JP2019013121A - センサレスブラシレスモータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータのＮＶ特性を向上させることができるセンサレスブラシレスモータの制御装置を提供する。
【解決手段】３相のセンサレスブラシレスモータ１１の駆動の制御を行う制御部１２を有するセンサレスブラシレスモータの制御装置１において、制御部１２は、センサレスブラシレスモータ１１の回転数が目標回転数以外であるときに、非通電相に発生した誘起電圧をもとに決定される周期毎に通電相を切り替える誘起電圧駆動を行い、センサレスブラシレスモータ１１の回転数が目標回転数になったときに、誘起電圧駆動から、目標回転数から演算される周期毎に通電相を切り替える同期駆動を行うように変更する。
【選択図】図１

Description

本開示は、センサレスブラシレスモータを制御するための装置に関するものである。

特許文献１には、インバータ回路を具備したモータ駆動部に対してモータ駆動用電源回路により電源を供給することにより、センサレスブラシレスモータを駆動するモータの制御装置が開示されている。

特開２０１２−２１０１１１号公報

ここで、特許文献１に開示されるようなセンサレスブラシレスモータを駆動させる場合には、ステータに巻かれた３相のコイルのうち、２相のコイルに通電し、非通電相のコイルに発生する誘起電圧をモニター（監視）してロータの位置を推定し、通電相を切り替えている。

しかしながら、非通電相のコイルに発生する誘起電圧をもとに成り行きで通電相を切り替えるタイミングを決めているので、サージ電圧が印加されるなどして誘起電圧が変動すると、推定されるロータの位置がばらつき、通電相を切り替えるタイミングに揺らぎが生じ得る。例えば、図３に示すように、センサレスブラシレスモータを所定回転数にて回転させようとするときに、各相のコイルは、「１２０［ｄｅｇ］通電」と「６０［ｄｅｇ］非通電」を交互に受けているとする。なお、図３においては、Ｕ相のコイルのみを代表して、「１２０［ｄｅｇ］通電」と「６０［ｄｅｇ］非通電」のタイミングを示している。そして、このとき、誘起電圧が変動すると、誘起電圧によるロータの位置検出タイミングの間隔（δ０）が不均一になり、誘起電圧をもとに決定される通電相の切り替えタイミングの間隔δ０が不均一になるおそれがある。なお、誘起電圧によるロータの位置検出タイミングとは、非通電相のコイルにおけるコイル端子電圧の波形の振幅が１／２になる位置を検出するタイミングである。

そうすると、センサレスブラシレスモータを目標回転数にて一定回転させようとするときに、各相の通電時間がばらつき、モータのトルク脈動が発生して、センサレスブラシレスモータが安定して回転しない。そのため、センサレスブラシレスモータにおいて、騒音や振動が生じて、モータのＮＶ特性が悪化するおそれがある。

そこで、本開示は上記した問題点を解決するためになされたものであり、モータのＮＶ特性を向上させることができるセンサレスブラシレスモータの制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本開示の一形態は、３相のセンサレスブラシレスモータの駆動の制御を行う制御部を有するセンサレスブラシレスモータの制御装置において、前記制御部は、前記センサレスブラシレスモータの回転数が目標回転数以外であるときに、非通電相に発生した誘起電圧をもとに決定される周期毎に通電相を切り替える誘起電圧駆動を行い、前記センサレスブラシレスモータの回転数が前記目標回転数になったときに、前記誘起電圧駆動から、前記目標回転数から演算される周期毎に前記通電相を切り替える同期駆動を行うように変更すること、を特徴とする。

この態様によれば、センサレスブラシレスモータを目標回転数にて一定回転させるときに、目標回転数から演算される周期毎に通電相を切り替える。このようにして通電相を切り替えるタイミングを非通電相に発生する誘起電圧により成り行きで決めずに目標回転数から求める一定の周期毎のタイミングとするので、通電相を切り替えるタイミングに揺らぎが生じ難い。そのため、センサレスブラシレスモータを目標回転数にて一定回転させるときに、各相の通電時間がばらつき難く、モータのトルク脈動による回転ムラがなくなり、センサレスブラシレスモータが安定して回転する。したがって、センサレスブラシレスモータにおいて、騒音や振動の発生が抑制され、モータのＮＶ特性（騒音・振動特性）を向上させることができる。

上記の態様においては、前記制御部は、前記同期駆動を行っているときの実際の前記通電相の切り替えタイミングと、前記目標回転数から演算される前記通電相の切り替えタイミングとの位相差が所定角度よりも大きくなったときには、前記同期駆動から、前記誘起電圧駆動を行うように変更すること、が好ましい。

この態様によれば、同期駆動により通電相を切り替えているときに、通電相の切り替えタイミングが所望のタイミングから大きくずれても、誘起電圧駆動を行うことにより通電相の切り替えタイミングのずれを修正できる。そのため、センサレスブラシレスモータを目標回転数にて安定して回転させることができる。

上記の態様においては、前記制御部は、前記同期駆動を行っているときに、指示される前記目標回転数に変更があったときには、前記同期駆動から、前記誘起電圧駆動を行うように変更すること、が好ましい。

この態様によれば、指示される目標回転数が変更されたときに、センサレスブラシレスモータの回転数が変更後の目標回転数に達するまでは、誘起電圧駆動を行って、センサレスブラシレスモータの回転数に応じて通電相を切り替えることができる。そして、センサレスブラシレスモータの回転数が変更後の目標回転数になったときに、同期駆動を行って、センサレスブラシレスモータを変更後の目標回転数にて一定回転させることができる。そのため、指示される目標回転数が変更されても、センサレスブラシレスモータを変更後の目標回転数にて安定して回転させることができる。

本開示のセンサレスブラシレスモータの制御装置によれば、モータのＮＶ特性を向上させることができる。

本実施形態におけるセンサレスブラシレスモータの制御装置の構成を示すブロック図である。 本実施形態におけるセンサレスブラシレスモータの制御方法を示すフロー図である。 各相のコイル端子電圧の波形と、誘起電圧による位置検出タイミングと、所定回転数による切り替えタイミングの中間位置を示す図である。

本開示に係る実施形態であるセンサレスブラシレスモータの制御装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。そこで、まず、制御装置の構成について説明した後に、本実施形態における制御方法について説明する。

本実施形態では、例えば燃料ポンプに使用されるセンサレスブラシレスモータの制御装置について説明する。センサレスブラシレスモータの制御装置１は、センサレスブラシレスモータ１１を制御するための装置であり、図１に示すように、制御部１２と駆動回路１３とを有する。

センサレスブラシレスモータ１１は３相のモータであり、駆動回路１３においては３相のインバータ回路が採用されている。センサレスブラシレスモータ１１は、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃを備えるステータ２１と、ロータ（マグネットロータ、不図示）とを備える。センサレスブラシレスモータ１１は、ステータ２１に対するロータの磁極位置（ロータ位置）を検出するために、ホール素子を使わずに、各相のコイル２１Ａ〜２１Ｃで生じる誘起電圧を利用する。そして、センサレスブラシレスモータ１１は、ロータが回転するときに、各相のコイル２１Ａ〜２１Ｃで発生する誘起電圧に基づいてロータ位置を検出し、その検出されるロータ位置に基づいて通電対象となる各相のコイル２１Ａ〜２１Ｃ（通電相）を決定する「誘起電圧駆動」を行う。

駆動回路１３は、センサレスブラシレスモータ１１に駆動電力を供給するものである。この駆動回路１３には、電源回路１４を介して直流電源ＢＡＴＴが接続され、６つのトランジスタが備わっている。そして、駆動回路１３において、制御部１２からの信号に基づき、各トランジスタが所定のタイミングでスイッチングされることにより、センサレスブラシレスモータ１１の回転駆動が制御される。

制御部１２は、駆動回路１３を介してセンサレスブラシレスモータ１１の駆動の制御を行う。この制御部１２には、電源回路１４を介して直流電源ＢＡＴＴが接続されている。また、制御部１２には、Ｉ／Ｆ回路１５を介して、ＥＣＵ１６が接続されている。なお、制御部１２は、例えばカスタムＩＣにより構成されている。本実施形態では、ＥＣＵ１６は、センサレスブラシレスモータ１１の回転数（目標回転数）を指示する。

次に、本実施形態のセンサレスブラシレスモータの制御装置１において行われるセンサレスブラシレスモータ１１の制御方法に関して説明する。

本実施形態では、制御部１２は、図２に示すような制御を行う。図２に示すように、制御部１２は、回転数Ｆ／Ｂ（センサレス駆動）制御中（ステップＳ１：ＹＥＳ）において、現状の周期Ｔｎｍを算出する（ステップＳ２）。

ここで、回転数Ｆ／Ｂ（センサレス駆動）とは、前記の「誘起電圧駆動」に相当し、非通電相に発生した誘起電圧をもとに決定される周期毎に通電相を切り替える駆動である。すなわち、回転数Ｆ／Ｂ（センサレス駆動）は、センサレスブラシレスモータ１１のステータに巻かれた３相のコイルのうち、非通電相のコイルに発生する誘起電圧をモニターしてロータの位置を推定（非通電相のコイルにおけるコイル端子電圧の波形の振幅が１／２になる位置を検出してロータの位置を推定）し、このロータの位置の推定結果をもとに通電相を切り替える駆動である。また、現状の周期Ｔｎｍは、現状回転数の電気角（３６０［ｄｅｇ］）の周期、すなわち、センサレスブラシレスモータ１１（のロータ）が現状回転数で回転しているときの電気角の１周期である。

そして、制御部１２は、現状の周期Ｔｎｍが、目標の周期Ｔｎｇとなっているか否かを判定する（ステップＳ３）。詳しくは、制御部１２は、現状の周期Ｔｎｍについて以下に示す数式の条件を満たすか否かを判定する。
［数式］
（Ｔｎｇ×０．９９）＜Ｔｎｍ＜（Ｔｎｇ×１．０１）

ここで、目標の周期Ｔｎｇは、目標回転数の電気角（３６０［ｄｅｇ］）の周期、すなわち、センサレスブラシレスモータ１１（のロータ）が目標回転数で回転するときの電気角の１周期である。

このようにして、制御部１２は、ステップＳ３において、現状のセンサレスブラシレスモータ１１の回転数（ロータの回転数）が、目標回転数となっているか否かを判定する。なお、本実施形態において、「現状の周期Ｔｎｍが目標の周期Ｔｎｇとなっている」とは、上記の数式に示すように、現状の周期Ｔｎｍについて、目標の周期Ｔｎｇと等しい場合の他に、目標の周期Ｔｎｇ付近である場合も含む。そのため、本実施形態において、現状のセンサレスブラシレスモータ１１の回転数が目標回転数となっているとは、現状のセンサレスブラシレスモータ１１の回転数について、目標回転数と等しい場合の他に、目標回転数付近である場合も含む。

そして、制御部１２は、現状の周期Ｔｎｍが、目標の周期Ｔｎｇとなっていると判定した場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、すなわち、センサレスブラシレスモータ１１の回転数が目標回転数になっていると判定した場合には、センサレス駆動から同期駆動に切り替える（ステップＳ４）。

ここで同期駆動とは、目標回転数をもとに演算される周期毎に通電相を切り替える駆動である。そして、目標回転数をもとに演算される周期毎とは、目標回転数をもとに演算される一定時間毎ということであり、例えば、目標回転数に応じて算出される電気角の１周期（３６０［ｄｅｇ］）に相当する時間を６等分して算出した電気角６０［ｄｅｇ］に相当する時間毎である。

一方、制御部１２は、現状の周期Ｔｎｍが、目標の周期Ｔｎｇとなっていないと判定した場合（ステップＳ３：ＮＯ）には、センサレス駆動を継続して行う。

このようにして、本実施形態では、制御部１２は、センサレスブラシレスモータ１１の回転数が目標回転数以外であるときに、センサレス駆動（誘起電圧駆動）を行う。そして、制御部１２は、センサレスブラシレスモータ１１の回転数が目標回転数になったときに、センサレス駆動から、同期駆動を行うように変更する。

すなわち、本実施形態では、センサレスブラシレスモータ１１の駆動開始後、まず、センサレス駆動によるフィードバック制御により通電相の切り替えを行い、その後、センサレスブラシレスモータ１１の回転数が目標回転数に達したら、同期駆動によるフィードフォワード制御により通電相の切り替えを行う。

これにより、センサレスブラシレスモータ１１の回転数が目標回転数に達した後に、センサレスブラシレスモータ１１を目標回転数で一定回転させるために、目標回転数から算出される理想のタイミングで通電相を切り替えることができる。

このように本実施形態では、センサレスブラシレスモータ１１を目標回転数にて一定回転させるときに、目標回転数から演算される周期毎に通電相を切り替える。このようにして通電相を切り替えるタイミングを非通電相に発生する誘起電圧により成り行きで決めずに目標回転数から求める一定の周期毎のタイミングとするので、通電相を切り替えるタイミングに揺らぎが生じ難い。そのため、センサレスブラシレスモータ１１を目標回転数にて一定回転させるときに、各相の通電時間がばらつき難く、モータのトルク脈動による回転ムラがなくなり、センサレスブラシレスモータ１１が安定して回転する。

例えば、図３に示すように、センサレスブラシレスモータ１１を所定回転数にて回転させようとするときに、所定回転数（目標回転数）による通電相の切り替えタイミング（目標回転数から演算される周期毎に通電相を切り替えるタイミング）の間隔δは均一になる。そのため、センサレスブラシレスモータ１１において、騒音や振動の発生が抑制され、モータのＮＶ特性を向上させることができる。

ここで再び、図２の説明に戻って、制御部１２は、誘起検出が相切替の中間値に対して電気角５ｄｅｇ以内であって（ステップＳ５：ＹＥＳ）、かつ、指示回転数に変更がない場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）には、同期駆動を継続して行う。なお、「電気角５ｄｅｇ」は、一例にすぎず、この電気角の値に限定されるものではない。

ここで、「誘起検出が相切替の中間値に対して電気角５ｄｅｇ以内である」とは、モニターしている誘起電圧によるセンサレスブラシレスモータ１１のロータの位置の検出タイミングと、目標回転数から演算される通電相の切り替えタイミング（電気角６０［ｄｅｇ］）の中間値（電気角３０［ｄｅｇ］）の位置との位相差が、電気角５ｄｅｇ以内であるということである。

また、「指示回転数に変更がない」とは、ＥＣＵ１６により指示されるセンサレスブラシレスモータ１１の目標回転数に変更がないということである。

一方、制御部１２は、誘起検出が相切替の中間値に対して電気角５ｄｅｇ以内でない場合（ステップＳ５：ＮＯ）には、同期駆動を解除して、センサレス駆動（回転数Ｆ／Ｂ）に切り替える（ステップＳ７）。

すなわち、制御部１２は、モニターしている誘起電圧によるセンサレスブラシレスモータ１１のロータの位置の検出タイミングと、目標回転数から演算される理想の通電相の切り替えタイミングの中間値の位置との位相差が電気角５［ｄｅｇ］よりも大きい場合には、同期駆動を解除して、センサレス駆動（回転数Ｆ／Ｂ）に切り替える。ここで、本実施形態では、モニターしている誘起電圧によるセンサレスブラシレスモータ１１のロータの位置の検出タイミングは、同期駆動を行っているときの実際の通電相の切り替えタイミングの中間値の位置に対応しているものとしている。

このようにして、本実施形態では、制御部１２は、同期駆動（オープンルーフ制御）を行っているときにおいても、非通電相に発生する誘起電圧をモニターしている。そして、制御部１２は、同期駆動を行っているときの実際の通電相の切り替えタイミングと、目標回転数から演算される理想の通電相の切り替えタイミングとの位相差が所定角度（例えば、電気角５［ｄｅｇ］）よりも大きくなったときには、同期駆動から、誘起電圧駆動を行うように変更する。

これにより、モータの負荷変動などにより通電相の切り替えタイミングが所望のタイミングから大きくずれても、誘起電圧駆動を行うことにより通電相の切り替えタイミングのずれを修正できる。そのため、センサレスブラシレスモータ１１を目標回転数にて安定して回転させることができる。

また、制御部１２は、指示回転数に変更がある場合（ステップＳ６：ＮＯ）にも、同期駆動を解除して、センサレス駆動（回転数Ｆ／Ｂ）に切り替える（ステップＳ８）。すなわち、制御部１２は、同期駆動を行っているときに、ＥＣＵ１６から指示される目標回転数に変更があったときには、同期駆動から、誘起電圧駆動を行うように変更する。

これにより、ＥＣＵ１６から指示される目標回転数が変更されたときに、センサレスブラシレスモータ１１の回転数が変更後の目標回転数に達するまでは、誘起電圧駆動を行って、センサレスブラシレスモータ１１の回転数に応じて通電相を切り替えることができる。そして、センサレスブラシレスモータ１１の回転数が変更後の目標回転数になったときに、同期駆動を行って、センサレスブラシレスモータ１１を変更後の目標回転数にて一定回転させることができる。そのため、指示される目標回転数が変更されても、センサレスブラシレスモータ１１を変更後の目標回転数にて安定して回転させることができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本開示を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。

１ 制御装置
１１ センサレスブラシレスモータ
１２ 制御部
１３ 駆動回路
１４ 電源回路
１５ Ｉ／Ｆ回路
１６ ＥＣＵ
２１ ステータ
２１Ａ コイル
２１Ｂ コイル
２１Ｃ コイル
ＢＡＴＴ 電源
δ０ 間隔
δ 間隔

Claims (3)

1. ３相のセンサレスブラシレスモータの駆動の制御を行う制御部を有するセンサレスブラシレスモータの制御装置において、
   前記制御部は、
   前記センサレスブラシレスモータの回転数が目標回転数以外であるときに、非通電相に発生した誘起電圧をもとに決定される周期毎に通電相を切り替える誘起電圧駆動を行い、
   前記センサレスブラシレスモータの回転数が前記目標回転数になったときに、前記誘起電圧駆動から、前記目標回転数から演算される周期毎に前記通電相を切り替える同期駆動を行うように変更すること、
   を特徴とするセンサレスブラシレスモータの制御装置。
2. 請求項１のセンサレスブラシレスモータの制御装置において、
   前記制御部は、
   前記同期駆動を行っているときの実際の前記通電相の切り替えタイミングと、前記目標回転数から演算される前記通電相の切り替えタイミングとの位相差が所定角度よりも大きくなったときには、前記同期駆動から、前記誘起電圧駆動を行うように変更すること、
   を特徴とするセンサレスブラシレスモータの制御装置。
3. 請求項１または２のセンサレスブラシレスモータの制御装置において、
   前記制御部は、
   前記同期駆動を行っているときに、指示される前記目標回転数に変更があったときには、前記同期駆動から、前記誘起電圧駆動を行うように変更すること、
   を特徴とするセンサレスブラシレスモータの制御装置。

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