JP2015012801A - ブラシレス・モータ用のコントローラ - Google Patents

Abstract

【課題】通常モード又は不足電圧モードで作動するよう構成されたブラシレス・モータの制御を改善するコントローラを提供する。
【解決手段】通常モード又は不足電圧モードで作動するよう構成されたブラシレス・モータ用のコントローラである。通常モードで作動する際、コントローラは、モータの巻線を励磁する制御信号を生成し、入力電圧の大きさを監視し、入力電圧が不足電圧閾値より下に低下する場合に不足電圧モードに切り替わる。不足電圧モードで作動する際、コントローラは、巻線の励磁を一時停止し、入力電圧の大きさを監視し、コントローラに電力供給するのに使用される供給電圧の大きさを監視し、入力電圧が再起動閾値を超える場合に通常モードに切り替わり、供給電圧が電圧低下閾値より下に低下する場合にコントローラ自体をリセットする。
【選択図】図３

Description

本発明は、ブラシレス・モータ用のコントローラに関する。

ブラシレス・モータ用のコントローラは、コントローラに電力供給するのに使用される供給電圧が電圧低下閾値より下に低下したとき、コントローラがコントローラ自体をリセットするように構成され得る。これは、コントローラが電源オフされた場合、コントローラが電源オンの準備のためにコントローラ自体をリセットするという利点を有する。

この構成の問題は、供給電圧が電源オフに続いて低下し始めると、供給電圧が電圧低下閾値に達する前に、コントローラが不規則に動作し得ることである。この問題を解決するために、コントローラは、入力電圧が不足電圧閾値より下に低下した場合、入力電圧を監視して動作を停止するよう構成され得る。次いで、不足電圧閾値は、コントローラが電圧低下閾値の供給電圧より高い供給電圧で動作を停止するように設定される。動作が停止されると、コントローラは、供給電圧が電圧低下閾値より下に低下するときまで待機し、その時点で、コントローラはコントローラ自体をリセットする。

この構成の問題は、入力電圧が不足電圧閾値より下に低下した後、供給電圧が電圧低下閾値より下に低下する前に、比較的長い時間（例えば、数秒）かかり得ることである。この時間の間、コントローラを再起動することはできない。したがって、コントローラの電源をオンにする試みがなされると、コントローラは再起動できないであろう。さらに悪いことには、コントローラの電源をオンにする試みがなされる場合、供給電圧が実際に上昇し、電圧低下閾値より下に低下することができないであろう。

本発明は、ブラシレス・モータ用のコントローラを提供し、コントローラは、通常モード及び不足電圧モードで作動するように構成され、通常モードで作動する際、コントローラはモータの巻線を励磁する制御信号を生成し、入力電圧の大きさを監視し、入力電圧が不足電圧閾値より下に低下する場合に不足電圧モードに切り替わり、不足電圧モードで作動する際、コントローラは、巻線の励磁を一時停止し、入力電力の大きさを監視し、コントローラに電力供給するのに使用される供給電圧の大きさを監視し、入力電圧が再起動閾値を超える場合に通常モードに切り替わり、供給電圧が電圧低下閾値より下に低下する場合にコントローラ自体をリセットする。

不足電圧閾値は、コントローラが不規則に動作するのを防止するレベルに設定され得る。次いで、コントローラは、不足電圧モードに切り替わり、何らかの不規則な動作が発生し得る前に相巻線の励磁を一時停止する。不足電圧モードで作動する際、コントローラは入力電圧を監視し続ける。万一入力電圧がその後に再起動閾値を超えた場合、コントローラは通常モードに戻る。よって、コントローラは、供給電圧が電圧低下閾値より下に低下するのを待つ必要なしに再起動可能である。その結果、コントローラは、電源オフ及びオンに、はるかに速く反応できる。さらに、万一入力電圧が不足電圧閾値より下に低下した後、コントローラを電源オンする試みがなされた場合、コントローラは、供給電圧が電圧低下になるのを待機する状況に固定されない。

不足電圧モードから通常モードに切り替わるとき、巻線の励磁から生じる増加した負荷のために、入力電圧の大きさが減少することがあり得る。この減少は、入力電力を再起動閾値より下に低下させ得る。再起動閾値及び不足電圧閾値が同じである場合、コントローラは不足電圧モードに切り替わるであろう。巻線の励磁は一時停止され、入力電圧は増加する。入力電圧は再起動閾値を超え、よって、コントローラは再び通常モードに切り替わり、その時点でコントローラは再び巻線を励磁させるであろう。したがって、コントローラが不足電圧モードと通常モードの間に閉じ込められることが起こり得る。これを発生させないようにするために、コントローラは、不足電圧閾値より高い再起動閾値を使用し得る。その結果、万一通常モードに切り替わる際に入力電圧が低下しても、入力電圧は不足電圧閾値より下に低下しない。

通常モードで作動する際、コントローラがエラーを検知する場合、コントローラはエラー・モードに切り替わり得る。例えば、コントローラは、モータのパラメータ（例えば、速度又は温度）が通常の動作限度の外にあることを判断し得る。エラー・モードで作動する際、コントローラは巻線の励磁を一時停止し、モータの起こり得る損害を防止する。次いで、コントローラは、入力電圧の大きさを監視し、入力電圧が通常モードで使用される入力電圧より高い不足電圧閾値より下に低下した場合に不足電圧モードに切り替わる。したがって、エラー・モードで作動する際、コントローラは、再起動の前に、入力電圧が不足電圧閾値より下に低下することを要求する。しかしながら、巻線の励磁が一時停止されるために、入力電圧は比較的遅く低下する。通常モードで使用される不足電圧閾値がエラー・モードでも使用される場合、コントローラが不足電圧モードに切り替わるのに比較的長い時間がかかるであろう。入力電圧がこの時間の間に上昇する場合（例えば、コントローラの電源をオンする試みがなされた場合）、不足電圧閾値には達しないであろう。エラー・モードで作動する際により高い不足電圧閾値を使用することにより、コントローラは不足電圧モードにより迅速に切り替わることができる。

電源オンの間の入力電圧の大きさは異なり得る。例えば、入力電圧は、使用と共に放電する電池パックにより提供され得る。コントローラが、エラー・モードで作動する際に同じ不足電圧閾値を使用する場合、コントローラは、入力電圧がより高いときに不足電圧モードに切り替わるのにより長い時間がかかるであろう。この問題を解決するため、コントローラは、入力電圧の大きさに依存する不足電圧閾値を使用可能である。特に、コントローラは、より高い入力電圧に応じてより高い不足電圧閾値を使用可能である。したがって、エラー・モードで作動する際、コントローラは、巻線の励磁を一時停止し、入力電圧の大きさを測定し、測定された入力電圧に依存した不足電圧閾値を選択し、次いで、入力電圧の大きさを監視し、入力電圧が選択された不足電圧閾値より下に低下した場合に不足電圧モードに切り替わることができる。

コントローラは、固定の量だけ入力電圧から異なる不足電圧閾値を使用し得る。したがって、これによって、入力電圧にかかわらず、コントローラが不足電圧モードに入るのにかかる時間が大体同じであることを確実にする。

コントローラは、不足電圧閾値又は再起動閾値に対応する電圧を出力するように構成されたデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）と、ＤＡＣの出力電圧と入力電圧を比較するよう構成された比較器を含み得る。コントローラは次いで、入力電圧が不足電圧閾値より下に低下したか、又は比較器の出力が変化したときに再起動閾値を超えたかを判断する。ＤＡＣと比較器の使用は、入力電圧を異なる閾値と比較する比較的迅速で簡単な方法を提供する。特に、ＤＡＣのレベルを変化させることにより、通常モード又はエラー・モードで使用される不足電圧閾値と不足電圧モードで使用される再起動閾値が、同じ周辺機器を使用して生成され得る。

エラー・モードで作動する際、コントローラは、固定の量だけ入力電圧の大きさと異なる不足電圧閾値を使用し得る。この場合、コントローラは、比較器の出力が変化するまでＤＡＣのレベルを増加させ得る。比較器が変化するとき、このことは、ＤＡＣにより出力される電圧が入力電圧の電圧に大体相当することを意味する。比較器の出力の変化に応じて、コントローラは固定の量だけＤＡＣのレベルを減少させる。その結果、ＤＡＣの出力電圧は固定の量だけ入力電圧と異なる。これは、同じ周辺機器が異なる閾値を選択するためだけでなく、入力電圧の大きさに依存する閾値を選択するためにも使用できるという利点がある。

冒頭に記載したコントローラは、コントローラがエラーを検知すると、追加又は代替的に動作を停止し得る。これは、モータを起こり得る損害から保護する利点を有する。動作が停止すると、コントローラは、供給電圧がリセットの前に電圧低下閾値より下に低下するときまで待機する。よって、コントローラは、自身がリセットできる前に電源オフを要求する。

この構成の問題は、コントローラが電源オンしたときに動作が停止されるために、供給電圧が、電源オフの後、電圧低下閾値より下に低下するのに比較的長い時間がかかり得ることである。この時間の間、コントローラを再起動させることは不可能である。したがって、万一コントローラの電源をオンする試みがなされた場合、コントローラは再起動できないであろう。さらに悪いことには、コントローラの電源をオンする試みがなされた場合、供給電圧は、実際に上昇し、電圧低下閾値より下に低下できないであろう。

したがって、本発明は、ブラシレス・モータ用のコントローラを提供し、コントローラは、通常モード、エラー・モード、及び不足電圧モードで作動するよう構成され、通常モードで作動する際、コントローラはモータの巻線を励磁する制御信号を生成し、エラーが検知された場合にエラー・モードに切り替わり、エラー・モードで作動する際、コントローラは、巻線の励磁を一時停止し、入力電圧の大きさを測定し、測定された入力電圧と固定の量だけ異なる不足電圧閾値を選択し、入力電圧の大きさを監視し、入力電圧が不足電圧閾値より下に低下する場合に不足電圧モードに切り替わり、不足電圧モードで作動する際、コントローラは、入力電力の大きさを監視し、コントローラに電力供給するのに使用される供給電圧の大きさを監視し、入力電圧が再起動閾値を超える場合に通常モードに切り替わり、供給電圧が電圧低下閾値より下に低下する場合にコントローラ自体をリセットする。

よって、コントローラは、コントローラが再起動可能となる前に、電源をオフすることを要求する。このことは、ユーザが、エラーが発生したことを十分に認識させられるという利点がある。次いで、ユーザは、コントローラを再起動しようとする前に、この問題を修正することができる。エラー・モードに切り替わると、コントローラは巻線の励磁を一時停止する。その結果、入力電圧は、電源オフに続いて比較的遅い速度で低下する。電源オンの間の入力電圧の大きさは異なり得る。例えば、入力電圧は、使用と共に放電する電池パックにより提供され得る。コントローラがエラー・モードで作動する際に同じ不足電圧閾値を使用するならば、コントローラは、入力電圧がより高いときに不足電圧モードに切り替わるのにより長い時間がかかるであろう。固定の量だけ入力電圧と異なる不足電圧閾値を使用することにより、コントローラが不足電圧モードに入るのに必要な時間は、入力電圧にかかわらず大体同じである。不足電圧モードに切り替わった後、コントローラは入力電圧を監視し続ける。万一入力電圧が上昇し再起動閾値を超えた場合、コントローラは通常モードに戻る。よって、コントローラは、供給電圧が電圧低下閾値より下に低下するのを待つ必要なしに再起動できる。その結果、コントローラは、電源オフ及びそれに続くエラーにはるかに迅速に反応できる。さらに、万一入力電圧が不足電圧閾値より下に低下した後にコントローラの電源をオンする試みがなされた場合、コントローラは、供給電圧が電圧低下するのを待機する状態に固定されない。

コントローラは、不足電圧閾値又は再起動閾値に相当する電圧を出力するように構成されたデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）と、ＤＡＣの出力電圧と入力電圧を比較するように構成された比較器とを含み得る。コントローラは、入力電圧が不足電圧閾値より下に低下したか、又は比較器の出力が変化するときに、再起動閾値を超えたかどうかを判断する。ＤＡＣと比較器の使用は、入力電圧を異なる閾値と比較する比較的迅速で簡単な方法を提供する。特に、ＤＡＣのレベルを変化させることにより、通常モード又はエラー・モードで使用される不足電圧閾値と、不足電圧モードで使用される再起動閾値が同じ周辺機器を使用して生成され得る。

エラー・モードで作動する際、コントローラは、比較器の出力が変化するまでＤＡＣのレベルを増加させ得る。比較器が変化すると、このことは、ＤＡＣにより出力される電圧が大体入力電圧の電圧に相当することを意味する。比較器の出力の変化に応じて、コントローラは固定の量だけＤＡＣのレベルを減少させる。その結果、ＤＡＣの出力電圧は固定の量だけ入力電圧と異なる。コントローラは、比較器の出力が続いて変化した場合、不足電圧モードに切り替わる。これは、同じ周辺機器が異なる閾値を選択するためだけでなく、入力電圧の大きさに依存する不足電圧閾値を選択するためにも使用できるという利点がある。

本発明をより容易に理解可能とするため、本発明の実施形態が、例示として、添付の図面を参照して説明される。

本発明によるモータ・アセンブリのブロック図である。 モータ・アセンブリの制御回路の回路図である。 制御回路のコントローラの動作を示す流れ図である。 入力電圧信号の大きさを監視するように構成されたコントローラの周辺機器を示す図である。

図１及び図２のモータ・アセンブリ１は、電源（ＤＣ電源）２、制御回路３及びブラシレス・モータ４を備える。

電源２は直流電圧を供給する電池パックを備える。

制御回路３は、ユーザ・スイッチ５、フィルタ６、電圧レギュレータ７、電圧センサ８、インバータ９、ゲート・ドライバー・モジュール１０、及びコントローラ１１を備える。

ユーザ・スイッチ５は電源２と直列に接続され、コントローラ１１の電源をオン及びオフするものである。

フィルタ６は、インバータ９の切り替えから生じる比較的高周波のリップルを平滑にするリンク・コンデンサＣ１を備える。

電圧レギュレータ７は、コントローラ１１に電力供給するのに使用される供給電圧Ｖ＿ＤＤを出力する。

電圧センサ８は電圧信号Ｖ＿ＤＣを出力する分圧器Ｒ１、Ｒ２を備え、この信号は直流リンク電圧の簡易測定を表す。

インバータ９は、モータ４の相巻線１５を直流リンク電圧に結合させるフルブリッジの４つのパワー・スイッチＱ１ないしＱ４を備える。

ゲート・ドライバー・モジュール１０は、コントローラ１１から受信した制御信号Ｓ１ないしＳ４に応じて、パワー・スイッチＱ１ないしＱ４を遮断及び導通に駆動する。

コントローラ１１は、プロセッサ１２、記憶装置１３、及び複数の周辺機器１４（例えば、ＡＤＣ、ＤＡＣ、比較器、タイマーなど）を有するマイクロコントローラを備える。記憶装置１３は、プロセッサ１２により実行される指示並びに、作動中にプロセッサ１２により使用される制御パラメータと参照テーブルを記憶する。コントローラ１１は、モータ４の動作の制御に関与し、インバータのパワー・スイッチＱ１ないしＱ４を制御する１つ又は複数の制御信号Ｓ１ないしＳ４を生成する。制御信号はゲート・ドライバー・モジュール１０に出力され、ゲート・ドライバー・モジュールはそれに応じてスイッチＱ１ないしＱ４を遮断及び導通に駆動する。

ここで、コントローラ１１の動作を、図３を参照して説明する。

ユーザ・スイッチ５が遮断とされて、コントローラ１１が電源オフのとき、コントローラ１１はリセットに保持される。次いで、ユーザ・スイッチ５が導通とされたとき、コントローラ１１に電源供給するのに使用される供給電圧Ｖ＿ＤＤが増加する。供給電圧が電圧低下閾値Ｖ＿ＢＯを超えたとき（Ｓ２０）、コントローラ１１は、タイマーに名目上の起動時間を読み込む。コントローラ１１は、起動時間の間、リセットに保持され続ける（Ｓ２１）。したがって、これは、コントローラ１１がリセットから解放される前に、供給電圧Ｖ＿ＤＤが許容されるレベルまで上昇することを可能にする。起動時間が終了すると（Ｓ２１）、コントローラ１１はリセットから解放されて、コントローラ１１が通常モードに切り替わり、その後すぐに、コントローラ１１は、記憶装置１３に記憶されたコードを実行する。

通常モードで作動する際、コントローラ１１は、相巻線１５を励磁するための制御信号を生成し、よってモータ４を前方に駆動する。コントローラ１１が通常モードの間に相巻線１５を励磁するこの特定の方法は、本発明には関連しない。

通常モードで作動する際、コントローラ１１は直流リンク電圧Ｖ＿ＤＣを監視する。直流リンク電圧が不足電圧閾値Ｖ＿ＵＶより下に低下した場合（Ｓ２３）、コントローラ１１は不足電圧モードに切り替わる。不足電圧モードに入るとき、コントローラ１１は、インバータ９のすべてのパワー・スイッチＱ１ないしＱ４を開くことにより、相巻線１５の励磁を一時停止する（Ｓ２５）。次いで、コントローラ１１は、直流リンク電圧Ｖ＿ＤＣ並びに供給電圧Ｖ＿ＤＤを監視し続ける。直流リンク電圧Ｖ＿ＤＣが再起動閾値Ｖ＿ＲＳを超えた場合（Ｓ２６）、コントローラ１１は通常モードに戻る。あるいは、供給電圧Ｖ＿ＤＤが電圧低下閾値Ｖ＿ＢＯより下に低下した場合（Ｓ２７）、コントローラ１１はコントローラ自体をリセットする（Ｓ２８）。

ユーザ・スイッチ５が通常モードの間に開かれると、コントローラ１１は、直流リンク電圧が不足電圧閾値より下に低下するときまで通常に作動し続ける（Ｓ２３）。したがって、ユーザ・スイッチ５を開くと、コントローラ１１は相巻線１５を励磁し続ける。その結果、直流リンク電圧は急速に低下する。比較的短い時間の後、直流リンク電圧は不足電圧閾値より下に低下する。次いで、コントローラ１１は不足電圧モードに切り替わり、その後すぐに相巻線の励磁が一時停止される（Ｓ２５）。直流リンク電圧は遙かに遅い速度で低下する。ユーザ・スイッチ５が開かれたままであると、供給電圧は、最終的に電圧低下閾値より下のレベルまで低下すると思われ、その時点で、コントローラはコントローラ自体をリセットする（Ｓ２８）。一方、もしコントローラ１１がリセットする前にユーザ・スイッチ５が導通とされれば、直流リンク電圧及び供給電圧は増加する。直流リンク電圧は急速に再起動閾値より高いレベルまで上昇し、それによって、コントローラ１１は通常モードに切り替わる。

不足電圧閾値は、コントローラ１１が不規則に動作することを防ぐレベルに設定される。そのために、例えば電圧レギュレータ７が５Ｖの名目上の供給電圧Ｖ＿ＤＤを出力可能であり、電圧低下閾値Ｖ＿ＢＯは、２．５Ｖに設定され得る。しかしながら、コントローラ１１は、供給電圧が５Ｖより下に低下したときに不規則に動作し始めるかもしれない。よって、不足電圧閾値は、それより下では電圧レギュレータ７が５Ｖの供給電圧を維持できないレベルに設定される。その結果、コントローラ１１は、供給電圧が５Ｖより下に低下する前に、相巻線１５の励磁を一時停止する（Ｓ２５）。

不足電圧モードに入ると、コントローラ１１は直流リンク電圧を監視し続ける。直流リンク電圧が再起動閾値を超えると（Ｓ２６）、コントローラ１１は通常モードに戻る。再起動閾値Ｖ＿ＲＳは不足電圧閾値Ｖ＿ＵＶより高い。その結果、直流リンク電圧は、ユーザ・スイッチ５が再び導通とされるときにのみ、再起動閾値を超える。よって、コントローラ１１は、遮断スイッチと導通スイッチを区別できる。ユーザ・スイッチ５が導通とされたことを認識すると、コントローラ１１は通常モードに戻る。よって、コントローラ１１は、供給電圧が電圧低下閾値より下に低下するのを待つ必要なしに再起動可能である。

再起動閾値は不足電圧閾値より高い。再起動閾値が不足電圧閾値と同じであるならば、２つの状況の内の１つが起こり得る。第１は、ユーザ・スイッチ５が通常モード内で開かれると、直流リンク電圧は急速に不足電圧閾値まで低下する。次いで、コントローラ１１は不足電圧モードに切り替わり、相巻線１５の励磁を一時停止する。この時点で、モータ４はまだ回転し、よって、モータ４内に格納されたエネルギー（例えば、永久磁石モータの逆起電力、又はリラクタンスモータの磁気エネルギー）は、パワー・スイッチＱ１ないしＱ４のボディ・ダイオードを介して電圧ラインに戻される。格納されたエネルギーは、直流リンク電圧を再起動閾値より高いレベルまで押し上げ得る。再起動閾値と不足電圧閾値が同じである場合、コントローラ１１は通常モードに戻ってしまうと思われ、それは望ましくない。それでもなお、ここに説明するように、これは、必ずしも問題を提示する訳ではない。通常モードに戻ると、コントローラ１１は相巻線１５を励磁する。ユーザ・スイッチ５が依然として開いているため、直流リンク電圧は急速に不足電圧閾値まで低下し、格納されたエネルギーはほぼすべて消失する。次いで、コントローラ１１は不足電圧モードに戻り、相巻線の励磁を一時停止する。格納されたエネルギーは今や、直流リンク電圧を再起動閾値より高いレベルまで押し上げるのに不十分である。その結果、コントローラ１１はユーザ・スイッチ５が導通とされるか、あるいは供給電圧が電圧低下閾値より下に低下するかの何れかまで不足電圧モードのままである。第２は、ユーザ・スイッチ５が不足電圧モードの間に導通とされる状況を考慮する。スイッチ５を導通とするとき、直流リンク電圧は増加し、最終的に再起動閾値を超える。これに応じて、コントローラ１１は通常モードに切り替わり、相巻線１５を励磁しようとする。その結果、電源２にかかる負荷は増加する。本実施形態では、電源２は電池パックを備え、よって負荷の増加は直流リンク電圧を低下させる。電源２の電圧が比較的低いとき、直流リンク電圧の低下は、直流リンク電圧を再起動閾値より下に低下させ得る。再起動閾値と不足電圧閾値が同じである場合、コントローラ１１は不足電圧モードに切り替わるであろう。そして、相巻線１５の励磁は一時停止されるであろう。これは電源２の負荷を減少させ、それによって、直流リンク電圧を増加させるであろう。次いで、直流リンク電圧は再起動閾値を超え、よってコントローラ１１は再び通常モードに切り替わり、その時点で、コントローラ１１は再び相巻線１５を励磁するであろう。よって、コントローラ１１が不足電圧モードと通常モードの間に閉じ込められて、モータ４が断続的に作動する可能性がある。不足電圧閾値より高い再起動閾値を使用することにより、上述の２つの状況を避けることができる。特に、再起動閾値と不足電圧閾値の差は、相励磁により直流リンク電圧が低下しても、直流リンク電圧は、不足電圧閾値より下に低下しないよう設定され得る。より高い再起動閾値を有するという利点にかかわらず、不足電圧閾値に等しい再起動閾値を使用することも可能である。上記に説明した通り、第１の状況は問題を提示せず、第２の状況はいくつかの方法により避けることができる。例えば、電源２は、電源２の負荷の無い電圧が再起動閾値を超えるときのみ、供給電圧を出力しても良い。また、電源２は、電源２の負荷の無い電圧が再起動閾値を超えるときのみ、論理的に高く引き出されるデジタル信号を出力しても良い。次いで、コントローラ１１は、電源２の電圧がモータ４を駆動するのに十分に高いかどうかを決定するために、不足電圧モード及び／又は通常モードで作動する際、電源２の信号をポーリングする。

通常モードで作動する際、コントローラ１１はエラーが生じたかを検知し得る（Ｓ２４）。例えば、コントローラ１１は、モータのパラメータ（例えば、速度又は温度）が通常の動作限度の外にあると感知し得る。コントローラ１１がエラーの発生を検知した場合（Ｓ２４）、コントローラ１１はエラー・モードに切り替わる。エラー・モードに入るとき、コントローラ１１は、インバータ９のすべてのパワー・スイッチＱ１ないしＱ４を開くことにより、相巻線１５の励磁を一時停止する（Ｓ２９）。次いで、コントローラ１１は、直流リンク電圧を監視し、直流リンク電圧が不足電圧閾値より下に低下したとき、不足電圧モードに切り替わる（Ｓ３１）。

コントローラ１１がエラー・モードに入る際、ユーザ・スイッチ５は通常導通とされ、よって直流リンク電圧も供給電圧も低下しない。よって、ユーザは、コントローラ１１とモータ４が再起動可能になる前に、ユーザ・スイッチ５を遮断とする必要がある。これは、ユーザが、エラーが発生したと十分に認識させられるという利点がある。ユーザは、モータ４を再起動しようとする前に、問題を修正することができる。通常モードで作動する際、コントローラ１１は、ユーザ・スイッチ５が遮断とされたときに相巻線１５を励磁し続ける。その結果、直流リンク電圧は、不足電圧閾値より下のレベルまですぐに低下する、即ちコントローラ１１は、ユーザ・スイッチ５の遮断に応じてすぐに不足電圧モードに切り替わる。それに反して、コントローラ１１がエラー・モードに入ると、コントローラ１１は、相巻線１５の励磁を一時停止する。その結果、ユーザ・スイッチ５がその後に遮断とされると、直流リンク電圧は遙かに遅い速度で低下する。直流リンク電圧は、例えば、電圧センサ８、コントローラ１１及び電圧レギュレータ７により電力供給される他の何れかの部品等の制御回路３の部品により引き出される電流のため、依然として低下する。それでもなお、直流リンク電圧が低下する速度は、通常モードにおける速度より遙かに遅い。したがって、通常モードで使用される不足電圧閾値がエラー・モードでも使用される場合、コントローラ１１が不足電圧モードに切り替わるのに、より長い時間がかかるであろう。ユーザ・スイッチ５がこの時間の間に導通とされる場合、直流リンク電圧は上昇し、よって不足電圧閾値には決して達しないであろう。よって、コントローラ１１は、エラー・モードで作動する際、より高い不足電圧閾値を使用する。さらに、ここに説明するように、コントローラ１１は、エラー・モードで作動する際、可変の不足電圧閾値を使用する。

電源２は、使用と共に放電する電池パックを備える。その結果、エラー・モードに切り替わる際の直流リンクの電圧の大きさは可変である。コントローラ１１がエラー・モードで作動する際、同じ不足電圧閾値を使用する場合、直流リンク電圧が高いとき、コントローラ１１は、不足電圧モードに切り替わるのにより長い時間がかかるであろう。よって、コントローラ１１は、直流リンク電圧の大きさに依存する不足電圧閾値を使用する。より詳細には、コントローラ１１は、より高い直流リンク電圧に応じて、より高い不足電圧閾値を使用する。

エラー・モードに入るとき、コントローラ１１は、相巻線１５の励磁を一時停止する（Ｓ２９）。次いで、コントローラ１１は、直流リンク電圧Ｖ＿ＤＣの大きさを測定する。コントローラ１１は、測定された直流リンク電圧から固定のオフセット値Ｖ＿ＦＯを減算し、不足電圧閾値を得る（Ｓ３０）、即ち、Ｖ＿ＵＶ＝Ｖ＿ＤＣ−Ｖ＿ＦＯ、となる。次いで、コントローラ１１は直流リンク電圧を監視する。直流リンク電圧が不足電圧閾値より下に低下する場合（Ｓ３１）、コントローラ１１は不足電圧モードに切り替わる。そのため、例えばエラー・モードに入るとき、コントローラ１１は、２０Ｖの直流リンク電圧を測定することができ、コントローラ１１は、３Ｖの固定のオフセット値を使用することができる。次いで、コントローラ１１は、１７Ｖの不足電圧閾値を使用する。

したがって、コントローラ１１は、エラー・モードで作動する際、可変の不足電圧閾値を使用する。これは、コントローラ１１が固定の不足電圧閾値を使用する通常モードと対照的である。可変の不足電圧閾値を使用することにより、コントローラ１１は、電源オフに応じて、不足電圧モードに遙かに速く切り替え可能である。固定のオフセット値Ｖ＿ＦＯは、（ｉ）コントローラ１１はユーザ５が遮断とされた後のみに不足電圧モードに入る、及び（ｉｉ）スイッチ５が遮断とされるとコントローラ１１が比較的すぐに不足電圧モードに切り替わるように、選択される。固定のオフセット値が小さすぎる場合（即ち、計算された不足電圧閾値が、測定された直流リンク電圧に比較的近い場合）、直流リンク電圧を測定するときのエラー及び／又は経時的な直流リンク電圧の変化のために、コントローラ１１は、ユーザ・スイッチ５が依然として導通とされたままで不足電圧モードに入ることが起こり得る。一方、固定のオフセット値が大きすぎる場合（即ち、計算された不足電圧閾値が、測定された直流リンク電圧から比較的離れている場合）、ユーザ・スイッチ５を遮断とする際、コントローラ１１が不足電圧モードに入るのに、より長い時間がかかるであろう。

エラー・モードで作動する際、コントローラ１１は可変の不足電圧閾値を使用するが、不足電圧モードで作動する際もまた、コントローラ１１が可変の再起動閾値を使用する必要はない。上述の通り、再起動閾値は通常、通常モードで使用される不足電圧閾値より数ボルト高く設定される。エラー・モードで使用される不足電圧閾値は通常モードで使用される不足電圧閾値より高いため、再起動電圧は、エラー・モードで使用される不足電圧閾値より低くなることは十分にあり得る。とはいえ、ここで説明されるように、このことは問題を表さない。ユーザ・スイッチ５がエラー・モード内で遮断とされたとき、直流リンク電圧は低下し、比較的短い時間の後、不足電圧閾値より低く低下する。次いで、コントローラ１１は不足電圧モードに切り替わる。次いで、コントローラ１１は、直流リンク電圧を監視し、直流リンク電圧が再起動電圧より高い場合に通常モードに戻る。この場合、エラー・モードで使用される不足電圧閾値は再起動電圧より高い。その結果、不足電圧モードに入るとき、直流リンク電圧は再起動電圧より高く、よってコントローラ１１は直ちに通常モードに切り替わる。次いで、コントローラ１１は相巻線１５を励磁しようとする（Ｓ２２）。しかしながら、ユーザ・スイッチ５が依然遮断とされているために、直流リンク電圧は、通常モードで使用される不足電圧閾値まで急速に低下する。次いで、コントローラ１１は再び不足電圧モードに入る。しかしながら、このとき、直流リンク電圧は再起動閾値より低く、よってコントローラ１１は、ユーザ・スイッチ５が導通とされるまで、又は供給電圧が電圧低下閾値より下に低下するまで、不足電圧モードのままである。よってコントローラ１１が不足電圧モードで作動する際、異なる再起動閾値を使用する必要はなく、そのことはコントローラ１１の動作を簡単にする。それでもなお、上述の動作が望ましくない場合は、ことによるとコントローラ１１は、例えば、固定値をコントローラ１１により現在使用されている不足電圧閾値に加えることにより、可変の再起動閾値を使用するかもしれない。

電源２は、使用と共に放電する電池パックを備える。コントローラ１１がエラー・モードで作動する際、可変の不足電圧閾値を使用するのはこのためである。しかしながら、電源２が均一な直流電圧を提供する場合、コントローラ１１は、固定の不足電圧閾値を代わりに使用するかもしれない。

ここで、上述の方法を実施する特定の方法を、図４を参照して記載する。

コントローラ１１の周辺機器１４は、固定の電圧基準（ＦＶＲ）モジュール１６と、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）１７と、比較器１８を含む。ＦＶＲモジュール１６は安定した基準電圧Ｖ＿ＲＥＦを出力し、この電圧はＤＡＣ１７に入力される。ＤＡＣ１７は、プロセッサ１２により選択され得る複数の出力レベルを有する。比較器１８は、ＤＡＣ１７の出力を直流リンク電圧Ｖ＿ＤＣと比較する。通常モードで作動する際、プロセッサ１２は、通常モードで使用される不足電圧閾値Ｖ＿ＵＶに対応するＤＡＣ１７のための出力レベルを選択する。直流リンク電圧が不足電圧閾値より下に低下したとき、比較器１８はその出力を切り替える。これは、ソフトウェアの割り込みを生成する。割り込みを行う際、プロセッサ１２は不足電圧モードに切り替わる。次いで、プロセッサ１２は相巻線１５の励磁を一時停止する。さらにプロセッサ１２は、不足電圧モードで使用される再起動閾値Ｖ＿ＲＳに対応するＤＡＣ１７のための異なる出力レベルを選択する。直流リンク電圧が再起動閾値より上に上昇すると、比較器１８は再び出力を切り替え、それは更なる割り込みを生成する。更なる割り込みを行う際、プロセッサ１２は通常モードに戻る。通常モードの間にエラーが生じる場合、プロセッサ１２はエラー・モードに切り替わり、相巻線１５の励磁を一時停止する。次いで、プロセッサ１２は、比較器１８の出力が変化するときまでＤＡＣ１７の出力レベルを増加させる。比較器１８の出力が変化すると、プロセッサ１２は、直流リンク電圧の大きさがＤＡＣ１７により出力されるものにほぼ対応する、即ちＤＡＣ１７による電圧出力が直流リンク電圧の測定を提供することを決定する。次いで、プロセッサ１２は、ＤＡＣ１７の出力レベルを固定の量だけ減少させる。これは、ＤＡＣ１７の電圧出力を固定のオフセット値Ｖ＿ＦＯだけ減少させる。次いで、ＤＡＣ１７により出力される電圧は、不足電圧閾値Ｖ＿ＵＶに対応する。直流リンク電圧が不足電圧閾値より下に低下するとき、比較器１８は、再び出力を切り替えて割り込みを発生させる。割り込みを行う際、プロセッサ１２は不足電圧モードに切り替わる。

ＤＡＣ１７（固定の基準電圧で作動する）及び比較器１８の使用は、直流リンク電圧を異なる閾値に対して比較する迅速で比較的簡単な方法を提供する。特に、ＤＡＣ１７の出力レベルを変化させることにより、通常モードで使用される固定の不足電圧閾値と、エラー・モードで使用される可変の不足電圧閾値と、不足電圧モードで使用される再起動閾値が、同じ周辺機器を使用して生成され得る。上述の方法を実行する他の方法は、直流リンク電圧Ｖ＿ＤＣをデジタル値に変換するアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）を使用することであろう。その後、プロセッサ１２は、直流リンク電圧のデジタル値を様々な閾値と比較するであろう。しかしながら、直流リンク電圧の変化に対するＡＤＣ及びプロセッサの反応は通常、ＤＡＣ１７と比較器１８の反応より遅いであろう。これは、悪い結果を有し得る。例えば、エラーが発生した状況を考慮する。エラー・モードに入ると、コントローラ１１は相巻線１５の励磁を一時停止し、直流リンク電圧が不足電圧閾値より下に低下するのを待機する。エラーが発生したと認識したユーザは、エラーを発生させる問題に対処し、モータ４を再起動させるために、ユーザ・スイッチ５を迅速に遮断と及び導通とする。しかしながら、ＡＤＣの比較的遅い反応時間のために、ＡＤＣが、直流リンク電圧が一瞬に不足電圧閾値より下に低下したことを認識できないことも十分にあり得る。その結果、コントローラ１１は再起動できないであろう。対照的に、ＤＡＣ１７と比較器１８を使用すると、ＤＡＣ１７の出力レベルは、エラー・モードに入る際に必要な不足電圧閾値に設定される。この段階で、ユーザ・スイッチはまだ導通とされており、よってＤＡＣ１７を構成するのに必要な時間は悪い結果を有しない。ＤＡＣ１７の出力レベルが設定された後、比較器１８は、継続して直流リンク電圧をＤＡＣ１７の出力と比較する。比較器１８の比較的速い反応時間のために、比較器１８は、短い時間のみの場合でも、直流リンク電圧が不足電圧閾値より下に低下したかどうかを判断できる。その結果、コントローラ１１は、ユーザ・スイッチ５の迅速な遮断及び導通に反応できる。

冒頭に記載したコントローラと比較して、本発明のコントローラ１１は、迅速な電源オフ及びオンにより良く反応できる。特に、ユーザ・スイッチ５が通常モードの間に遮断とされると、コントローラ１１は相巻線１５を励磁し続け、よって、直流リンク電圧は、不足電圧閾値より下のレベルまで迅速に低下する。次いで、コントローラ１１は、励磁を一時停止し、直流リンク電圧を監視し、直流リンク電圧が再起動閾値を超える場合に通常モードに戻る。したがって、供給電圧が電圧低下閾値より下に低下する前にユーザ・スイッチ５が導通とされた場合、それでもなおコントローラ１１は再起動する。対照的に、冒頭に記載したコントローラは、供給電圧が電圧低下閾値より下に低下するまで再起動できない。しかしながら、リンク・コンデンサＣ１のために、これは、比較的長い時間（例えば、数秒）かかり、その間ユーザはモータ・アセンブリを使用できない。

エラーが発生すると、本発明のコントローラ１１は、相巻線１５の励磁を一時停止し、モータ・アセンブリ１を起こり得る損害から保護する。次いで、コントローラ１１は、直流リンク電圧を監視し、直流リンク電圧が不足電圧閾値より下に低下する場合に不足電圧モードに切り替わる。しかしながら、エラー・モードで使用される不足電圧閾値は、通常モードで使用される不足電圧閾値より高い。その結果、コントローラ１１は、励磁が一時停止されたという事実にかかわらず、不足電圧モードに比較的すぐに切り替わることができ、よって、直流リンク電圧は比較的遅く低下する。さらに、直流リンク電圧の大きさはエラー・モードに入るときに変化し得るために、可変の不足電圧閾値の使用は、直流リンク電圧の大きさにかかわらず、コントローラ１１が比較的速く不足電圧モードに切り替わることができることを確実にする。不足電圧モードに切り替わった後、コントローラ１１は、再び直流リンク電圧を監視し、直流リンク電圧が再起動閾値を超えた場合に通常モードに戻る。よって、コントローラ１１は、コントローラ１１が再起動可能となる前に供給電圧が電圧低下するのを待機する必要がない。その結果、コントローラ１１は、エラーに続くコントローラ１１の迅速な電源オフ及びオンにより良く反応できる。

１ モータ・アセンブリ
２ 電源
３ 制御回路
４ ブラシレス・モータ
５ ユーザ・スイッチ
６ フィルタ
７ 電圧レギュレータ
８ 電圧センサ
９ インバータ
１０ ゲート・ドライバー・モジュール
１１ コントローラ

Claims (10)

1. 通常モード及び不足電圧モードで作動するよう構成された、ブラシレス・モータ用のコントローラであって、
   通常モードで作動する際、前記コントローラは、前記モータの巻線を励磁する制御信号を生成し、入力電圧の大きさを監視し、前記入力電圧が不足電圧閾値より下に低下する場合に不足電圧モードに切り替わり、
   不足電圧モードで作動する際、前記コントローラは、前記巻線の励磁を一時停止し、前記入力電力の大きさを監視し、前記コントローラに電力供給するのに使用される供給電圧の大きさを監視し、前記入力電圧が再起動閾値を超える場合に通常モードに切り替わり、前記供給電圧が電圧低下閾値より下に低下する場合に前記コントローラ自体をリセットする、コントローラ。
2. 前記再起動閾値は前記不足電圧閾値より高い、請求項１に記載のコントローラ。
3. 通常モードで作動する際、前記コントローラは、前記コントローラがエラーを検知する場合に、エラー・モードに切り替わり、
   エラー・モードで作動する際、前記コントローラは、前記巻線の励磁を一時停止し、前記入力電圧の大きさを監視し、前記入力電圧が通常モードで使用される入力電圧より大きい不足電圧閾値より下に低下する場合に不足電圧モードに切り替わる、請求項１又は請求項２に記載のコントローラ。
4. エラー・モードで作動する際、前記コントローラは入力電圧の大きさに依存する不足電圧閾値を使用する、請求項３に記載のコントローラ。
5. エラー・モードで作動する際、前記コントローラは、前記入力電圧の大きさを測定し、固定の量だけ測定された前記入力電圧と異なる不足電圧閾値を使用する、請求項３又は請求項４に記載のコントローラ。
6. 前記コントローラは、前記不足電力閾値又は前記再起動閾値に対応する大きさを有する電圧を出力するよう構成されたデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）と、前記デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）の出力電圧と前記入力電圧を比較するよう構成された比較器とを備え、
   前記コントローラは、前記入力電圧が前記不足電圧閾値より下に低下したか、又は前記比較器の出力が変化するときに前記再起動閾値を超えたかを判断する、請求項１ないし請求項５の何れか一項に記載のコントローラ。
7. 前記コントローラは、固定の量だけ前記入力電圧の大きさと異なる不足電圧閾値を使用し、
   前記コントローラは、前記比較器の出力が変化するまで前記デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）のレベルを増加させ、
   前記変化に応じて、前記コントローラは、前記デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）の前記出力電圧が固定の量だけ前記入力電圧と異なるよう、前記デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）のレベルを固定の量だけ減少させる、請求項６に記載のコントローラ。
8. 通常モード、エラー・モード及び不足電圧モードで作動するよう構成された、ブラシレス・モータ用のコントローラであって、
   通常モードで作動する際、前記コントローラは、前記モータの巻線を励磁する制御信号を生成し、エラーが検知された場合にエラー・モードに切り替わり、
   エラー・モードで作動する際、前記コントローラは、前記巻線の励磁を一時停止し、入力電圧の大きさを測定し、測定された前記入力電圧と固定の量だけ異なる不足電圧閾値を選択し、前記入力電圧の大きさを監視し、前記入力電圧が前記不足電圧閾値より下に低下する場合に不足電圧モードに切り替わり、
   不足電圧モードで作動する際、前記コントローラは、前記入力電力の大きさを監視し、前記コントローラに電力供給するのに使用される供給電圧の大きさを監視し、前記入力電圧が再起動閾値を超える場合に通常モードに切り替わり、前記供給電圧が電圧低下閾値より下に低下する場合に前記コントローラ自体をリセットする、コントローラ。
9. 前記コントローラは、前記不足電圧閾値又は前記再起動閾値に相当する大きさを有する電圧を出力するよう構成されたデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）と、前記デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）の出力電圧と前記入力電圧を比較するよう構成された比較器とを備え、
   前記コントローラは、前記入力電圧が前記不足電圧閾値より下に低下したか、又は前記比較器の出力が変化するときに前記再起動閾値を超えたかを判断する、請求項８に記載のコントローラ。
10. エラー・モードで作動する際、前記コントローラは、前記比較器の前記出力が変化するまで前記デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）のレベルを増加させ、
    前記比較器の前記出力の前記変化に応じて、前記コントローラは、固定の量だけ前記ＤＡＣのレベルを減少させ、
    前記コントローラは、前記比較器の前記出力が続いて変化した場合、不足電圧モードに切り替わる、請求項９に記載のコントローラ。

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