JP2021182788A - モータ制御装置、モータユニット、モータ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ回転数の減速時においてモータの挙動が不安定になってしまうことを低減する。【解決手段】ロータの回転位置を検出し、位置検出信号を出力する複数のセンサと、前記位置検出信号に基づいて、前記ブラシレスモータの回転数が所定の閾値以下であるか否かを判定する回転数判定部と、モータ制御部とを有し、前記モータ制御部に設けられる通電制御部は、第１モードと第２モードとでは、各相の通電タイミングのトリガーとなるセンサ信号に付いて異なるセンサ信号を用い、前記第１モードにおいて、前記第１のセンサの前記位置検出信号がオンとなるタイミングに対して前記第２の相への通電タイミングが進角しており、前記第２モードにおいて、前記第１のセンサの前記位置検出信号がオンとなるタイミングに対して前記第２の相への通電タイミングが遅角している。【選択図】図１

Description

本発明は、モータ制御装置、モータユニット、モータ制御方法に関する。

ブラシレスモータは、３相のコイルＵ、ＶおよびＷを有するステータと、界磁用の永久磁石を有するロータとを備え、ロータの回転位置に応じてステータの通電制御を行うことで駆動される。ロータの回転位置は、例えば、ロータが有する磁極の位置あるいはロータと共に回転するセンサマグネットの磁極の位置を複数のホールセンサ等を用いて検出することで、取得されている。
ブラシレスモータの各相に対する通電タイミングは、これらの各ホールセンサから得られる検出信号を元に、マイコン内においてタイマにてカウント値を求め、このカウント値を元に、タイムアップ（計時完了）すると、この通電タイミングに従って、電圧がコイルに印加される。このようなブラシレスモータの各相に対する通電タイミングの制御は、モータ出力を向上させる観点から進角制御が行われる。

特開２０１８−１３３９１１号公報

しかしながら、あるモータ回転数において通常の駆動をしている状態から、急激に拘束状態にすると、モータ回転数が低下（減速）する。このような場合、モータ回転数が低下することから、ホールセンサによって位置検出する時間間隔が長くなる（検出信号の入力が遅れる）。そうすると、位置検出する時間間隔が長くなる（検出信号の入力タイミングが遅くなる）につれて、通電タイミングとの誤差が大きくなるため、実際のロータ位置に対し通電タイミングがずれてしまう（早くなってしまう）。また、ロータの位置を見失う現象が発生する。そのため、過度に進角した通電タイミングで電圧を印加することになり、それによりハンチングが起こり、モータの挙動が不安定になってしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、モータ回転数の減速時においてモータの挙動が不安定になってしまうことを低減することができるモータ制御装置、モータユニット、モータ制御方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の一態様は、ブラシレスモータにおいて、複数の相を有するコイルに通電を行ってロータの回転制御を行うモータ制御装置であって、前記ロータの回転位置を検出し、位置検出信号を出力する複数のセンサと、前記位置検出信号に基づいて、前記ブラシレスモータの回転数が所定の閾値以下であるか否かを判定する回転数判定部と、前記ブラシレスモータの回転数が前記閾値を超える場合選択される第１モードと、前記ブラシレスモータの回転数が前記閾値以下となる場合選択される第２モードと、を選択可能なモータ制御部と、を有し、前記モータ制御部は、前記複数のセンサのそれぞれの前記位置検出信号に基づいて設定される所定の通電タイミングで、前記コイルの前記複数の相にそれぞれ通電を行う通電制御部を有し、前記通電制御部は、前記第１モードにおいて、前記複数のセンサの内の第１のセンサの前記位置検出信号に基づいて設定される所定の通電タイミングで、前記複数の相の内の第１の相に通電を行うとした場合、前記第２モードでは、前記第１のセンサの前記位置検出信号に基づいて設定される所定の通電タイミングで、前記複数の相の内の第２の相に通電を行い、前記第１モードにおいて、前記第１のセンサの前記位置検出信号がオンとなるタイミングに対して前記第２の相への通電タイミングが進角しており、前記第２モードにおいて、前記第１のセンサの前記位置検出信号がオンとなるタイミングに対して前記第２の相への通電タイミングが遅角している。

以上説明したように、この発明によれば、モータ回転数の減速時においてモータの挙動が不安定になってしまうことを低減することができる。

本実施形態におけるモータ制御装置を備えたワイパ装置１２を搭載した車両１０のフロントガラス１１を示す概略構成の一例を示す図である。 本実施形態におけるモータユニット１９の外観の一例を示す図である。 モータユニット１９のアンダーカバー２８が取り外された状態の底面図である。 本実施形態におけるワイパ装置１２の制御系の概略構成の一例を示す図である。 本実施形態における制御部５４の概略構成の一例を示す図である。 進角制御モードにおける、回転角検出部から得られる位置検出信号と、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相の通電タイミングの関係を説明するタイミングチャートである。 遅角制御モードにおける、回転角検出部３９から得られる位置検出信号と、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相の通電タイミングの関係を説明するタイミングチャートである。 モータ制御装置３３の動作を説明するフローチャートである。 進角制御モードにおいて定常駆動から減速した後、拘束した場合における三相の電流波形を示す図である。 進角制御モードにおいて定常駆動から減速状態に移行した場合における三相の電流波形を示す図である。 進角制御モードから遅角制御モードに切り替える機能を用いつつ、定常駆動から減速した後、モータを拘束した場合における三相の電流波形を示す図である。 減速時に進角制御を行う場合と、減速時に遅角制御を行った場合における拘束トルクを説明する図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明の態様を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。なお、図面において、同一又は類似の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省く場合がある。

本実施形態のモータ制御装置は、ブラシレスモータを制御する。このようなブラシレスモータは、例えば、ワイパアームを揺動動作させるブラシレスモータ、ルーフパネルを開閉動作させるブラシレスサンルーフモータ、ブラシレスパワーウインドウモータ、ブラシレスパワーシートモータのいずれであってもよい。
以下に、本実施形態におけるモータ制御装置について、図を用いて説明する。ここでは、ブラシレスモータを用いてワイパアームを揺動動作させる場合を一例として説明する。

図１は、本実施形態におけるモータ制御装置を備えたワイパ装置１２を搭載した車両１０のフロントガラス１１を示す概略構成の一例を示す図である。
図１に示すように、車両１０は、フロントガラス１１及びワイパ装置１２を備える。
ワイパ装置１２は、フロントガラス１１を払拭する。
ワイパ装置１２は、ワイパアーム１４，１６、ワイパブレード１７，１８、モータユニット１９及び動力伝達機構２０を備える。
ワイパアーム１４は、ピボット軸１３を中心として揺動する。ワイパアーム１６は、ピボット軸１５を中心として揺動する。
ワイパブレード１７は、ワイパアーム１４の自由端に取り付けられている。ワイパブレード１８は、ワイパアーム１６の自由端に取り付けられている。
モータユニット１９は、ワイパアーム１４，１６を駆動する。本実施形態では、モータユニット１９の動力は、レバー、リンク等により構成された動力伝達機構２０を経由して、ワイパアーム１４，１６に個別に伝達される。

図２は、本実施形態におけるモータユニット１９の外観の一例を示す図である。図３は、図２に示すモータユニット１９のアンダーカバー２８が取り外された状態の底面図である。
図２に示すように、モータユニット１９の外観は、主としてケース２３及びフレーム２４によって構成される。
ケース２３は、有底円筒形状を備えている。フレーム２４は、中空の形状を備えている。フレーム２４とケース２３とは、図示しない締結部材により固定されている。

図３に示すように、モータユニット１９は、ブラシレスモータ３０、ロータ軸２２ａ、開口部２４ａ、ウォームホイール２５、出力軸２６、減速機構２７、アンダーカバー２８、制御基板２９、センサマグネット３８及びモータ制御装置３３を備える。

ブラシレスモータ３０は、モータ制御装置３３の制御指示に基づいてワイパアーム１４，１６を揺動動作させる。
例えば、ブラシレスモータ３０は、３相４極形であるブラシレスモータである。
ブラシレスモータ３０は、ステータ２１及びロータ（回転子）２２を備える。
ステータ２１は、ケース２３の内周に固定されている。ステータ２１は、３相の電機子コイル２１ｕ，２１ｖ，２１ｗを備える。ステータ２１は、その電機子コイル２１ｕ，２１ｖ，２１ｗが巻装されている。例えば、３相の電機子コイル２１ｕ，２１ｖ，２１ｗは、一端の中性点で接続されるデルタ結線により接続される。ただし、デルタ結線に限らず、Ｙ結線であってもよい。また、ブラシレスモータ３０は、各電機子コイル２１ｕ，２１ｖ，２１ｗが、正極及び負極の両方として機能するモータである。

例えば、ロータ２２は、ステータ２１の内側に設けられている。ロータ２２は、ロータ軸２２ａと、ロータ軸２２ａに取り付けた４極の永久磁石２２ｂとを備える。ケース２３内には複数の軸受（不図示）が設けられており、ロータ軸２２ａは、複数の軸受により回転可能に支持されている。
なお、図３に示すようにロータ２２は、ステータ２１の内側に配置されたインナロータ形の構造であるが、ロータ２２がステータ２１の外側に配置されたアウターロータ形の構造であってもよい。

ロータ軸２２ａは、長さ方向の略半分がケース２３の内部に配置されており、残りの略半分がフレーム２４内に配置されている。
ロータ軸２２ａのうちフレーム２４内に配置された部分の外周には、減速機構２７が形成されている。減速機構２７は、ウォーム２２ｃ及びギヤ２５ａを備える。
ウォーム２２ｃは、フレーム２４内に配置されたロータ軸２２ａの外周に設けられている。ギヤ２５ａは、フレーム２４内に設けられたウォームホイール２５の外周に形成されている。ギヤ２５ａは、ウォーム２２ｃと噛合されている。

ウォームホイール２５は、出力軸２６と一体回転するように構成されている。減速機構２７は、ロータ２２の動力を出力軸２６に伝達する際に、ロータ２２の回転数（入力回転数）よりも出力軸２６の回転数（出力回転数）を低くする。また、図２において、フレーム２４の上部には、図示しない軸孔が設けられている。出力軸２６におけるウォームホイール２５が固定された端部に対して反対側の端部は、フレーム２４の軸孔を経由して外部に露出している。出力軸２６におけるフレーム２４の外部に露出した部分には、図１に示すように動力伝達機構２０が連結されている。

開口部２４ａは、フレーム２４における軸孔の反対側の部分に設けられている。開口部２４ａは、フレーム２４の内部にウォームホイール２５等を取り付けるために形成されたものである。アンダーカバー２８は、開口部２４ａを塞ぐように設けられている。アンダーカバー２８はトレイ形状を備えている。
制御基板２９は、アンダーカバー２８とフレーム２４とにより取り囲まれた空間に設けられている。図２に示すように、例えば、制御基板２９はアンダーカバー２８に取り付けられる。この制御基板２９には、ブラシレスモータ３０を制御するモータ制御装置３３が設けられている。

センサマグネット３８は、ロータ軸２２ａのうちフレーム２４内に配置された箇所に設けられている。センサマグネット３８は、ロータ軸２２ａと一体回転する。センサマグネット３８は、ロータ軸２２ａの円周方向に沿って、Ｎ極とＳ極とが交互に並ぶように着磁されている。

以下に、本実施形態におけるモータ制御装置３３について、図面を用いて説明する。
図４は、本実施形態におけるワイパ装置１２の制御系の概略構成の一例を示す図である。ワイパ装置１２は、ワイパスイッチ３７、回転角検出部３９、車速センサ４０及びモータ制御装置３３を備える。

ワイパスイッチ３７は、車両１０の車室内に備えられている。
ワイパスイッチ３７は、ワイパアーム１４，１６を揺動動作させるスイッチである。
ワイパスイッチ３７は、ワイパアーム１４，１６を低速（例えば、予め設定された速度）で動作させる低速作動モード、ワイパアーム１４，１６を低速作動モードより高速で動作させる高速作動モード、及びワイパアーム１４，１６の揺動動作を停止させる停止モードの各モードに切り換え可能である。

ワイパスイッチ３７は、運転者により操作されることで、その操作を示す操作信号をモータ制御装置３３に出力する。例えば、運転者は、降雨量、降雪量等の条件に基づいて、ワイパスイッチ３７を操作することでワイパアーム１４，１６の払拭速度を切り替えることができる。運転者は、降雨量、降雪量が少ないとき、ワイパスイッチ３７を操作することでワイパアーム１４，１６を予め定められた低速で動作させる低速作動モードを選択することができる。この場合、ワイパスイッチ３７は、運転者による、低速作動モードを選択する操作に基づいて、低速作動モードを示す低速作動モード信号を操作信号としてモータ制御装置３３に出力する。

一方、運転者は、降雨量、降雪量が多いとき、ワイパスイッチ３７を操作して、ワイパアーム１４，１６を、上記の低速よりも高速で動作させる高速作動モードを選択することができる。この場合、ワイパスイッチ３７は、運転者による、高速作動モードを選択する操作に基づいて、高速作動モードを示す高速作動モード信号を操作信号としてモータ制御装置３３に出力する。

また、運転者によりワイパスイッチ３７に対してワイパアーム１４，１６の揺動動作を停止させる操作が行われた場合に、ワイパスイッチ３７は、停止モードを示す停止モード信号を操作信号としてモータ制御装置３３に出力する。

車速センサ４０は、車両１０に設けられている。車速センサ４０は、車両１０の走行速度（以下、「車速」という。）Ｖを計測する。車速センサ４０は、計測した車両１０の車速Ｖをモータ制御装置３３に出力する。

回転角検出部３９は、ロータ２２の回転に応じた信号を検出する。例えば、回転角検出部３９は、３つのホールＩＣ（Ｕ相センサ、Ｖ相センサ、Ｗ相センサ）を備え、ロータ軸２２ａを中心として磁気的に互いに１２０度となる位置に設けられている。これらの３つのホールＩＣは、ロータ２２が回転すると、それぞれ互いに１２０度位相のずれたパルス信号をモータ制御装置３３に対して出力する。すなわち、回転角検出部３９は、ロータ２２の回転に伴い、センサマグネット３８の磁極の変化に基づいたパルス信号を発生し、モータ制御装置３３に出力する。

モータ制御装置３３は、インバータ５２及び制御部５４を備える。
インバータ５２は、３相ブリッジ接続された６個のスイッチング素子５２ａ〜５２ｆと、各スイッチング素子５２ａ〜５２ｆのそれぞれのコレクタ−エミッタ間に逆並列に接続されたダイオード５３ａ〜５３ｆとを備える。各スイッチング素子５２ａ〜５２ｆは、例えば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor；電界効果トランジスタ）、又はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor；絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である。ブリッジ接続された６個のスイッチング素子５２ａ〜５２ｆの各ゲートは制御部５４に接続される。

スイッチング素子５２ａ〜５２ｆのドレインまたはソース（コレクタまたはエミッタ）は、デルタ結線された電機子コイル２１ｕ，２１ｖ，２１ｗに接続される。これにより、６個のスイッチング素子５２ａ〜５２ｆは、制御部５４から出力される駆動信号（ゲート信号）に基づいてスイッチング動作を行い、インバータ５２に印加される直流電源５１の電源電圧を、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電圧として、電機子コイル２１ｕ，２１ｖ，２１ｗに通電信号として供給する。

制御部５４は、回転角検出部３９から供給されるパルス信号に基づいて、ロータ２２の回転位置を決定する。また、制御部５４は、パルス信号に基づいて、ロータ２２の回転数を検出する。

以下に、本実施形態における制御部５４について、図５を用いて説明する。
図５は、本実施形態における制御部５４の概略構成の一例を示す図である。
制御部５４は、位置検出部６１、負荷判定部６２、ワイパモード判定部６３及び駆動制御部６４を備える。

位置検出部６１は、回転角検出部３９から供給されるパルス信号に基づいて、ロータ２２の回転位置を検出する。位置検出部６１は、検出したロータ２２の回転位置を駆動制御部６４に出力する。

負荷判定部６２は、ブラシレスモータにかかる負荷が高負荷であるか否かを判定する。
例えば、負荷判定部６２は、モータに印加する電圧の出力デューティと、過負荷判定基準値とを対応付けられた判定データを参照することで、現在のロータ回転数に応じた出力デューティの過負荷判定基準値を読み出し、現在モータに印加されている電圧の出力デューティが、当該読み出した過負荷判定基準値を超えているか否かを判定する。ここでは、負荷判定部６２は、現在の出力デューティが過負荷判定基準値を超えている場合には、過負荷状態であると判定する。すなわち、負荷判定部６２は、ブラシレスモータにかかる負荷が高負荷であると判定する。一方、現在の出力デューティが過負荷判定基準値を超えていない場合には、負荷判定部６２は、高負荷ではないと判定する。なお、判定データは、制御部５４に設けられた記憶部に記憶しておき、負荷判定部６２がこの記憶部を参照するようにしてもよい。

また、負荷判定部６２は、出力デューティに基づいて高負荷であるか否かを判定することができるが、高負荷状態の検出は、車速センサ４０からの出力を用いるようにしてもよい。
この場合、負荷判定部６２は、車速センサ４０が計測した車速Ｖが予め設定された所定値Ｖｔｈを超えたか否かを判定する。負荷判定部６２は、車速センサ４０が計測した車速Ｖが所定値Ｖｔｈを超えた場合に、ブラシレスモータ３０の負荷が高負荷であると判定する。負荷判定部６２は、ブラシレスモータ３０の負荷が高負荷であると判定した場合に、その判定結果を示す高負荷信号をワイパモード判定部６３に出力する。これは、車両１０の車速Ｖが上がると、車両１０のフロントガラス１１への風量が増大し、フロントガラス１１上を払拭するワイパブレード１７，１８の動きが妨げられるためである。

ワイパモード判定部６３は、ブラシレスモータ３０を低出力モードで駆動するか、高出力モードで駆動するか、又はブラシレスモータ３０の駆動を停止するかのいずれかであるかを判定する。
ワイパモード判定部６３は、ワイパスイッチ３７から低速作動モード信号を取得した場合に、ブラシレスモータ３０を低出力モードで駆動すると判定し、低出力モードを示す低出力モード信号を駆動制御部６４に出力する。
ワイパモード判定部６３は、ワイパスイッチ３７から高速作動モード信号を取得した場合に、ブラシレスモータ３０を高出力モードで駆動すると判定し、高出力モードを示す高出力モード信号を駆動制御部６４に出力する。また、ワイパモード判定部６３は、負荷判定部６２から高負荷信号を取得した場合に、ブラシレスモータ３０を高出力モードで駆動すると判定し、高出力モードを示す高出力モード信号を駆動制御部６４に出力する。

ワイパモード判定部６３は、ワイパスイッチ３７から停止モード信号を取得した場合に、ブラシレスモータ３０の駆動を停止させる判定をし、ブラシレスモータ３０の駆動の停止を示す停止信号を駆動制御部６４に出力する。

駆動制御部６４は、回転数判定部６４１と、通電制御部６４２とを含む。
回転数判定部６４１は、ブラシレスモータ３０の回転数が所定の閾値以下であるか否かを判定する。
この閾値は、例えば、モータがロックする一定程度前の速度を用いることができる。閾値として、モータがロックする一定程度前の速度を用いた場合、回転数判定部６４１は、モータがロックする可能性があり、モータの回転数がモータロックの少し前の速度であることを把握することができる。この閾値は任意に設定することができる。

通電制御部６４２は、回転角検出部３９のホールＩＣが出力する位置検出信号に基づいて設定される所定の通電タイミングで、３相の電機子コイル２１ｕ，２１ｖ，２１ｗにそれぞれ通電を行う。すなわち、通電制御部６４２は、制御部５４に設けられたタイマーにより、位置検出信号のオンまたはオフのタイミングを始点としてカウントを行い、所定のタイマカウント値のタイミングで３相の電機子コイル２１ｕ，２１ｖ，２１ｗに通電する。このタイマカウント値は、ロータ２２の回転における１周期前の位置検出信号のオンまたはオフのタイミングの記録から算出される値を用いる。これにより、通電制御部６４２は、回転数（回転速度）に応じて通電タイミングを可変させる。通電制御部６４２は、モータの回転数が一定速度である場合や加速している場合には、ホールＩＣから得られた位置検出信号を基準として進角タイミングで通電する進角制御を行い、モータが減速している場合には、モータが停止する前に、ホールＩＣから得られた位置検出信号を基準として遅角タイミングで通電する遅角制御を行う。
具体的に、通電制御部６４２は、回転数判定部６４１によりブラシレスモータ３０の回転数が所定の閾値を超える場合選択される進角制御モード（第１モード）と、ブラシレスモータ３０の回転数が所定の閾値以下となる場合選択される遅角制御モード（第２モード）と、を選択可能である。
通電制御部６４２は、進角制御モードにおいて、３つのホールＩＣの内のある１つのホールＩＣ（第１のセンサ）の位置検出信号に基づいて設定される所定の通電タイミングで、３相の電機子コイル２１ｕ，２１ｖ，２１ｗの内のある１つの相（第１の相）に通電を行うとした場合、遅角制御モードでは、この第１のセンサの位置検出信号に基づいて設定される所定の通電タイミングで、３相の電機子コイル２１ｕ，２１ｖ，２１ｗの内の第１の相とは異なる第２の相に通電を行う。そして、通電制御部６４２は、進角制御モードにおいて、第１のセンサの位置検出信号がオンとなるタイミングに対して第２の相への通電タイミングが進角しており、遅角制御モードにおいて、第１のセンサの位置検出信号がオンとなるタイミングに対して前記第２の相への通電タイミングが遅角となるように通電する。

一般的なモータ制御では、ホールＩＣから出力される位置検出信号に基づくロータの位置に対し、回転速度に応じて通電タイミングを早める進角制御を行うが、上述のように、本実施形態においては、低速領域（減速時）において位置検出信号が示す位置に対し、通電タイミングを遅らせる（遅角）制御方式を用いる。
ここでいう遅角は、位置検出信号が得られるタイミングを基準とし、電気角が遅いタイミングである。
これにより、本実施形態によれば、低速領域（減速時）における遅角通電を行うことで減速時に位置検出信号の入力が遅れても、実際のロータ位置に対し、過度に進角した通電タイミングで電圧を印加してしまわないようにすることができる。

なお、通電制御部６４２は、ロータがほぼ停止しており、ロータの位置推定が不可能である状態からモータを駆動する起動モードを有していてもよい。この起動モードでは、ホールＩＣの位置検出信号と同期したタイミングで通電して駆動する基準通電を行うようにしてもよい。

通電制御部６４２は、ブラシレスモータ３０が高負荷であり、かつ、ブラシレスモータ３０の回転数が閾値以下である場合であって、ブラシレスモータ３０を進角制御モードで駆動している場合には、進角制御モードから遅角制御モードに切り替える。遅角制御モードに切り替えることで、遅角制御をすることができる。

図６、図７を用いて、通電制御部６４２による制御の具体例を説明する。
図６、図７は、回転角検出部３９のホールＩＣ（Ｕ相センサ、Ｖ相センサ、Ｗ相センサ）から得られる位置検出信号と、電機子コイル２１ｕ（Ｕ相）、電機子コイル２１ｖ（Ｖ相）、電機子コイル２１ｗ（Ｗ相）の各相への通電タイミングとの関係を説明するタイミングチャートである。
図６は、ブラシレスモータ３０の一定速時または加速時、つまり進角制御モードにおいて、従来のような進角制御を行う場合における位置検出信号と通電タイミングとの関係を説明するタイミングチャートである。電気角０°において、Ｕ相センサの位置検出信号がオンになると（符号６００）、通電制御部６４２は、タイマにてカウントを開始し、所定のタイマカウント値のカウント後、カウントを終了し、カウントが終了すると同時にＷ相へ負の電圧の通電を開始する（符号６０１）。また、電気角１２０°において、Ｖ相センサの位置検出信号がオンになると（符号６０２）、通電制御部６４２は、タイマにてカウントを開始し、所定のタイマカウント値のカウント後、カウントを終了し、カウントが終了すると同時にＵ相へ負の電圧の通電を開始する（符号６０３）。また、電気角２４０°において、Ｗ相センサの位置検出信号がオンになると（符号６０４）、通電制御部６４２は、タイマにてカウントを開始し、所定のタイマカウント値のカウント後、カウントを終了し、カウントが終了すると同時にＶ相へ負の電圧の通電を開始する（符号６０５）。
また、電気角１８０°において、Ｕ相センサの位置検出信号がオフになると（符号６１０）、通電制御部６４２は、タイマにてカウントを開始し、所定のタイマカウント値のカウント後、カウントを終了し、カウントが終了すると同時にＷ相へ正の電圧の通電を開始する（符号６１１）。また、電気角３００°において、Ｖ相センサの位置検出信号がオフになると（符号６１２）、通電制御部６４２は、タイマにてカウントを開始し、所定のタイマカウント値のカウント後、カウントを終了し、カウントが終了すると同時にＵ相へ正の電圧の通電を開始する（符号６１３）。また、電気角６０°において、Ｗ相センサの位置検出信号がオフになると（符号６１４）、通電制御部６４２は、タイマにてカウントを開始し、所定のタイマカウント値のカウント後、カウントを終了し、カウントが終了すると同時にＶ相へ正の電圧の通電を開始する（符号６１５）。
これにより、Ｕ相への通電タイミングは、Ｕ相センサがオンまたはオフとなるタイミングに対して進角している。また、Ｖ相への通電タイミングは、Ｖ相センサがオンまたはオフとなるタイミングに対して進角している。また、Ｗ相への通電タイミングは、Ｗ相センサがオンまたはオフとなるタイミングに対して進角している。

次に、ブラシレスモータ３０の回転数が所定の閾値以下となっても、上述した進角制御を継続して行った場合について図６を用いて説明する。
Ｗ相センサの位置検出信号がオンになると（符号６０４）、通電制御部６４２は、タイマにてカウントを開始する。この際に使用するタイマカウント値は１周期前のデータから算出されるため、この間にブラシレスモータ３０の回転数が所定の閾値以下となった場合は、ロータ２２が想定していた角度に到達する前にカウントが終了してしまい、Ｖ相への通電タイミングが過度に進角したタイミング（符号６１６）となる。
このような通電タイミングのずれは、Ｗ相センサの位置検出信号がオンになる場合だけでなく、位置検出信号がオフになるタイミングにおいても起こりうる。
また、このような通電タイミングのずれは、Ｗ相のみではなく、Ｖ相、Ｕ相のいずれの相においても起こりうる。

これに対し、本実施形態において、通電制御部６４２は、減速時において遅角制御を行う。
図７は、ブラシレスモータ３０の減速時、つまり遅角制御モードにおいて、通電制御部６４２が遅角制御を行う場合における位置検出信号と通電タイミングの関係を説明するタイミングチャートである。
電気角０°において、Ｕ相センサの位置検出信号がオンになると（符号７００）、通電制御部６４２は、タイマにてカウントを開始し、所定のタイマカウント値のカウント後、カウントを終了し、カウントが終了すると同時にＵ相へ正の電圧の通電を開始する（符号７０１）。電気角１２０°において、Ｖ相センサの位置検出信号がオンになると（符号７０２）、通電制御部６４２は、タイマにてカウントを開始し、所定のタイマカウント値のカウント後、カウントを終了し、カウントが終了すると同時にＶ相へ正の電圧の通電を開始する（符号７０３）。電気角２４０°において、Ｗ相センサの位置検出信号がオンになると（符号７０４）、通電制御部６４２は、タイマにてカウントを開始し、所定のタイマカウント値のカウント後、カウントを終了し、カウントが終了すると同時にＷ相へ正の電圧の通電を開始する（符号７０５）。
また、電気角１８０°において、Ｕ相センサの位置検出信号がオフになると（符号７１０）、通電制御部６４２は、タイマにてカウントを開始し、所定のタイマカウント値のカウント後、カウントを終了し、カウントが終了すると同時にＵ相へ負の電圧の通電を開始する（符号７１１）。また、電気角３００°において、Ｖ相センサの位置検出信号がオフになると（符号７１２）、通電制御部６４２は、タイマにてカウントを開始し、所定のタイマカウント値のカウント後、カウントを終了し、カウントが終了すると同時にＶ相へ負の電圧の通電を開始する（符号７１３）。また、電気角６０°において、Ｗ相センサの位置検出信号がオフになると（符号７１４）、通電制御部６４２は、タイマにてカウントを開始し、所定のタイマカウント値のカウント後、カウントを終了し、カウントが終了すると同時にＷ相へ負の電圧の通電を開始する（符号７１５）。
これにより、Ｕ相への通電タイミングは、Ｕ相センサがオンまたはオフとなるタイミングに対して遅角している。また、Ｖ相への通電タイミングは、Ｖ相センサがオンまたはオフとなるタイミングに対して遅角している。また、Ｗ相への通電タイミングは、Ｗ相センサがオンまたはオフとなるタイミングに対して遅角している。
ここで、遅角制御モードにおけるタイマカウント値は、進角制御モードと同様に、１周期前の位置検出信号のオンまたはオフのタイミングの記録から算出される値を用いる。

このように、進角制御では、進角の基準となる位置検出信号を出力するセンサ（ホールＩＣ）と異なるセンサ（ホールＩＣ）の位置検出信号のオンまたはオフのタイミングを始点としてカウントを行う。例えば、進角の基準となる位置検出信号（符号６０４）を出力するセンサ（Ｗ相センサ）と異なるセンサ（Ｕ相センサ）の位置検出信号（符号６１０）のオンまたはオフのタイミングを始点としてカウントを行い、このカウントの結果に基づいて、Ｗ相へのオンまたはオフにする通電を行う。すなわち、Ｗ相の通電制御を行うにあたり、Ｗ相とは別の相のセンサ（ここではＵ相センサ）からの位置検出信号をカウントの始点として用いる。同様に、Ｕ相の通電制御を行うにあたり、Ｕ相とは別の相のセンサ（ここではＶ相センサ）からの位置検出信号をカウントの始点として用い、Ｖ相の通電制御を行うにあたり、Ｖ相とは別の相のセンサ（ここではＷ相センサ）からの位置検出信号をカウントの始点として用いる。そのため、仮に減速時において進角制御をする場合には、位置検出信号の１周期前のタイマカウント値を用いて、位置検出信号の次の周期において進角制御をしていたため、電気角を元にタイマカウントした時間が経過したとしても、ロータの回転角度は、電気角よりも少ない角度しか回転していない。そのため、進角の基準となるセンサ信号入力（例えば位置検出信号（符号６０４））が、想定していたタイミングよりも遅れることになるため、進角によって通電されたタイミング（例えば符号６１１）とセンサ信号入力（例えば位置検出信号（符号６０４））のタイミングが開くことになり、その結果として過度な進角状態となってしまう。

一方、本実施形態によれば、減速時において遅角制御を行うようにしたので、常に次の位置検出信号が入ってくるまで通電を待つことができる。言い換えると、減速制御では、遅角の基準となる位置検出信号を出力するセンサ（ホールＩＣ）と同じセンサ（ホールＩＣ）の位置検出信号のオンまたはオフのタイミングを始点としてカウントを行う。このように、進角制御において通電タイミングのトリガーとして用いるセンサ信号と、遅角制御において通電タイミングのトリガーとして用いるセンサ信号は異なる。これにより、前々回に得られた位置検出信号と前回得られた位置検出信号とから、回転数が減少している（位置検出信号の検出時間の間隔が広くなっている）ことを制御部５４が検知した場合、今回得られた位置検出信号が得られたタイミングを基準として電気角で遅角となるタイミングで通電することができる。そのため、減速時においてモータの回転数が低下するように変化していても、より新しい回転位置の情報を基に制御することができる。これにより、モータの減速状態であっても通電タイミングのずれを緩和することが可能となり、ハンチングを防止することができる。
また、この構成によれば、減速時に、電気角を遅角させるようにしたので、モータ減速時であっても、必ずホールＩＣの位置検出信号が入力された後に通電が開始される。これにより、ホールＩＣの位置検出信号が入力された時点でタイマカウント値を元に算出されるロータ位置情報が更新され、モータ減速時でも正確なロータ位置を把握することが可能になることでハンチングを防止することができ、モータの挙動が安定化する。

また、遅角制御をするにあたり、遅角する電気角の範囲としては、位置検出信号を基準にして、電気角で０°＜θ＜３０°の間にすることが望ましい。仮に、３０°＜θ＜６０°とすると、モータの減速による通電タイミングのずれを抑制できないおそれがある。

次に、図８は、制御部５４の動作を説明するフローチャートである。
制御部５４は、負荷判定部６２により、出力デューティが過負荷判定基準値を超えているか否かを判定する（ステップＳ１０１）。出力デューティが過負荷判定基準値を超えている場合（ステップＳ１０１−ＹＥＳ）、制御部５４は、回転数判定部６４１により、ブラシレスモータ３０の回転数が所定の閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。
そして制御部５４は、ブラシレスモータ３０の回転数が閾値以下である場合には（ステップＳ１０２−ＹＥＳ）、遅角制御モードに移行する。
例えば、モータの回転数が減速時であり、特にモータ回転数が閾値以下である場合には、モータがロック直前の状態であることを判定できるため、印加した電圧に対して電流の遅れが０に近い状態である。このような状況では、遅角制御をしたとしても進角制御をする場合と比べて、印加電圧に対する電流の遅れの差がほとんどない。そのため、減速時においては遅角制御を用いても制御上、影響がない。

一方、ステップＳ１０１において、出力デューティが過負荷判定基準値を超えていない場合（ステップＳ１０１−ＮＯ）や、モータ回転数が閾値以下ではない場合（ステップＳ１０２−ＮＯ）には、制御部５４は、進角制御モードに移行する。これにより、過負荷時、減速時ではない場合においては、進角制御モードにて制御するため、必要に応じたモータ出力を得ることができる。ステップＳ１０２だけでなくステップ１０１を設けることで、遅角制御モードに移行する条件を限定し、遅角制御モードが不要な場合は、モータのトルクや回転数での特性を向上できる進角制御モードを使用するように設定できる。例えば、ワイパブレードの反転位置付近ではモータが減速するが、デューティが過負荷判定基準値を超えていなければ進角制御モードを維持する。

図９Ａは、進角制御モードにおいて定常駆動から減速した後、拘束した場合における三相の電流波形を示す図である。
図９Ａにおいて、縦軸は電流値を示し、横軸は時間を示す。
モータを減速させた場合、区間９００に示すように、Ｕ相（符号９１１）、Ｖ相（符号９１２）、Ｗ相（符号９１３）の電流が、いずれも波形としては崩れた状態となっており、モータの駆動状態が不安定であることを示している。
図９Ｂは、進角制御モードにおいて定常駆動から減速状態に移行した場合における三相の電流波形とＶ相センサの位置検出信号を示す図である。
図９Ｂにおいて、縦軸は電流値を示し、横軸は電気角を示す。
区間（符号９５０）において、定常駆動時においては、Ｕ相（符号９５１）における電流値のピークに重なるようなタイミングでＶ相センサの位置検出信号（符号９５２）がオンになっているため、Ｕ相に印加された駆動電流と、その駆動電流に応じてロータが回転することによって検出された位置検出信号のタイミングが概ね一致しており、駆動状態としては安定しているといえる。
しかし、減速時においては、区間９６０に示すように、Ｕ相における電流値のピークから外れたタイミングでＶ相センサの位置検出信号がオンになっているため、Ｕ相に印加された駆動電流と、その駆動電流に応じてロータが回転することによって検出された位置検出信号のタイミングにずれが生じている。そのため、駆動状態としては安定していないといえる。

ここで、図１０は、進角制御モードから遅角制御モードに切り替える機能を用いつつ、定常駆動から減速した後、モータを拘束した場合における三相の電流波形を示す図である。
図１０において、縦軸は電流値を示し、横軸は時間を示す。
モータ減速時において、遅角制御モードによって通電した場合には、区間９６０に示すように、Ｕ相（符号９６１）、Ｖ相（符号９６２）、Ｗ相（符号９６３）の電流が、いずれも波形としては概ね相似しているともいえる関係にあり、乱れた波形にはなっていないため、モータの駆動状態が安定であることを示している。

図１１は、減速時に進角制御を行う場合と、減速時に上述した遅角制御を行った場合における拘束トルクを説明する図である。拘束トルクは、モータをロックさせる瞬間におけるトルクの値である。
縦軸はトルクを示し、横軸は進角制御または遅角制御のいずれの制御であるかを表している。縦棒は、全体値の範囲を表しており、縦棒の上端が最大値、縦棒の下端が最小値を表す。縦棒の上端と下端との間にある点は、全体値を対象として求めた平均値を表す。
進角制御では、全体値において最大値と最小値の差が大きいためトルクが安定しないことを表している。トルクが安定しないことから、モータロック時におけるトルクが低い場合や高い場合が生じてしまっており、拘束トルクにばらつきが生じている。そのため、ハンチングが発生しやすい。
一方、上述した遅角制御をする場合には、全体値において最大値と最小値の差が、進角制御における全体値の最大値と最小値との差よりも小さいため、進角制御に比べてトルクが安定していることを表している。これにより、ハンチング現象は、進角制御に比べて遅角制御の方が改善される。ハンチング現象が改善されることで、モータ拘束時におけるモータの挙動を安定させることができる為、拘束トルクが上昇する。ここでは、モータロック時においても安定したトルクを出力することができているため、拘束トルクもばらつきが抑えられている。さらに、モータの挙動が安定しているため、拘束トルクを高い値の範囲内に収めることができている。また、ハンチングを抑制することができていることから、進角制御を行う場合に比べて、モータをロックする位置をある程度絞ることができ、ロック位置のばらつきを抑えることができる。

上述した実施形態における制御部５４の機能をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

３０…ブラシレスモータ、３３…モータ制御装置、３８…センサマグネット、３９…回転角検出部、４０…車速センサ、５４…制御部、６１…位置検出部、６２…負荷判定部、６３…ワイパモード判定部、６４…駆動制御部、６４１…回転数判定部、６４２…通電制御部

Claims (4)

1. ブラシレスモータにおいて、複数の相を有するコイルに通電を行ってロータの回転制御を行うモータ制御装置であって、
   前記ロータの回転位置を検出し、位置検出信号を出力する複数のセンサと、
   前記位置検出信号に基づいて、前記ブラシレスモータの回転数が所定の閾値以下であるか否かを判定する回転数判定部と、
   前記ブラシレスモータの回転数が前記閾値を超える場合選択される第１モードと、前記ブラシレスモータの回転数が前記閾値以下となる場合選択される第２モードと、を選択可能なモータ制御部と、
   を有し、
   前記モータ制御部は、前記複数のセンサのそれぞれの前記位置検出信号に基づいて設定される所定の通電タイミングで、前記コイルの前記複数の相にそれぞれ通電を行う通電制御部を有し、
   前記通電制御部は、前記第１モードにおいて、前記複数のセンサの内の第１のセンサの前記位置検出信号に基づいて設定される所定の通電タイミングで、前記複数の相の内の第１の相に通電を行うとした場合、前記第２モードでは、前記第１のセンサの前記位置検出信号に基づいて設定される所定の通電タイミングで、前記複数の相の内の第２の相に通電を行い、
   前記第１モードにおいて、前記第１のセンサの前記位置検出信号がオンとなるタイミングに対して前記第２の相への通電タイミングが進角しており、前記第２モードにおいて、前記第１のセンサの前記位置検出信号がオンとなるタイミングに対して前記第２の相への通電タイミングが遅角している、
   モータ制御装置。
2. 前記ブラシレスモータにかかる負荷が高負荷であるか否かを判定する負荷判定部を有し、
   前記モータ制御部は、
   前記ブラシレスモータが高負荷であり、かつ、前記ブラシレスモータの回転数が前記閾値以下である場合であって、前記ブラシレスモータを前記第１モードで駆動している場合には、前記第１モードから前記第２モードに切り替える
   請求項１記載のモータ制御装置。
3. ワイパアームを揺動動作させるブラシレスワイパーモータ、
   ルーフパネルを開閉動作させるブラシレスサンルーフモータ、
   ブラシレスパワーウインドウモータ、
   ブラシレスパワーシートモータ、
   のうちいずれかのブラシレスモータと、
   請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置と、
   を有するモータユニット。
4. ブラシレスモータにおいて、複数の相を有するコイルに通電を行ってロータの回転制御を行うモータ制御装置におけるモータ制御方法であって、
   複数のセンサにより、前記ロータの回転位置を検出し、位置検出信号を出力し、
   前記位置検出信号に基づいて、前記ブラシレスモータの回転数が所定の閾値以下であるか否かを判定し、
   前記ブラシレスモータの回転数が前記閾値を超える場合は第１モードを選択し、前記ブラシレスモータの回転数が前記閾値以下となる場合は第２モードを選択し、
   前記複数のセンサのそれぞれの前記位置検出信号に基づいて設定される所定の通電タイミングで、前記コイルの前記複数の相にそれぞれ通電を行い、
   前記第１モードにおいて、前記複数のセンサの内の第１のセンサの前記位置検出信号に基づいて設定される所定の通電タイミングで、前記複数の相の内の第１の相に通電を行うとした場合、前記第２モードでは、前記第１のセンサの前記位置検出信号に基づいて設定される所定の通電タイミングで、前記複数の相の内の第２の相に通電を行い、
   前記第１モードにおいて、前記第１のセンサの前記位置検出信号がオンとなるタイミングに対して前記第２の相への通電タイミングを進角させ、前記第２モードにおいて、前記第１のセンサの前記位置検出信号がオンとなるタイミングに対して前記第２の相への通電タイミングを遅角させる
   モータ制御方法。

Images