧が基準電圧を一時的に上回ったとしても、ラッチ回路がラッチタイミング信号を受信したときには、比較器からの位相信号はロウになっているので、ラッチ回路は位相信号としてハイを出力することはない。その後、端子電圧が基準電圧以上になると、ラッチタイミング信号が与えられたときには比較器からの位相信号がハイになっているので、Ｄフリップフロップは、位相信号としてハイを連続的に出力する。以上の結果、位置検出信号が適切に検出され、それに基づいて、ブラシレスモータが適切に駆動される。

特開平７−１４７７９３号公報

しかし、上述した特許文献に係るブラシレスモータの駆動装置では、振動回路に供給されるＰＷＭ信号がオンに切り換えられたときの端子電圧の振動による影響を回避するために、ラッチ回路やラッチタイミング信号発生回路などの専用の構成が制御装置に設けられており、適切な位置検出信号を得られるものの、ラッチ回路などの分、駆動装置の製造コストが増大してしまう。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、より簡素な構成で製造コストを削減しながら、回転子の適切な位置検出によってブラシレスモータを駆動することができる車両用ブラシレスモータの駆動装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、特許請求の範囲に記載の請求項１に係る発明は、複数の固定子巻線ＵＩ、ＶＩ、ＷＩに電圧（実施形態における（以下、本項において同じ）端子電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷ）を供給することによって回転子を回転させる車両に搭載された車両用ブラシレスモータの駆動装置１であって、複数の固定子巻線ＵＩ、ＶＩ、ＷＩへの電圧の供給をオン／オフするための駆動信号（電流調整ＰＷＭ信号）を生成する駆動信号生成手段（電流調整信号生成部５４）と、生成された駆動信号に応じて、複数の固定子巻線ＵＩ、ＶＩ、ＷＩに電圧を供給する電圧供給手段（駆動回路２０）と、複数の固定子巻線ＵＩ、ＶＩ、ＷＩに供給される電圧をそれぞれ検出する電圧検出手段と、駆動信号から所定の期間（第１の所定時間ＴＭＲＥＦ１）だけ位相をずらした位置検出用信号（内部ＰＷＭ信号）を生成する位置検出用信号生成手段（検出部５５）と、生成された位置検出用信号および電圧検出手段によって検出された電圧に応じて、回転子の複数の固定子巻線に対する相対的な位置を検出する位置検出手段（検出部５５）と、を備え、駆動信号生成手段は、位置検出手段によって検出された、回転子の相対的な位置に応じて、駆動信号を生成することを特徴とする。

この車両用ブラシレスモータの駆動装置によれば、複数の固定子巻線への電圧供給をオン／オフするための駆動信号が駆動信号生成手段により生成され、駆動信号に応じた電圧が電圧供給手段によって複数の固定子巻線に供給されることによって、ブラシレスモータの回転子が回転する。また、複数の固定子巻線にそれぞれ供給される電圧が電圧検出手段によって検出され、検出された電圧と、駆動信号から所定の期間だけ位相をずらした位置検出用信号に応じて、回転子の固定子巻線に対する相対的な位置が位置検出手段によって検出される。そして、検出された位置に応じて駆動信号が生成される。

前述したように、ブラシレスモータでは、固定子巻線への電圧の供給をオフからオンに切り換えた直後に、電圧に振動が生じる（以下、このような電圧の振動を「リンギングノイズ」という）。このため、電圧供給の切換え直後に電圧を検出して位置検出を行った場合、検出される電圧がリンギングノイズの影響を受けることで、位置検出が適切に行われないおそれがある。これに対し、駆動信号から所定の期間だけ位相をずらした位置検出用信号に応じて回転子の位置検出を行うことにより、リンギングノイズの影響を受けないタイミングで位置検出を実行することが可能になり、それにより、リンギングノイズの影響を回避しながら、回転子の位置を適切に検出することができる。その結果、適切に検出された回転子の位置に応じて駆動信号を生成できるので、リンギングノイズの影響を回避しながら、ブラシレスモータを適切に駆動することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の車両用ブラシレスモータの駆動装置１において、所定の期間は、駆動信号に応じて固定子巻線ＵＩ、ＶＩ、ＷＩへの電圧供給がオフからオンに切り換えられた時から、電圧供給の切換えに伴って固定子巻線に供給される電圧に生じた振動が収束するまでの期間に設定されていることを特徴とする。

この車両用ブラシレスモータの駆動装置によれば、駆動信号に応じて固定子巻線への電圧の供給がオフからオンに切り換えられた時から所定の期間が経過し、固定子巻線に供給される電圧に生じたリンギングノイズが収束したときに、位置検出が実行される。したがって、電圧検出手段によって検出される電圧にリンギングノイズによる影響が及ばないタイミングで位置検出を実行できるので、回転子の適切な位置検出を確実に実行することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の車両用ブラシレスモータの駆動装置において、位置検出用信号生成手段および位置検出手段が設けられたマイクロコンピュータをさらに備えていることを特徴とする。

この車両用ブラシレスモータの駆動装置によれば、位置検出用信号は、マイクロコンピュータに設けられた位置検出用信号生成手段によって生成され、位置検出は、同じくマイクロコンピュータに設けられた位置検出手段によって実行される。すなわち、位置検出用信号の生成および位置検出用信号に応じた位置検出は、マイクロコンピュータにおける処理のみで実行することができる。したがって、マイクロコンピュータの出力ポートが位置検出用信号の出力に占有されないので、出力ポートを他の用途に使用することができる。また、同じ理由により、位置検出のための新規の構成を付加する必要がないので、駆動装置をより簡素に構成でき、駆動装置の製造コストを削減することができる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の車両用ブラシレスモータの駆動装置において、駆動信号生成手段はマイクロコンピュータ５０に設けられ、駆動信号と位置検出用信号の間の位相のずれを所定の期間に維持するために、駆動信号と位置検出用信号を生成するタイミングを、定期的に再設定する再設定手段（マイコン５０）をさらに備えていることを特徴とする。

この車両用ブラシレスモータの駆動装置によれば、駆動信号もマイクロコンピュータで生成され、駆動信号および位置検出用信号が出力されるタイミングは、再設定手段によって定期的に再設定される。これにより、駆動信号および位置検出用信号の間の位相のずれが、例えばマイコンの位置検出用信号の出力に用いられるレジスタに不具合が生じたときなどに、所定の期間から変化した場合でも、再設定により所定の期間に戻されるので、リンギングノイズの影響を受けないタイミングで位置検出を継続して実行することができる。

実施形態に係る車両用ブラシレスモータの駆動装置およびこれによって駆動されるブラシレスモータを示す回路図である。 図１のブラシレスモータの駆動装置の動作の一例を示すタイミングチャートである。 検出用電圧および出力電圧などを示すタイミングチャートである。 モータ駆動制御処理を示すフローチャートである。 再設定制御処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態に係る車両用ブラシレスモータの駆動装置について、図面を参照しながら説明する。本実施形態による車両用ブラシレスモータの駆動装置（以下、単に「駆動装置」という）１は、車両（図示せず）に搭載されており、図１に示すように、電子制御装置２に設けられ、ブラシレスモータ１０に接続されている。

ブラシレスモータ１０は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれの固定子巻線ＵＩ、ＶＩおよびＷＩを有する固定子１１と、永久磁石を有する回転子（図示せず）とを備えている。各固定子巻線の一方の端子は相互に接続され、他方の端子は、駆動装置１の後述する駆動回路２０に接続されている。回転子は、駆動装置１によって各固定子巻線への通電を制御されることにより回転する。

電子制御装置２には、バッテリー（図示せず）からの電圧を所定の電源電圧ＶＢに変圧して供給する電源部３と、電源電圧ＶＢよりも低電圧の接地電圧ＧＮＤを有する接地部４が設けられている。駆動装置１は、電源部３と接地部４の間に設けられ、ブラシレスモータ１０に電圧を供給するための駆動回路２０と、後述する基準電圧ＶＲを生成するための基準電圧生成回路３０と、ブラシレスモータ１０の各相に供給される電圧と基準電圧ＶＲとを比較する比較回路４０と、比較回路４０による比較結果に応じて、駆動回路２０によるブラシレスモータ１０の各相への電圧供給を制御するマイクロコンピュータ（以下「マイコン」という）５０と、を備えている。

駆動回路２０は、電源部３および接地部４の間に直列に接続された第１スイッチ素子Ｔｒ１および第２スイッチ素子Ｔｒ２を有しており、第１スイッチ素子Ｔｒ１は電源部３側に配置され、Ｐチャンネル型のＭＯＳＦＥＴで構成されている。また、第２スイッチ素子Ｔｒ２は接地部４側に配置され、Ｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴで構成されている。また、第１スイッチ素子Ｔｒ１のドレインが電源部３に接続され、第２スイッチ素子Ｔｒ２のソースが接地部４に接地されており、第１スイッチ素子Ｔｒ１のソースと第２スイッチ素子Ｔｒ２のドレインの間の中間端子２１が、固定子巻線ＵＩの他方の端子に接続されている。

また、電源部３および接地部４の間には、第１および第２スイッチ素子Ｔｒ１、Ｔｒ２とそれぞれ同様の第３および第４スイッチ素子Ｔｒ３、Ｔｒ４と、第５および第６スイッチ素子Ｔｒ５、Ｔｒ６とが設けられている。第３および第４スイッチ素子Ｔｒ３、Ｔｒ４の間の中間端子２２は、固定子巻線ＶＩの他方の端子に接続され、第５および第６スイッチ素子Ｔｒ５、Ｔｒ６の間の中間端子２３は、固定子巻線ＷＩの他方の端子に接続されている。

基準電圧生成回路３０は、電源部３および接地部４の間に直列に設けられた第１および第２抵抗Ｒ１、Ｒ２を有しており、第１抵抗Ｒ１が電源部３側に、第２抵抗Ｒ２が接地部４側にそれぞれ配置されている。基準電圧生成回路３０は、第１および第２抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値に応じて電源電圧ＶＢを分割し、電源電圧ＶＢよりも低い電圧を、両抵抗Ｒ１、Ｒ２の間の中間端子３１から出力する。

比較回路４０は、第１〜第３コンパレータ４１〜４３を有している。第１コンパレータ４１の非反転入力端子には、駆動回路２０の中間端子２１から出力され、固定子巻線ＵＩの他方の端子に印加される端子電圧ＶＵが、第３抵抗Ｒ３を介して、Ｕ相の検出電圧ＶＵａとして検出されて入力される。また、反転入力端子には、基準電圧生成回路３０の中間端子３１から出力された電圧が、第４抵抗Ｒ４を介して、基準電圧ＶＲとして入力される。

第１コンパレータ４１は、基準電圧ＶＲと検出電圧ＶＵａとを比較した比較結果を表す位置検出信号ＶＵｏｕｔを出力する。具体的には、検出電圧ＶＵａが基準電圧ＶＲを下回っているときには、電圧レベルの低い（以下「Ｌｏ」という）位置検出信号ＶＵｏｕｔを出力し、検出電圧ＶＵａが基準電圧ＶＲを上回ると電圧レベルの高い（以下「Ｈｉ」という）位置検出信号ＶＵｏｕｔを出力する。

また、第２コンパレータ４２の非反転入力端子には、固定子巻線ＶＩに印加される端子電圧ＶＶが、第５抵抗Ｒ５を介して、Ｖ相の検出電圧ＶＶａとして検出されて入力され、反転入力端子には、基準電圧生成部３０からの電圧が、第６抵抗Ｒ６を介して基準電圧ＶＲとして入力される。それにより、第２コンパレータ４２は、基準電圧ＶＲと検出電圧ＶＶａとの比較結果を表す位置検出信号ＶＶｏｕｔを出力する。

また、第１および第２コンパレータ４１、４２と同様、第３コンパレータ４３の非反転入力端子には、固定子巻線ＶＩに印加される端子電圧ＶＷが、第７抵抗Ｒ７を介して、Ｗ相の検出電圧ＷＶａとして検出されて入力され、反転入力端子には、基準電圧生成部３０からの電圧が、第８抵抗Ｒ８を介して基準電圧ＶＲとして入力される。それにより、第３コンパレータ４３は、基準電圧ＶＲと検出電圧ＷＶａとの比較結果を表す位置検出信号ＶＷｏｕｔを出力する。

また、マイコン５０には、エンジンを始動させるためのイグニッションスイッチ７が接続されており、そのオン／オフを表す出力信号ＩＧが入力される。

マイコン５０は、本実施形態において、駆動信号生成手段、位置検出用信号生成手段、位置検出手段、および再設定手段を構成するものであり、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ（いずれも図示せず）および入出力インターフェースなどを有している。上述した比較回路４０やイグニッションスイッチ７などからの信号は、入力インターフェースでＡ／Ｄ変換や成形がなされた後、ＣＰＵに入力される。ＣＰＵは、これらの入力信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御処理などに従って、各種の演算処理を実行する。

マイコン５０は、入力インターフェースの１つとして検出ポート５１を有しており、上述した比較回路４０の第１〜第３コンパレータ４１〜４３から出力された位置検出信号ＶＵｏｕｔ、ＶＶｏｕｔ、ＶＷｏｕｔは、検出ポート５１からマイコン５０に入力される。また、マイコン５０は、電源部３側の第１、第３および第５スイッチ素子Ｔｒ１、Ｔｒ３、Ｔｒ５をそれぞれオン／オフするための電源部側切換え信号を生成して出力する電源部側信号生成部５２と、接地部４側の第２、第４および第６スイッチ素子Ｔｒ２、Ｔｒ４、Ｔｒ６をそれぞれオン／オフするための接地部側切換え信号を生成して出力する接地部側信号生成部５３と、ブラシレスモータ１０の固定子巻線ＵＩ、ＶＩ、ＷＩに供給される電圧をオン／オフすることで各固定子巻線に流れる電流の大きさを調整するために、電流調整用のパルス幅変調信号（以下「電流調整ＰＷＭ信号」という）（駆動信号）を生成して出力する電流調整信号生成部５４（駆動信号生成手段）を有している。

電源部側信号生成部５２は、比較回路４０から入力された位置検出信号ＶＵｏｕｔ、ＶＶｏｕｔおよびＶＷｏｕｔに基づいて、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相用の電源部側切換え信号をそれぞれ生成して出力する。電源部側信号生成部５２から出力されたＵ相用の電源部側切換え信号は、プリドライバ回路５およびレベル変換回路６を介して、第１スイッチ素子Ｔｒ１のゲートに印加される。第１スイッチ素子Ｔｒ１は、印加された信号の電圧レベルに基づいてオン／オフされる。同様に、Ｖ相およびＷ相用の電源部側切換え信号は、プリドライバ回路５およびレベル変換回路６を介して、第３および第５スイッチ素子Ｔｒ３、Ｔｒ５のゲートにそれぞれ印加され、両者Ｔｒ３、Ｔｒ５は、印加された信号の電圧レベルに基づいてそれぞれオン／オフされる。

接地部側信号生成部５３は、電源部側信号生成部５２と同様、位置検出信号ＶＵｏｕｔ、ＶＶｏｕｔ、ＶＷｏｕｔに基づいて、接地部側切換え信号をブラシレスモータ１０の相ごとにそれぞれ生成して出力する。出力されたＵ相用の接地部側切換え信号は、第１ＡＮＤ回路６１に入力され、同じく出力されたＶ相およびＷ相用の接地部側切換え信号は、第２および第３ＡＮＤ回路６２、６３にそれぞれ入力される。

また、マイコン５０は検出部５５を有しており、この検出部５５は、位置検出信号ＶＵｏｕｔ、ＶＶｏｕｔ、ＶＷｏｕｔがＬｏからＨｉに切り換わるタイミングをそれぞれ検出し、検出したタイミングに応じてブラシレスモータ１０の回転数を算出する。

電流調整信号生成部５４は、電流調整ＰＷＭ信号を生成して第１〜第３ＡＮＤ回路６１〜６３に出力する。電流調整ＰＷＭ信号のデューティ比は、算出したブラシレスモータ１０の回転数が目標回転数になるように、固定子巻線ＵＩ、ＶＩ、ＷＩに通電させるべき電流の大きさに基づいて、設定される。

第１ＡＮＤ回路６１は、入力されたＵ相用の接地部側切換え信号および電流調整ＰＷＭ信号の論理積を表す信号を出力する。同様に、第２および第３ＡＮＤ回路６２、６３からは、Ｖ相用の接地部側切換え信号および電流調整ＰＷＭ信号の論理積を表す信号と、Ｗ相用の接地部側切換え信号および電流調整ＰＷＭ信号の論理積を表す信号とが、それぞれ出力される。

第１〜第３ＡＮＤ回路６１〜６３から出力された信号は、プリドライバ回路５を介して、第２、第４および第６スイッチ素子Ｔｒ２、Ｔｒ４、Ｔｒ６にそれぞれ入力され、各信号の電圧レベルおよびデューティ比に基づいて、第２、第４および第６スイッチ素子Ｔｒ２、Ｔｒ４、Ｔｒ６がそれぞれオン／オフされる。

また、マイコン５０の上述した検出部５５では、電流調整ＰＷＭ信号と同じ波形を有する内部ＰＷＭ信号（位置検出用信号）が、電流調整ＰＷＭ信号に対して第１の所定時間ＴＭＲＥＦ１だけ位相を遅らせて生成される。この第１の所定時間ＴＭＲＥＦ１は、例えば、電流調整ＰＷＭ信号の周波数が２０ｋＨｚのときには７〜１０μｓｅｃに設定される。検出部５５は、後述するように、内部ＰＷＭ信号に基づくタイミングで、検出電圧ＶＵａ、ＶＶａ、ＶＷａに応じ、位置検出信号ＶＵｏｕｔ、ＶＶｏｕｔ、ＶＷｏｕｔの電圧レベルの切換えを検出する。

次いで、上述した駆動装置１の動作について説明する。図２は、ブラシレスモータ１０の固定子巻線ＵＩ、ＶＩ、ＷＩへの通電パターンの切換えに伴う第１〜第６スイッチ素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６のオン／オフのタイミングや、検出電圧ＶＵａ、ＶＶａ、ＷＶａの変化を、時系列に沿って示すタイミングチャートである。なお、前述したように、第２、第４および第６スイッチ素子Ｔｒ２、Ｔｒ４、Ｔｒ６のゲートに印加される信号は、接地部側切換え信号と電流調整ＰＷＭ信号との論理積に基づくものであるので、各検出電圧は、電流調整ＰＷＭ信号のデューティ比に応じたパルス信号として、比較回路４０に入力されるものであるが、説明の便宜上、同図には、連続して変化する信号として示している。

同図に示すように、ブラシレスモータ１０のＷ相からＵ相に電流が流れる通電パターンのときは、第１スイッチ素子Ｔｒ１がオフされるとともに第２スイッチ素子Ｔｒ２がオンされている。また、第３スイッチ素子Ｔｒ３および第４スイッチ素子Ｔｒ４がいずれもオフされている。また、第５スイッチ素子Ｔｒ５がオンされるとともに第６スイッチ素子Ｔｒ６がオフされている。これにより、電源部３と接地部４の間に、固定子巻線ＷＩおよび固定子巻線ＵＩを経由する通電経路が構成されている。具体的には、電源部３、第５スイッチ素子Ｔｒ５、中間端子２３、固定子巻線ＷＩ、固定子巻線ＵＩ、中間端子２１、第２スイッチ素子Ｔｒ２および接地部４を、順に経由して電流が流れる。

この状態から、タイミングｔ１において、ブラシレスモータ１０の通電パターンを、Ｗ相からＶ相への通電パターンに切り換えるときには、第１スイッチ素子Ｔｒ１をオフに維持するとともに第２スイッチ素子Ｔｒ２をオフに切り換える。また、第３スイッチ素子Ｔｒ３をオフに維持するとともに第４スイッチ素子Ｔｒ４をオンに切り換える。さらに、第５スイッチ素子Ｔｒ５をオンに維持するとともに第６スイッチ素子Ｔｒ６をオフに維持する。

この時、第２スイッチ素子Ｔｒ２をオフしたことにより、固定子巻線ＵＩのインダクタンスによって、固定子巻線ＵＩに一時的に大きなサージ電流が流れ、検出電圧ＶＵａが一時的に大きく上昇し、その直後に大きく降下する。そして、固定子巻線ＵＩに、固定子巻線ＵＩのインダクタンスなどに起因する誘起電圧が誘起され、その結果、検出電圧ＶＵａは、回転子の回転に伴って徐々に上昇する。一方、第４スイッチ素子Ｔｒ４がオンされ、固定子巻線ＶＩが接地されたことにより、検出電圧ＶＶａは、接地部４の接地電圧ＧＮＤ付近まで降下する。また、固定子巻線ＷＩの駆動回路２０側の他方の端子は、通電パターンの切換え前と同じく通電経路であるので、検出電圧ＷＶａは、切換え前と同じ電圧に維持される。

また、タイミングｔ２において、Ｕ相からＶ相への通電パターンに切り換えるときには、第１スイッチ素子Ｔｒ１をオンに切り換えるとともに第２スイッチ素子Ｔｒ２をオフに維持する。また、第３スイッチ素子Ｔｒ３をオフに維持するとともに第４スイッチ素子Ｔｒ４をオンに維持する。また、第５スイッチ素子Ｔｒ５をオフに切り換えるとともに第６スイッチ素子Ｔｒ６をオフに維持する。これにより、固定子巻線ＵＩおよび固定子巻線ＶＩを経由する通電経路が構成され、検出電圧ＶＵａは一定の大きさに維持される。また、検出電圧ＶＶａは接地電圧ＧＮＤ付近に維持される。また、第５スイッチ素子Ｔｒ５がオフされたことにより、固定子巻線ＷＩに印加される電圧は接地電圧ＧＮＤまで降下し、その直後に誘起電圧が生じる。この誘起電圧は回転子の回転に伴って徐々に低下する。

さらに、タイミングｔ３において、Ｕ相からＷ相への通電パターンに切り換えるときには、第１スイッチ素子Ｔｒ１をオンに維持するとともに第２スイッチ素子Ｔｒ２をオフに維持する。また、第３スイッチ素子Ｔｒ３をオフに維持するとともに第４スイッチ素子Ｔｒ４をオフに切り換える。また、第５スイッチ素子Ｔｒ５をオフに維持するとともに第６スイッチ素子Ｔｒ６をオンに切り換える。これにより、固定子巻線ＵＩ、ＷＩを経由する通電経路が構成され、検出電圧ＶＵａは切換え前と同じに維持される。また、検出電圧ＶＶａは、タイミングｔ１からｔ２にかけての検出電圧ＶＵａと同様に変動する。また、検出電圧ＷＶは、第６スイッチ素子Ｔｒ６がオンされたことにより、接地電圧ＧＮＤ付近まで降下する。

また、タイミングｔ４においてＶ相からＷ相への通電パターンに切り換えるときには、第１スイッチ素子Ｔｒ１をオフに切り換えるとともに第２スイッチ素子をオフに維持し、また、第３スイッチ素子Ｔｒ３をオンに切り換えるとともに第４スイッチ素子Ｔｒ４をオフに維持し、また、第５スイッチ素子Ｔｒ５をオフに維持するとともに第６スイッチ素子Ｔｒ６をオンに維持する。また、タイミングｔ５において、Ｖ相からＵ相への通電パターンに切り換えるときには、第１スイッチ素子Ｔｒ１をオフに維持するとともに第２スイッチ素子をオンに切り換え、また、第３スイッチ素子Ｔｒ３をオンに維持するとともに第４スイッチ素子Ｔｒ４をオフに維持し、また、第５スイッチ素子Ｔｒ５をオフに維持するとともに第６スイッチ素子Ｔｒ６をオフに切り換える。これにより、検出電圧ＶＵａ、ＶＶａおよびＷＶａは、それぞれの通電パターンにおけるスイッチ素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６のオン／オフの組合せに応じて変動する。

以上のような通電パターンの切換えを、タイミングｔ６以降も周期的に繰り返すことによって、ブラシレスモータ１０の回転数が目標回転数になるように制御される。また、目標回転数が変化すると、それに応じて電流調整ＰＷＭ信号のデューティ比が再設定され、再設定されたデューティ比に基づいて、ブラシレスモータ１０の各固定子巻線に流れる電流の大きさが制御される。

図３（Ａ）は、上述したタイミングチャートの区間Ａを、検出電圧ＶＵａについて、電流調整ＰＷＭ信号などとともに拡大して示している。前述したように、第２、第４および第６スイッチ素子Ｔｒ２、Ｔｒ４、Ｔｒ６のゲートに印加される信号は、接地部側信号生成部と電流調整ＰＷＭ信号の論理積に基づくものであるので、同図に示すように、検出電圧ＶＵａは、電流調整ＰＷＭ信号のデューティ比に基づくパルス信号である。

タイミングｔ１において発生したサージ電流が収束すると、誘起電圧が固定子巻線ＵＩに生じ、回転子の回転に伴って徐々に上昇する。同図に示すように、タイミングｔ１とタイミングｔ２の間のタイミングｔ１ａにおいて、電流調整ＰＷＭ信号がオンに切り換えられると、切換え直後に、固定子巻線ＵＩに誘起される誘起電圧にリンギングノイズが生じ、検出電圧ＶＵａが基準電圧ＶＲを一時的に上回ることによって、位置検出信号ＶＵｏｕｔの電圧レベルが一時的にＨｉに切り換えられる。マイコン５０では、位置検出信号ＶＵｏｕｔの切換えは、タイミングｔ１ａから若干、遅延して、タイミングｔ１ｂにおいて検出される。リンギングノイズによる検出電圧ＶＵａの振動はすぐに収束し、検出電圧ＶＵａが基準電圧ＶＲをすぐに下回ることによって、位置検出信号ＶＵｏｕｔの電圧レベルはＬｏに切り換えられる。

また、マイコン５０では、前述したように、電流調整ＰＷＭ信号と同じ波形の内部ＰＷＭ信号が、電流調整ＰＷＭ信号から第１の所定時間ＴＭＲＥＦ１だけ位相を遅らせて生成されている。マイコン５０は、この内部ＰＷＭ信号に基づいて、通電パターンの切換えを検出する。具体的には、電流調整ＰＷＭ信号がオンに切り換えられたタイミングｔ１ａから第１の所定時間ＴＭＲＥＦ１だけ遅延したタイミングｔ１ｃにおいて、内部ＰＷＭ信号がオンに切り換わったときに、マイコン５０の検出部５５は、検出ポート５１での位置検出信号ＶＵｏｕｔの検出に割り込むことによって、位置検出信号ＶＵｏｕｔの電圧レベルを検出し、この検出を、タイミングｔ１ｃから所定の検出期間ＤＥＴＥＣＴが経過したタイミングｔ１ｄまで実行する。

なお、第１の所定時間ＴＭＲＥＦ１は、次に述べるように設定されている。すなわち、出力電圧Ｖｏｕｔの電圧レベルの切換えが、リンギングノイズの発生から若干、遅延して検出されることや、リンギングノイズが収束して検出電圧ＶＵａが安定するまでの期間を考慮して、リンギングノイズの影響を受けた出力電圧Ｖｏｕｔによる誤判定を回避できるように、第１の所定時間ＴＭＲＥＦ１が設定されている。

上述したタイミングｔ１ｂでは、リンギングノイズの影響により検出電圧ＶＵｏｕｔが一時的にＨｉに切り換えられたものの、位置検出を実際に実行するタイミングｔ１ｃ〜ｔ１Ｄでは位置検出信号ＶＵｏｕｔはＬｏであるので、このときには通電パターンはまだ切り換わっていないものと判定される。

そして、タイミングｔ１ｅにおいて、電流調整ＰＷＭ信号がオフに切り換えられるとともに検出電圧ＶＵａは低下し、タイミングｔ１ｃから第１の所定時間ＴＭＲＥＦ１が経過したタイミングｔ１ｆにおいて内部ＰＷＭ信号もオフに切り換えられる。

そして、タイミングｔ１ａから第３の所定時間ＴＭＲＥＦ３が経過したタイミングｔ１ｇにおいて、再度、電流調整ＰＷＭ信号がオンに切り換えられるのに伴って、リンギングノイズの影響を受けた検出電圧ＶＵａが生じ、若干、遅延したタイミングｔ１ｈにおいて位置検出信号ＶＵｏｕｔがＨｉに切り換えられる。タイミングｔ１ｇでは、誘起電圧のレベルがタイミングｔ１ａのときよりも高くなっているので、位置検出信号ＶＵｏｕｔは、タイミングｔ１ｈ以降、リンギングノイズが収束してもＨｉに維持され、したがって、タイミングｔ１ｉ〜ｔ１ｊでの位置検出のときにも、検出電圧ＶＵｏｕｔはＨｉであることが検出される。このように、検出期間ＤＥＴＥＣＴの間に位置検出信号ＶＵｏｕｔの電圧レベルがＨｉであることが検出されたときに、回転子の固定子巻線ＵＩ、ＶＩ、ＷＩに対する相対的な位置が検出され、通電パターンが切り換わったものと検出部５５は判定する。

そして、タイミングｔ１ｋにおいて、電流調整ＰＷＭ信号がオフに切り換えられるとともに検出電圧ＶＵａが低下し、タイミングｔ１ｋから若干、遅延して位置検出信号ＶＵｏｕｔがＬｏに切り換えられる。また、タイミングｔ１ｌにおいて、内部ＰＷＭ信号がオフに切り換えられる。また、タイミングｔ１ｌ以降も、検出電圧ＶＵａおよび基準電圧ＶＲに応じて出力される位置検出信号ＶＵｏｕｔの電圧レベルと、内部ＰＷＭ信号がオンに切り換えられるタイミングとに応じて、通電パターンの切換えが検出される。

また、上述した通電パターン切換えの検出は、検出電圧ＶＶａについても実行され、例えばタイミングｔ３〜ｔ４の間など、Ｕ相からＶ相への通電パターンに制御されている場合に、位置検出信号ＶＶｏｕｔの電圧レベルがＨｉに切り換わったことが検出されたときに、検出部５５は、回転子と固定子１１の位置関係が正常であることを検出し、ブラシレスモータ１０が適切に制御されているものと判定される。同様に、検出電圧ＷＶａについても実行され、例えばタイミングｔ５〜ｔ６の間など、Ｖ相からＵ相への通電パターンに制御されている場合に、位置検出信号ＶＷｏｕｔの電圧レベルがＨｉに切り換わったときに、検出部５５は、ブラシレスモータ１０が適切に制御されているものと判定する。

図４は、マイコン５０で実行されるブラシレスモータ１０の駆動制御処理を示している。この処理は、ブラシレスモータ１０の回転数が目標回転数になるように、回転子と固定子１１の相対的な位置関係に応じて、各固定子巻線に印加する電圧を制御するものであり、所定の周期で繰り返し実行される。この処理は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれについて実行される。以下、代表してＵ相についての駆動制御処理について説明する。

この処理では、まず、ステップ１（Ｓ１と図示。以下同じ）において、出力信号ＩＧに基づいて、イグニッションスイッチ７がオンされているか否かを判別する。この答がＮｏで、ブラシレスモータ１０の駆動が要求されていないときには、信号出力許可フラグＦ＿ＰＷＭを「１」にセットし（ステップ２）、本処理を終了する。

一方、上記ステップ１の答がＹｅｓで、ブラシレスモータ１０を駆動すべきときには、上記の信号出力許可フラグＦ＿ＰＷＭが「１」であるか否かを判別する（ステップ３）。この信号出力許可フラグＦ＿ＰＷＭは、電流調整ＰＷＭ信号の生成が許可されているときに「１」にセットされるものである。この答がＹｅｓのときには、そのときのブラシレスモータ１０の目標回転数に応じ、固定子巻線ＵＩに通電させるべき電流の大きさに基づいて、電流調整ＰＷＭ信号のデューティ比を設定する（ステップ４）。

このステップ４では、電流調整ＰＷＭ信号がオンに切り換えられたときから、リンギングノイズが収束し、内部ＰＷＭ信号に基づく位置検出信号ＶＵｏｕｔの検出が終了するまでの期間よりも、電流調整ＰＷＭ信号がオン状態に維持される期間が長くなるように、デューティ比を設定する。これにより、電流調整ＰＷＭ信号がオン状態に維持される期間が、後述する第２の所定時間ＴＭＲＥＦ２よりも長くなるように制御され、電流調整ＰＷＭ信号がオン状態に維持されている期間内に検出期間ＤＥＴＥＣＴを確保できるので、位置検出を確実に実行することが可能になる。

次いで、通電パターンに基づいて駆動回路２０の第１および第２スイッチ素子Ｔｒ１、Ｔｒ２を駆動し（ステップ５）、固定子巻線ＵＩへの電圧を供給または遮断するように制御するとともに、上述したステップ４で設定したデューティ比に基づいて、電流調整ＰＷＭ信号を生成して出力する（ステップ６）。また、このステップ６では、内部ＰＷＭ信号の生成も同時に開始される。この内部ＰＷＭ信号は、前述したように、電流調整ＰＷＭ信号と同じ波形を有しており、それよりも第１の所定時間ＴＭＲＥＦ１だけ位相を遅らせて生成される。

次に、検出タイマのタイマ値ＴＭＤＥＴを０にセットし（ステップ７）、タイマ値ＴＭＤＥＴが第１の所定時間ＴＭＲＥＦ１よりも大きいか否かを判別する（ステップ８）。この答がＹｅｓで、上記のステップ７で検出タイマのタイマ値ＴＭＤＥＴが０にセットされてから第１の所定時間ＴＭＲＥＦ１が経過したときには、内部ＰＷＭ信号に基づいて、検出ポート５１での位置検出信号ＶＵｏｕｔの検出に割込みをかけることによって、位置検出信号ＶＵｏｕｔの電圧レベルがＨｉであるか否かを判別する（ステップ９）。この答がＮｏのときには、タイマ値ＴＭＤＥＴが第２の所定時間ＴＭＲＥＦ２よりも大きいか否かを判別する（ステップ１０）。この第２の所定時間ＴＭＲＥＦ２は、電流調整ＰＷＭ信号がオンに切り換えられたときから、リンギングノイズが収束し、さらに検出期間ＤＥＴＥＣＴが終了するまでの期間に設定されている。

この答がＮｏのとき、すなわち、内部ＰＷＭ信号に基づく割込みによる位置検出信号ＶＵｏｕｔの検出期間ＤＥＴＥＣＴがまだ終了していないときには、電流調整ＰＷＭ信号などの出力がすでに開始されていることを表すために、信号出力許可フラグＦ＿ＰＷＭを「０」にセットし（ステップ１１）、本処理を終了する。これにより、本処理の次回以降のループにおいて、前記ステップ３の答がＮｏになり、前記ステップ２で信号出力許可フラグＥ＿ＰＷＭが再度、「１」にセットされるまで、前記ステップ４〜ステップ７がスキップされる。

一方、前記ステップ８の答がＮｏで、第１の所定時間ＴＭＲＥＦ１が経過していないときには、リンギングノイズがまだ収束していないものとして、上記ステップ１１を実行して本処理を終了する。

一方、前記ステップ９の答がＹｅｓで、位置検出信号ＶＵｏｕｔの電圧レベルがＨｉであることを、検出期間ＤＥＴＥＣＴ内に検出したときには、Ｕ相に対応した検出期間中であるか否かを判別する（ステップ１２）。すなわち、例えば図２の区間Ａのように、Ｕ相に生じた誘起電圧に基づいて、通電パターンの切換えを検出することが可能な期間であるか否かを判別する。

この答がＹｅｓのときには、回転子の各固定子巻線に対する相対的な位置関係が正常で、通電パターンが切り換えられたことを検出する（ステップ１３）。そして、タイマ値ＴＭＤＥＴが第３の所定時間ＴＭＲＥＦ３よりも大きいか否かを判別する（ステップ１４）。第３の所定時間ＴＭＲＥＦ３は、電流調整ＰＷＭ信号の周期を示しており、例えば、その周波数が２０ｋＨｚのときには５０μｓｅｃに設定される。

この答がＮｏで、前記ステップ７で検出タイマがセットされてから第３の所定時間ＴＭＲＥＦ３がまだ経過していないときには、そのまま本処理を終了する。一方、上記ステップ１４の答がＹｅｓで、第３の所定時間ＴＭＲＥＦ３が経過したときには、前記ステップ２で信号出力許可フラグＦ＿ＰＷＭを「１」にセットし、本処理を終了する。一方、上記ステップ１２の答がＮｏで、Ｕ相に対応した検出期間でないときには、上記ステップ１４以降を実行し、本処理を終了する。

一方、前記ステップ１０の答がＹｅｓで、位置検出信号ＶＵｏｕｔの検出期間ＤＥＴＥＣＴが終了するまで、位置検出信号ＶＵｏｕｔがＬｏに維持され、通電パターンの切換えが検出されなかったときには、上記ステップ１４以降を実行し、本処理を終了する。

図５は、マイコン５０で実行される再設定制御処理を示すフローチャートである。この処理は、電流調整ＰＷＭ信号および内部ＰＷＭ信号の位相のずれを一定に維持するために、両信号を出力するタイミングを定期的に再設定するためのものであり、所定の周期で繰り返し実行される。この処理もまた、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相ごとに実行される。

この処理では、まず、リセットタイマのタイマ値ＴＭＲＥＳＥＴが第４の所定時間ＴＭＲＥＦ４よりも大きいか否かを判別する（ステップ２１）。この第４の所定時間ＴＭＲＥＦ４は、電流調整ＰＷＭ信号および内部ＰＷＭ信号の出力タイミングの再設定の周期を示しており、電流調整ＰＷＭ信号の周期である第３の所定時間ＴＭＲＥＦ３よりも長い期間に設定されている。

この答がＹｅｓで、リセットタイマが０にセットされてから第４の所定時間ＴＭＲＥＦ４が経過したときには、電流調整ＰＷＭ信号および内部ＰＷＭ信号の生成をいずれも停止し（ステップ２２）、そのときの車両の運転状態などに応じたブラシレスモータ１０の目標回転数に応じて、電流調整ＰＷＭ信号のデューティ比を再設定し（ステップ２３）、再設定したデューティ比での電流調整ＰＷＭ信号の出力と、電流調整ＰＷＭ信号から第１の所定時間ＴＭＲＥＦ１だけ位相を遅らせた内部ＰＷＭ信号の生成とを開始する（ステップ２４）。

次いで、リセットタイマのタイマ値ＴＭＲＥＳＥＴおよび検出タイマのタイマ値ＴＭＤＥＴをいずれも０にセットする（ステップ２５）とともに、信号出力許可フラグＦ＿ＰＷＭをリセットする（ステップ２６）。これにより、前述したモータ駆動制御処理のステップ２で信号出力許可フラグＦ＿ＰＷＭが「１」にセットされるまで、上記ステップ２３で設定されたデューティ比に応じたブラシレスモータ１０の制御が実行される。

一方、前記ステップ２１の答がＮｏで、タイマ値ＴＭＲＥＳＥＴが０にセットされたときから第４の所定時間ＴＭＲＥＦ４がまだ経過していないときには、そのまま本処理を終了する。

以上のように、本実施形態に係る駆動装置１によれば、電流調整ＰＷＭ信号から第１の所定時間ＴＭＲＥＦ１だけ位相を遅らせた内部ＰＷＭ信号がオンに切り換えられたタイミング、すなわち、リンギングノイズの影響を受けない検出期間ＤＥＴＥＣＴにおいて、位置検出を実行することができるので、リンギングノイズの影響を回避しながら、回転子の固定子巻線ＵＩ、ＶＩ、ＷＩに対する相対的な位置を、通電パターンの切換えのタイミングとして適切に検出することができる。その結果、適切に検出された通電パターンの切換えのタイミングに応じて、電流調整ＰＷＭ信号を生成できるので、リンギングノイズの影響を回避しながら、ブラシレスモータ１０を適切に駆動することができる。

また、内部ＰＷＭ信号の生成と、内部ＰＷＭ信号に基づいた通電パターンの切換えのタイミングの検出は、マイコン５０の検出部５５によって実行される。すなわち、内部ＰＷＭ信号の生成およびそれに応じた位置検出は、マイコン５０における処理のみで実行することができる。したがって、マイコン５０の出力ポートが内部ＰＷＭ信号の出力に占有されないので、出力ポートを他の用途に使用することができる。また、同じ理由により、位置検出のための構成を付加する必要がないので、駆動装置１をより簡素に構成でき、駆動装置１の製造コストを削減することができる。

また、電流調整ＰＷＭ信号および内部ＰＷＭ信号が出力されるタイミングは、第４の所定時間ＴＭＲＥＦ４ごとに定期的に再設定される。これにより、例えばマイコン５０のＰＷＭ信号の出力に用いられるレジスタに不具合が生じたときなどに、電流調整ＰＷＭ信号および内部ＰＷＭ信号の間の位相のずれが、第１の所定時間ＴＭＲＥＦ１から変化した場合でも、再設定により第１の所定時間ＴＭＲＥＦ１に戻されるので、リンギングノイズの影響を受けないタイミングでの位置検出を確実に実行することができる。

なお、上述した実施形態はあくまで一例であり、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

１ 駆動装置
１０ ブラシレスモータ
２０ 駆動回路（電圧供給手段）
５０ マイクロコンピュータ（再設定手段）
５４ 電流調整信号生成部（駆動信号生成手段）
５５ 検出部（位置検出用信号生成手段、位置検出手段）
ＵＩ、ＶＩ、ＷＩ 固定子巻線
ＴＭＲＥＦ１ 第１の所定時間（所定の期間）

Claims (4)

1. 複数の固定子巻線に電圧を供給することによって回転子を回転させる車両に搭載された車両用ブラシレスモータの駆動装置であって、
   前記複数の固定子巻線への電圧の供給をオン／オフするための駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
   当該生成された駆動信号に応じて、前記複数の固定子巻線に電圧を供給する電圧供給手段と、
   前記複数の固定子巻線に供給される電圧をそれぞれ検出する電圧検出手段と、
   前記駆動信号から所定の期間だけ位相をずらした位置検出用信号を生成する位置検出用信号生成手段と、
   当該生成された位置検出用信号および前記電圧検出手段によって検出された電圧に応じて、前記回転子の前記複数の固定子巻線に対する相対的な位置を検出する位置検出手段と、
   を備え、
   前記駆動信号生成手段は、前記位置検出手段によって検出された、前記回転子の前記相対的な位置に応じて、前記駆動信号を生成することを特徴とする車両用ブラシレスモータの駆動装置。
2. 前記所定の期間は、前記駆動信号に応じて前記固定子巻線への電圧供給がオフからオンに切り換えられた時から、当該電圧供給の切換えに伴って前記固定子巻線に供給される電圧に生じた振動が収束するまでの期間に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用ブラシレスモータの駆動装置。
3. 前記位置検出用信号生成手段および前記位置検出手段が設けられたマイクロコンピュータをさらに備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用ブラシレスモータの駆動装置。
4. 前記駆動信号生成手段は前記マイクロコンピュータに設けられ、
   前記駆動信号と前記位置検出用信号の間の位相のずれを前記所定の期間に維持するために、前記駆動信号と前記位置検出用信号を生成するタイミングを、定期的に再設定する再設定手段をさらに備えていることを特徴とする請求項３に記載の車両用ブラシレスモータの駆動装置。

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