JP2017169430A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ホールセンサに異常が生じた場合でも、ブラシレスＤＣモータの回転数制御を精度良く行うことができるモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】ブラシレスＤＣモータのロータ位置を検出する複数のホールセンサからの出力に基づく複数の位置検出信号のうちいずれかの異常を検出する異常検出部と、前記異常検出部により異常が検出された場合、正常の前記位置検出信号の隣り合うエッジ間における時間を測定する測定部と、前記測定部による最新の時間測定結果に基づいて前記ブラシレスＤＣモータを駆動する駆動信号を制御する駆動制御部と、を備えるモータ駆動装置としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ駆動装置に関する。

従来から、様々な電子機器の動力源としてブラシレスＤＣモータが用いられる。ブラシレスＤＣモータには、複数の磁極の永久磁石を有するロータ（回転子）と、各々にコイルが巻かれた複数スロットのステータが備えられる。

更にブラシレスＤＣモータには、ステータに対するロータの位置を検知するために、各ステータに対応するように配置された複数のホールセンサが備えられることが多い。ホールセンサとしては、例えばホール素子またはホールＩＣが用いられる。ブラシレスＤＣモータを制御する際は、ホールセンサに基づく位置検出信号に応じた駆動電圧がモータ駆動装置によってモータに印加されて、コイルに電流が流れることによりモータの回転が制御される。

しかしながら、従来、複数のホールセンサのうち１つでも異常状態となり、異常となったホールセンサに対応する位置検出信号が異常となった場合、モータの回転が制御不能となっていた。

そこで、例えば特許文献１には、ホールセンサに異常が生じた場合でも、モータを回転駆動させることのできるモータ駆動装置が提案されている。

特開２００９−２０１３４６号公報

しかしながら、上記特許文献１では、ホールセンサに異常が生じた場合に、モータの回転数制御をどのように行うかが具体的に開示されていない。

上記状況に鑑み、本発明は、ホールセンサに異常が生じた場合でも、ブラシレスＤＣモータの回転数制御を精度良く行うことのできるモータ駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の一態様に係るモータ駆動装置は、ブラシレスＤＣモータのロータ位置を検出する複数のホールセンサからの出力に基づく複数の位置検出信号のうちいずれかの異常を検出する異常検出部と、
前記異常検出部により異常が検出された場合、正常の前記位置検出信号の隣り合うエッジ間における時間を測定する測定部と、
前記測定部による最新の時間測定結果に基づいて前記ブラシレスＤＣモータを駆動する駆動信号を制御する駆動制御部と、を備える構成としている（第１の構成）。

また、上記第１の構成において、正常の前記位置検出信号間での隣り合うエッジ間の時間を測定する第２の測定部を更に備え、
前記駆動制御部は、前記第２の測定部による時間測定結果に基づき、異常の前記位置検出信号に対応する前記駆動信号のレベル切替えタイミングを決定することとしてもよい（第２の構成）。

また、上記第１の構成において、前記駆動制御部は、前記測定部による時間測定結果に基づき、異常の前記位置検出信号に対応する前記駆動信号のレベル切替えタイミングを決定することとしてもよい（第３の構成）。

また、上記第１〜第３のいずれかの構成において、駆動停止している前記ブラシレスＤＣモータに通電を行うことで前記ブラシレスＤＣモータを起動する強制転流の際に、前記異常検出部は異常を検出することとしてもよい（第４の構成）。

また、上記第１〜第４のいずれかの構成において、前記駆動制御部は、前記測定部による最新の時間測定結果に基づいて前記駆動信号のデューティを制御することとしてもよい（第５の構成）。

また、上記第１の構成において、前記異常検出部は、３相の前記ブラシレスＤＣモータのロータ位置を検出する３つの前記ホールセンサからの出力に基づく３つの相の前記位置検出信号のうち１つの異常を検出し、
前記駆動制御部は、前記測定部による一方の正常な第１の相の前記位置検出信号のエッジ間の測定時間に基づき前記第１の相の前記駆動信号を制御し、
前記駆動制御部は、前記測定部による他方の正常な第２の相の前記位置検出信号のエッジ間の測定時間に基づき前記第２の相および異常な相の前記駆動信号を制御することとしてもよい（第６の構成）。

また、上記第６の構成において、前記駆動制御部は、前記第１の相の前記位置検出信号と前記第２の相の前記位置検出信号との間の隣り合うエッジ間の時間測定結果に基づき、異常な相の前記駆動信号のレベル切替えタイミングを決定することとしてもよい（第７の構成）。

また、上記第１の構成において、前記異常検出部は、３相の前記ブラシレスＤＣモータのロータ位置を検出する３つの前記ホールセンサからの出力に基づく３つの相の前記位置検出信号のうち２つの異常を検出し、
前記駆動制御部は、前記測定部による正常な相の前記位置検出信号のエッジ間の測定時間に基づき３相の前記駆動信号を制御することとしてもよい（第８の構成）。

また、上記第８の構成において、前記駆動制御部は、前記測定部による正常な相の前記位置検出信号のエッジ間の測定時間に基づき、異常な２つの相の前記駆動信号のレベル切替えタイミングを決定することとしてもよい（第９の構成）。

また、本発明の別態様に係る車載用電子機器は、ブラシレスＤＣモータと、前記ブラシレスＤＣモータを駆動制御する上記第１〜第９のいずれかの構成としたモータ駆動装置と、を備えることとしている。

本発明によれば、ホールセンサに異常が生じた場合でも、ブラシレスＤＣモータの回転数制御を精度良く行うことができる。

本発明の一実施形態に係る電子機器の構成を示すブロック図である。 ブラシレスＤＣモータの内部構造を示す模式図である。 ドライバ駆動信号、通電信号、および位置検出信号の挙動を示すタイミングチャートである（全ての相の位置検出信号が正常の場合）。 ホール信号および位置検出信号の挙動を示すタイミングチャートである。 ドライバ駆動信号、通電信号、および位置検出信号の挙動を示すタイミングチャートである（Ｕ相の位置検出信号が異常の場合）。 ドライバ駆動信号、通電信号、および位置検出信号の挙動を示すタイミングチャートである（Ｕ相およびＶ相の位置検出信号が異常の場合）。 ブラシレスＤＣモータの起動時の動作に関するフローチャートである。 電子機器を搭載した車両の一構成例を示す外観図である。

以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

＜全体構成＞
図１は、３相ブラシレスＤＣモータを備えた電子機器の一構成例を示すブロック図である。本構成例の電子機器Ｘは、半導体装置１と、ドライバ２と、３相ブラシレスＤＣモータ３（以下ではモータ３と略称する）と、を備えている。ホール素子３１Ｕ〜３１Ｗは、モータ３に含まれる。

半導体装置１は、モータ３の駆動制御を行うモータ駆動装置（いわゆるモータドライバＩＣ）であり、位置検出信号生成部１１と、ロジック部１２と、プリドライバ１３と、チャージポンプ１４と、インタフェース１５と、を有する。なお、ロジック部１２は、機能部として、本発明に係る測定部、駆動制御部、および異常検出部を備えている。

位置検出信号生成部１１は、モータ３のロータ位置に応じた位置検出信号（ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ）を生成する回路ブロックであり、モータ３の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）毎に一つずつ設けられたヒステリシス付きのホールコンパレータ１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗを含む。ホールコンパレータ１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗは、各相のホール素子３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗから各々入力される正負極性のホール信号（ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−）を各々差動増幅することにより、上記の位置検出信号（ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ）を生成する。

ロジック部１２は、その基本的な動作として、位置検出信号（ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ）に応じた切替タイミングで転流を行うように各相のプリドライバ駆動信号（ｕｈ／ｕｌ、ｖｈ／ｖｌ、ｗｈ／ｗｌ）を生成してモータ３の１８０°通電制御を行う。また、ロジック部１２は、各相のプリドライバ駆動信号をＰＷＭ［pulse width modulation］制御する。

プリドライバ１３は、ロジック部１２から入力される各相のプリドライバ駆動信号（ｕｈ／ｕｌ、ｖｈ／ｖｌ、ｗｈ／ｗｌ）に所定の信号処理（レベルシフト処理や波形整形処理など）を施すことにより、各相のドライバ駆動信号（ＵＨ／ＵＬ、ＶＨ／ＶＬ、ＷＨ／ＷＬ）を生成し、これを外付けのドライバ２に出力する。

チャージポンプ１４は、電源電圧ＶＣＣから昇圧電圧ＶＧ（プリドライバ電源電圧）を生成し、これをプリドライバ１３に出力する。

なお、半導体装置１には、上記構成要素のほか、内部基準電圧生成部、スタンバイ制御部、進角制御部、ソフトスタート制御部、基準クロック発振器、キャリア周波数発振器、各種保護部（過電圧保護部、過電流保護部、温度保護部、ロック保護部など）が集積化されているが、ここでは詳細な説明を割愛する。

ドライバ２は、各相のドライバ駆動信号（ＵＨ／ＵＬ、ＶＨ／ＶＬ、ＷＨ／ＷＬ）に応じて、各相の通電信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ）を生成するパワー出力段であり、パワートランジスタ２１〜２６（ＭＯＳＦＥＴ［metal oxide semiconductor field effect transistor］またはＩＧＢＴ［insulated gate bipolar transistor］など）を含む。上側パワートランジスタ２１、２３、２５のドレインは、いずれも、電源電圧ＶＣＣの印加端に接続されている。上側パワートランジスタ２１、２３、２５のソース及びバックゲートと、下側パワートランジスタ２２、２４、２６のドレインは、それぞれモータ３の各相端子に接続されている。下側パワートランジスタ２２、２４、２６のソース及びバックゲートは、いずれも接地端に接続されている。なお、本構成例では、全てのパワートランジスタ２１〜２６としてＮチャネル型を用いているが、上側パワートランジスタ２１、２３、２５としてはＰチャネル型を用いることも可能である。この場合には、半導体装置１のチャージポンプ１４を省略することができる。

モータ３は、図２で示すように、４極の永久磁石を有するロータ３２と、各々にコイルが巻き回された３スロットのステータ３３Ｕ、３３Ｖ、３３Ｗを含む構造とされている。なお、極数とスロット数との組み合わせは、４極３スロットに限定されるものではなく、他の組み合わせ（２極３スロットや４極６スロットなど）を採用することも可能である。

また、モータ３には、各相のホール素子３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗが更に備えられる。図２で示すように、ホール素子３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗは、各相のステータ３３Ｕ、３３Ｖ、３３Ｗに対して電気角で同位相となる位置に各々設けられ、ロータ３２の磁界を検出してアナログ電圧信号（ホール信号）を生成する。なお、ホール素子３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗに代えて矩形波信号を生成するホールＩＣを用いても構わない。この場合、半導体装置１のホールコンパレータ１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗを省略することもできる。ただし、ホール素子とホールＩＣいずれの外部接続にも対応するためには、半導体装置１にホールコンパレータ１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗを設けておくことが望ましい。

なお、ロジック部１２は、インタフェース１５を介して、マイコン４との通信を行うことができる。

＜１８０通電制御＞
図３は、１８０°通電時におけるドライバ駆動信号（ＵＨ／ＵＬ、ＶＨ／ＶＬ、ＷＨ／ＷＬ）、通電信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ）および位置検出信号（ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ）の挙動を示すタイミングチャートである。また、図４は、１８０°通電時におけるホール信号（ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−）と位置検出信号（ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ）の挙動を示すタイミングチャートである。

電気角０°〜６０°（フェイズ（１））では、ドライバ駆動信号ＵＨ、ＶＬ、ＷＨがハイレベルとされ、ドライバ駆動信号ＵＬ、ＶＨ、ＷＬがローレベルとされるので、パワートランジスタ２１、２４、２５がオンとなり、パワートランジスタ２２、２３、２６がオフとなる。その結果、通電信号Ｕ、Ｗがハイレベルとなり、通電信号Ｖがローレベルとなるので、モータ３にはＵ相とＷ相からＶ相端子に向けて駆動電流が流れる。このとき、位置検出信号ＨＵ、ＨＷはハイレベルとなり、位置検出信号ＨＶはローレベルとなる。

電気角６０°〜１２０°（フェイズ（２））では、ドライバ駆動信号ＵＨ、ＶＬ、ＷＬがハイレベルとされ、ドライバ駆動信号ＵＬ、ＶＨ、ＷＨがローレベルとされるので、パワートランジスタ２１、２４、２６がオンとなり、パワートランジスタ２２、２３、２５がオフとなる。その結果、通電信号Ｕがハイレベルとなり、通電信号Ｖ、Ｗがローレベルとなるので、モータ３にはＵ相からＶ相とＷ相に向けて駆動電流が流れる。このとき、位置検出信号ＨＵはハイレベルとなり、位置検出信号ＨＶ、ＨＷはローレベルとなる。

電気角１２０°〜１８０°（フェイズ（３））では、ドライバ駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＬがハイレベルとされ、ドライバ駆動信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＨがローレベルとされるので、パワートランジスタ２１、２３、２６がオンとなり、パワートランジスタ２２、２４、２５がオフとなる。その結果、通電信号Ｕ、Ｖがハイレベルとなり、通電信号Ｗがローレベルとなるので、モータ３にはＵ相とＶ相からＷ相に向けて駆動電流が流れる。このとき、位置検出信号ＨＵ、ＨＶはハイレベルとなり、位置検出信号ＨＷはローレベルとなる。

電気角１８０°〜２４０°（フェイズ（４））では、ドライバ駆動信号ＵＬ、ＶＨ、ＷＬがハイレベルとされ、ドライバ駆動信号ＵＨ、ＶＬ、ＷＨがローレベルとされるので、パワートランジスタ２２、２３、２６がオンとなり、パワートランジスタ２１、２４、２５がオフとなる。その結果、通電信号Ｖがハイレベルとなり、通電信号Ｕ、Ｗがローレベルとなるので、モータ３にはＶ相からＵ相とＷ相に向けて駆動電流が流れる。このとき、位置検出信号ＨＶはハイレベルとなり、位置検出信号ＨＵ、ＨＷはローレベルとなる。

電気角２４０°〜３００°（フェイズ（５））では、ドライバ駆動信号ＵＬ、ＶＨ、ＷＨがハイレベルとされ、ドライバ駆動信号ＵＨ、ＶＬ、ＷＬがローレベルとされるので、パワートランジスタ２２、２３、２５がオンとなり、パワートランジスタ２１、２４、２６がオフとなる。その結果、通電信号Ｖ、Ｗがハイレベルとなり、通電信号Ｕがローレベルとなるので、モータ３にはＶ相とＷ相からＵ相に向けて駆動電流が流れる。このとき、位置検出信号ＨＶ、ＨＷはハイレベルとなり、位置検出信号ＨＵはローレベルとなる。

電気角３００°〜３６０°（フェイズ（６））では、ドライバ駆動信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＨがハイレベルとされ、ドライバ駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＬがローレベルとされるので、パワートランジスタ２２、２４、２５がオンとなり、パワートランジスタ２１、２３、２６がオフとなる。その結果、通電信号Ｗがハイレベルとなり、通電信号Ｕ、Ｖがローレベルとなるので、モータ３にはＷ相からＵ相とＶ相に向けて駆動電流が流れる。このとき、位置検出信号ＨＷはハイレベルとなり、位置検出信号ＨＵ、ＨＶはローレベルとなる。

このように、１８０°通電方式では、互いに１２０°ずつ位相をずらしながら、通電信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の論理レベルが１８０°毎に切り替えられる。なお、図３では、図示を簡単とすべく、上側ドライバ駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨと下側ドライバ駆動信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＬが互いの論理反転信号として描写されているが、実際には、貫通電流の防止を目的として、上側ドライバ駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨがローレベルとなってから下側ドライバ駆動信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＬがハイレベルとなるように、ないしは、下側ドライバ駆動信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＬがローレベルとなってから上側ドライバ駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨがハイレベルとなるように、所定のデッドタイム（上下パワートランジスタの同時オフ時間）が設けられてもよい。

＜回転数制御＞
上述した図３および図４は、全てのホール素子３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗが正常状態であり、全ての位置検出信号ＨＵ、ＨＶ、ＨＷが正常である場合に相当する。このような状態でのモータ３の回転数制御について以下説明する。

ロジック部１２は、フェイズ（１）の期間において、位置検出信号ＨＵの立上りエッジから位置検出信号ＨＷの立下りエッジまでの時間を測定する。そして、ロジック部１２は、フェイズ（２）において、上記フェイズ（１）で測定された時間に基づき、ドライバ駆動信号（ＵＨ／ＵＬ、ＶＨ／ＶＬ、ＷＨ／ＷＬ）のうちハイレベルとされる信号のデューティを調整する。即ち、フェイズ（２）であれば、図３でハイレベルとされるドライバ駆動信号ＵＨ、ＶＬ、ＷＬのデューティを調整する。フェイズ（１）で測定された時間は、電気角が６０°進むのに必要な時間であるので、測定時間よりモータ３の回転数（回転速度）が検出できる。従って、検出された回転数を目標回転数と一致させるべく、ドライバ駆動信号のデューティを調整することができる。具体的には、例えば検出された回転数が目標回転数に達していなければ、デューティは大きくなるよう調整する。

ロジック部１２は、フェイズ（２）の期間において、位置検出信号ＨＷの立下りエッジから位置検出信号ＨＶの立上りエッジまでの時間を測定する。そして、ロジック部１２は、フェイズ（３）において、上記フェイズ（２）で測定された時間に基づき、ドライバ駆動信号（ＵＨ／ＵＬ、ＶＨ／ＶＬ、ＷＨ／ＷＬ）のうちハイレベルとされる信号のデューティを調整する。即ち、フェイズ（３）であれば、図３でハイレベルとされるドライバ駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＬのデューティを調整する。

以降、フェイズ（３）〜フェイズ（６）についても同様に、当該フェイズの期間で位置検出信号（ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ）のエッジ間の時間測定を行い、測定された時間に基づき、その次のフェイズにおけるドライバ駆動信号のデューティを調整することを繰り返す。

このような制御により、全てのホール素子３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗが正常状態である場合のモータ３の回転数制御を行うことができる。

＜１つのホール素子が異常である場合の回転数制御＞
本実施形態では、ホール素子３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗのうち幾つかが故障などで異常状態となって、それに対応する位置検出信号（ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ）が異常となった場合でもモータ３の回転数制御を行うことができる構成としている。以下、これについて説明する。

ここでは、ホール素子３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗのうち１つが異常状態となった場合の回転数制御について説明する。図５は、一例としてホール素子のうちホール素子３１Ｕが異常状態となった場合のタイミングチャートを示す。図５に示すように、ここではホール素子３１Ｕに対応する位置検出信号ＨＵにパルスが生じず、ローレベルで不変となる異常状態となっている。

ロジック部１２は、図５に示す期間（１１）において、位置検出信号ＨＷの立下りエッジから立上りエッジまでの時間を測定する。ロジック部１２は、位置検出信号ＨＷの立上りエッジを検出すると、ドライバ駆動信号ＷＨをハイレベルに、ドライバ駆動信号ＷＬをローレベルに切替えて出力開始させる（期間（１５）の開始）。このとき、ロジック部１２は、上記期間（１１）で測定された時間（最新の時間測定結果）に基づき、ドライバ駆動信号ＷＨのデューティを調整する。フェイズ（１１）で測定された時間は、電気角が１８０°進むのに必要な時間であるので、測定時間よりモータ３の回転数（回転速度）が検出できる。従って、検出された回転数を目標回転数と一致させるべく、ドライバ駆動信号のデューティを調整することができる。なお、デューティの調整は、図５でハイレベルで示されるドライバ駆動信号について行う。

ロジック部１２は、期間（１１）の途中で開始される期間（１２）において、位置検出信号ＨＶの立上りから位置検出信号ＨＶの立下りまでの時間を測定する。ロジック部１２は、位置検出信号ＨＶの立下りエッジを検出すると、ドライバ駆動信号ＶＨをローレベルに、ドライバ駆動信号ＶＬをハイレベルに切替えて出力開始させる（期間（１６）の開始）。このとき、ロジック部１２は、上記期間（１２）で測定された時間（最新の時間測定結果）に基づき、ドライバ駆動信号ＶＬのデューティを調整する。

ロジック部１２は、期間（１６）の開始タイミングから電気角６０°に相当する時間だけ遅延させたタイミングでドライバ駆動信号ＵＨをハイレベルに、ドライバ駆動信号ＵＬをローレベルに切替えて出力開始させる（期間（１７）の開始）。上記遅延させる時間は、期間（１５）の開始タイミングから期間（１６）の開始タイミングまでの時間をロジック部１２により測定されることで決定される。これにより、位置検出信号ＨＵが異常であった場合でも、ドライバ信号ＵＨ、ＵＬのレベル切替タイミングを決定することができる。このとき、ロジック部１２は、上記期間（１２）で測定された時間（最新の時間測定結果）に基づき、ドライバ駆動信号ＵＨのデューティを調整する。

ロジック部１２は、期間（１２）の途中で開始される期間（１３）において、位置検出信号ＨＷの立上りから位置検出信号ＨＷの立下りまでの時間を測定する。ロジック部１２は、位置検出信号ＨＷの立下りエッジを検出すると、ドライバ駆動信号ＷＨをローレベルに、ドライバ駆動信号ＷＬをハイレベルに切替えて出力開始させる（期間（１８）の開始）。このとき、ロジック部１２は、上記期間（１３）で測定された時間（最新の時間測定結果）に基づき、ドライバ駆動信号ＷＬのデューティを調整する。

ロジック部１２は、期間（１３）の途中で開始される期間（１４）において、位置検出信号ＨＶの立下りから位置検出信号ＨＶの立上りまでの時間を測定する。ロジック部１２は、位置検出信号ＨＶの立上りエッジを検出すると、ドライバ駆動信号ＶＨをハイレベルに、ドライバ駆動信号ＶＬをローレベルに切替えて出力開始させる（期間（１９）の開始）。このとき、ロジック部１２は、上記期間（１４）で測定された時間（最新の時間測定結果）に基づき、ドライバ駆動信号ＶＨのデューティを調整する。

ロジック部１２は、期間（１９）の開始タイミングから電気角６０°に相当する時間だけ遅延させたタイミングでドライバ駆動信号ＵＨをローレベルに、ドライバ駆動信号ＵＬをハイレベルに切替えて出力開始させる（期間（２０）の開始）。上記遅延させる時間は、期間（１８）の開始タイミングから期間（１９）の開始タイミングまでの時間をロジック部１２により測定されることで決定される。これにより、位置検出信号ＨＵが異常であった場合でも、ドライバ信号ＵＨ、ＵＬのレベル切替タイミングを決定することができる。このとき、ロジック部１２は、上記期間（１４）で測定された時間（最新の時間測定結果）に基づき、ドライバ駆動信号ＵＬのデューティを調整する。

このような制御により、ホール素子３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗのうち１つが故障等により異常状態となった場合でも、モータ３の回転数制御を行うことができる。

＜２つのホール素子が異常である場合の回転数制御＞
また、本実施形態では、ホール素子３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗのうち２つが故障等により異常状態となり、対応する２つの位置検出信号が異常となった場合でも、モータ３の回転数制御を行うことができ、以下これについて説明する。

図６は、一例としてホール素子のうちホール素子３１Ｕ、３１Ｖが異常状態となった場合のタイミングチャートを示す。図６に示すように、ここではホール素子３１Ｕ、３１Ｖに対応する位置検出信号ＨＵ、ＨＶにパルスが生じず、ローレベルまたはハイレベルで不変となる異常状態となっている。

ロジック部１２は、図６に示す期間（２１）において、位置検出信号ＨＷの立下りエッジから立上りエッジまでの時間を測定する。ロジック部１２は、位置検出信号ＨＷの立上りエッジを検出すると、ドライバ駆動信号ＷＨをハイレベルに、ドライバ駆動信号ＷＬをローレベルに切替えて出力開始させる（期間（２３）の開始）。このとき、ロジック部１２は、上記期間（２１）で測定された時間（最新の時間測定結果）に基づき、ドライバ駆動信号ＷＨのデューティを調整する。フェイズ（２１）で測定された時間は、電気角が１８０°進むのに必要な時間であるので、測定時間よりモータ３の回転数（回転速度）が検出できる。従って、検出された回転数を目標回転数と一致させるべく、ドライバ駆動信号のデューティを調整することができる。なお、デューティの調整は、図６でハイレベルで示されるドライバ駆動信号について行う。

ロジック部１２は、期間（２３）の開始タイミングから電気角６０°に相当する時間だけ遅延させたタイミングでドライバ駆動信号ＶＨをローレベルに、ドライバ駆動信号ＶＬをハイレベルに切替えて出力開始させる（期間（２４）の開始）。上記遅延させる時間は、上記期間（２１）で測定された時間が電気角１８０°に相当するので、上記測定時間の３分の１として決定される。これにより、位置検出信号ＨＶが異常であった場合でも、ドライバ信号ＶＨ、ＶＬのレベル切替タイミングを決定することができる。このとき、ロジック部１２は、上記期間（２１）で測定された時間（最新の時間測定結果）に基づき、ドライバ駆動信号ＶＬのデューティを調整する。

ロジック部１２は、期間（２３）の開始タイミングから電気角１２０°に相当する時間だけ遅延させたタイミングでドライバ駆動信号ＵＨをハイレベルに、ドライバ駆動信号ＵＬをローレベルに切替えて出力開始させる（期間（２５）の開始）。上記遅延させる時間は、上記期間（２１）で測定された時間が電気角１８０°に相当するので、上記測定時間の３分の２として決定される。これにより、位置検出信号ＨＵが異常であった場合でも、ドライバ信号ＵＨ、ＵＬのレベル切替タイミングを決定することができる。このとき、ロジック部１２は、上記期間（２１）で測定された時間（最新の時間測定結果）に基づき、ドライバ駆動信号ＵＨのデューティを調整する。

ロジック部１２は、期間（２２）において、位置検出信号ＨＷの立上りエッジから立下りエッジまでの時間を測定する。ロジック部１２は、位置検出信号ＨＷの立下りエッジを検出すると、ドライバ駆動信号ＷＨをローレベルに、ドライバ駆動信号ＷＬをハイレベルに切替えて出力開始させる（期間（２６）の開始）。このとき、ロジック部１２は、上記期間（２２）で測定された時間（最新の時間測定結果）に基づき、ドライバ駆動信号ＷＬのデューティを調整する。

ロジック部１２は、期間（２６）の開始タイミングから電気角６０°に相当する時間だけ遅延させたタイミングでドライバ駆動信号ＶＨをハイレベルに、ドライバ駆動信号ＶＬをローレベルに切替えて出力開始させる（期間（２７）の開始）。上記遅延させる時間は、上記期間（２２）で測定された時間が電気角１８０°に相当するので、上記測定時間の３分の１として決定される。これにより、位置検出信号ＨＶが異常であった場合でも、ドライバ信号ＶＨ、ＶＬのレベル切替タイミングを決定することができる。このとき、ロジック部１２は、上記期間（２２）で測定された時間（最新の時間測定結果）に基づき、ドライバ駆動信号ＶＨのデューティを調整する。

ロジック部１２は、期間（２６）の開始タイミングから電気角１２０°に相当する時間だけ遅延させたタイミングでドライバ駆動信号ＵＨをローレベルに、ドライバ駆動信号ＵＬをハイレベルに切替えて出力開始させる（期間（２８）の開始）。上記遅延させる時間は、上記期間（２２）で測定された時間が電気角１８０°に相当するので、上記測定時間の３分の２として決定される。これにより、位置検出信号ＨＵが異常であった場合でも、ドライバ信号ＵＨ、ＵＬのレベル切替タイミングを決定することができる。このとき、ロジック部１２は、上記期間（２２）で測定された時間（最新の時間測定結果）に基づき、ドライバ駆動信号ＵＬのデューティを調整する。

このような制御により、ホール素子３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗのうち２つが故障等により異常状態となった場合でも、モータ３の回転数制御を行うことができる。

＜モータ起動時の制御＞
図７は、本実施形態に係る半導体装置１（モータ駆動装置）によるモータ３起動時の制御について示すフローチャートである。

モータ３のロータ３２が停止している状態にて図７のフローチャートが開始される。まず、ステップＳ１で、ロジック部１２は、所定の強制転流周波数に応じた切替タイミングで、ドライバ駆動信号（ＵＨ／ＵＬ、ＶＨ／ＶＬ、ＷＨ／ＷＬ）の通電パターンを順次切り替えることにより、モータ３の強制転流を行うことを開始する。ここでは、例えば、１２０°通電方式によって通電を行う。本方式では、各相の通電信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ）は、電源電圧ＶＣＣ、接地電位、およびオープンの３つの状態をとるように切替えられ、電源電圧ＶＣＣおよび接地電位の状態はそれぞれ電気角１２０°に相当する期間だけ維持される。

そして、ステップＳ２において、ロジック部１２は、位置検出信号（ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ）が正常であるか否かを確認する。もし、いずれの位置検出信号にもパルスが生じており、いずれの位置検出信号も正常であることを検出すると（即ち全てのホール素子（３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗ）が正常状態）、ステップＳ３に進む。ステップＳ３で、ロジック部１２は、先述した全てのホール素子（３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗ）が正常状態である場合に行う回転数制御を実行する通常駆動モードへ移行する。

一方、もし、位置検出信号（ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ）のうちいずれか１つが異常であることが検出された場合（即ちホール素子（３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗ）のうち１つが異常）、ステップＳ４に進む。ステップＳ４で、ロジック部１２は、先述したホール素子（３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗ）のうち１つが異常状態である場合に行う回転数制御を実行する第１非常駆動モードへ移行する。

また、もし、位置検出信号（ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ）のうちいずれか２つが異常であることが検出された場合（即ちホール素子（３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗ）のうち２つが異常）、ステップＳ５に進む。ステップＳ５で、ロジック部１２は、先述したホール素子（３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗ）のうち２つが異常状態である場合に行う回転数制御を実行する第２非常駆動モードへ移行する。

また、もし、全ての位置検出信号（ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ）が異常であることが検出された場合は（即ち全てのホール素子（３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗ）が異常）、ステップＳ６に進む。ステップＳ６で、ロジック部１２は、全てのドライバ駆動信号（ＵＨ／ＵＬ、ＶＨ／ＶＬ、ＷＨ／ＷＬ）をローレベルとし、全てのトランジスタ２１〜２６をオフとして、モータ３の駆動を停止させる。

このとき、ロジック部１２は、インタフェース１５を介して、全ての位置検出信号（ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ）が異常であることを示す論理レベル（例えばハイレベル）としたフラグ信号をマイコン４に送信する。これにより、全てのホール素子に異常が生じていることをマイコン４へ報知することができる。なお、マイコン４は、電子機器Ｘが車載用である場合は、例えば車両に搭載される種々のシステムを統合的に制御する装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）に含めることができる。

＜車両への適用＞
図８は、種々の電子機器を搭載した車両の一構成例を示す外観図である。本構成例の車両Ｙは、バッテリＢＴから電源電圧の供給を受けて動作する種々の電子機器Ｘ１１〜Ｘ１８を搭載している。なお、図８における電子機器Ｘ１１〜Ｘ１８の搭載位置については、図示の便宜上、実際とは異なる場合がある。

電子機器Ｘ１１は、エンジンに関連する制御（インジェクション制御、電子スロットル制御、アイドリング制御、酸素センサヒータ制御、および、オートクルーズ制御など）を行うエンジンコントロールユニットである。

電子機器Ｘ１２は、ＨＩＤ［high intensity discharged lamp］やＤＲＬ［daytime running lamp］などの点消灯制御を行うランプコントロールユニットである。

電子機器Ｘ１３は、トランスミッションに関連する制御を行うトランスミッションコントロールユニットである。

電子機器Ｘ１４は、車両Ｙの運動に関連する制御（ＡＢＳ［anti-lock brake system］制御、ＥＰＳ［electric power steering］制御、電子サスペンション制御など）を行うボディコントロールユニットである。

電子機器Ｘ１５は、ドアロックや防犯アラームなどの駆動制御を行うセキュリティコントロールユニットである。

電子機器Ｘ１６は、エアーコンディショナ、ワイパー、電動ドアミラー、パワーウィンドウ、ダンパー（ショックアブソーバー）、電動サンルーフ、および、電動シートなど、標準装備品またはメーカーオプション品として、工場出荷段階で車両Ｙに組み込まれている電子機器である。

電子機器Ｘ１７は、車載Ａ／Ｖ［audio/visual］機器、カーナビゲーションシステム、および、ＥＴＣ［electronic toll collection system］など、ユーザオプション品として任意で車両Ｙに装着される電子機器である。

電子機器Ｘ１８は、車載ブロア、オイルポンプ、ウォーターポンプ、バッテリ冷却ファンなど、高耐圧系モータを備えた電子機器である。

上記した電子機器Ｘ１１〜Ｘ１８のうち、ブラシレスＤＣモータを備える電子機器については、適宜、先に説明した電子機器Ｘの構成、およびモータ制御手法を採用することができる。例えば、ブラシレスＤＣモータがエアーコンディショナ（電子機器Ｘ１６）に備えられるものであった場合、本実施形態のモータの回転数制御を行うことにより、ホール素子に異常が生じた場合でもモータの駆動を止めずに回転数制御を行うことができ、モータの停止によって車両のウィンドウがくもるなどの不具合を抑制できる。

また、特に自動車の電気/電子に関する機能安全についての国際規格であるＩＳＯ２６２６２などが策定されている昨今の状況では、本実施形態のようなホール素子に異常が生じた場合でもモータの回転数制御を行うことができる技術は安全性の面で重要である。

＜その他の変形例＞
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。例えば、モータ駆動装置の用途については、車載用以外にも、様々な用途（例えば白物家電用）が考えられる。また、１８０°通電方式以外にも、１５０°通電方式などが考えられる。

このように、上記の実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

本発明は、モータ駆動装置全般に適用することが可能な技術であり、例えば、車載用３相ブラシレスＤＣモータドライバＩＣに利用することが可能である。

１ 半導体装置（モータ駆動装置）
２ ドライバ
３ ブラシレスＤＣモータ
４ マイコン
１１ 位置検出信号生成部
１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗ ホールコンパレータ
１２ ロジック部
１３ プリドライバ
１４ チャージポンプ
２１〜２６ パワートランジスタ
３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗ ホール素子
３２ ロータ
３３Ｕ、３３Ｖ、３３Ｗ ステータ
Ｘ、Ｘ１１〜Ｘ１８ 電子機器
Ｙ 車両
ＢＴ バッテリ

Claims (10)

1. ブラシレスＤＣモータのロータ位置を検出する複数のホールセンサからの出力に基づく複数の位置検出信号のうちいずれかの異常を検出する異常検出部と、
   前記異常検出部により異常が検出された場合、正常の前記位置検出信号の隣り合うエッジ間における時間を測定する測定部と、
   前記測定部による最新の時間測定結果に基づいて前記ブラシレスＤＣモータを駆動する駆動信号を制御する駆動制御部と、
   を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
2. 正常の前記位置検出信号間での隣り合うエッジ間の時間を測定する第２の測定部を更に備え、
   前記駆動制御部は、前記第２の測定部による時間測定結果に基づき、異常の前記位置検出信号に対応する前記駆動信号のレベル切替えタイミングを決定することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記駆動制御部は、前記測定部による時間測定結果に基づき、異常の前記位置検出信号に対応する前記駆動信号のレベル切替えタイミングを決定することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
4. 駆動停止している前記ブラシレスＤＣモータに通電を行うことで前記ブラシレスＤＣモータを起動する強制転流の際に、前記異常検出部は異常を検出することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
5. 前記駆動制御部は、前記測定部による最新の時間測定結果に基づいて前記駆動信号のデューティを制御することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
6. 前記異常検出部は、３相の前記ブラシレスＤＣモータのロータ位置を検出する３つの前記ホールセンサからの出力に基づく３つの相の前記位置検出信号のうち１つの異常を検出し、
   前記駆動制御部は、前記測定部による一方の正常な第１の相の前記位置検出信号のエッジ間の測定時間に基づき前記第１の相の前記駆動信号を制御し、
   前記駆動制御部は、前記測定部による他方の正常な第２の相の前記位置検出信号のエッジ間の測定時間に基づき前記第２の相および異常な相の前記駆動信号を制御する、ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
7. 前記駆動制御部は、前記第１の相の前記位置検出信号と前記第２の相の前記位置検出信号との間の隣り合うエッジ間の時間測定結果に基づき、異常な相の前記駆動信号のレベル切替えタイミングを決定することを特徴とする請求項６に記載のモータ駆動装置。
8. 前記異常検出部は、３相の前記ブラシレスＤＣモータのロータ位置を検出する３つの前記ホールセンサからの出力に基づく３つの相の前記位置検出信号のうち２つの異常を検出し、
   前記駆動制御部は、前記測定部による正常な相の前記位置検出信号のエッジ間の測定時間に基づき３相の前記駆動信号を制御する、ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
9. 前記駆動制御部は、前記測定部による正常な相の前記位置検出信号のエッジ間の測定時間に基づき、異常な２つの相の前記駆動信号のレベル切替えタイミングを決定することを特徴とする請求項８に記載のモータ駆動装置。
10. ブラシレスＤＣモータと、
    前記ブラシレスＤＣモータを駆動制御する請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載のモータ駆動装置と、
    を備えることを特徴とする車載用電子機器。

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