JP2023056334A - ブラシレスモータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度上昇や経時的な劣化で磁束が減少しても、回転センサの角度ずれを精度よく補正できるブラシレスモータ制御装置を提供すること。【解決手段】コンパレータは、Ｗ相のステータコイルの誘起電圧を検出する。制御回路は、コンパレータの出力信号の立ち上がりエッジとＵ相ホールセンサの検出信号の立ち上がりエッジとの順序を判定し、所定期間における順序判定結果に基づいて順序パターンを検出する。そして、制御回路は、順序パターンに応じた処理にて、コンパレータの出力信号の立ち上がりエッジと回転センサの検出信号の立ち上がりエッジとの位相差を検出し、検出した位相差に基づいて通電タイミングを補正する。【選択図】図５

Description

この明細書における開示は、ブラシレスモータ制御装置に関する。

特許文献１は、ブラシレスモータ制御装置を開示している。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。

特許第５１４４３３７号公報

ところで、ブラシレスモータのロータを構成するマグネットの温度が上昇すると、磁束が減少する。また、マグネットの磁束は、経時的に減少（劣化）する。このように、温度上昇や経時的な劣化で磁束が減少すると、回転センサの検出信号の立ち上がりが遅れる。特許文献１に記載のブラシレスモータ制御装置では、上記した要因で生じる回転センサの理想位置に対する角度ずれを精度よく補正できない虞がある。上記した観点において、または言及されていない他の観点において、ブラシレスモータ制御装置にはさらなる改良が求められている。

開示されるひとつの目的は、温度上昇や経時的な劣化で磁束が減少しても、回転センサの角度ずれを精度よく補正できるブラシレスモータ制御装置を提供することにある。

ここに開示されたブラシレスモータ制御装置は、
磁極を有するロータ（１０１）の回転位置を回転センサ（１２、１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗ）にて検出し、回転センサによるロータの検出回転位置に基づいて三相のステータコイル（１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗ）への通電タイミングを設定してブラシレスモータ（１０）の回転を制御するブラシレスモータ制御装置であって、
ステータコイルの少なくとも一相の誘起電圧を検出する誘起電圧検出部（２３）と、
誘起電圧検出部の出力信号の立ち上がりエッジと回転センサの検出信号の立ち上がりエッジとの順序を判定する順序判定部（Ｓ７０３、Ｓ７０４）と、
所定期間における順序判定部の判定結果に基づいて順序パターンを検出する順序パターン検出部（Ｓ７０７、Ｓ７０９）と、
順序パターンに応じた処理にて、誘起電圧検出部の出力信号の立ち上がりエッジと回転センサの検出信号の立ち上がりエッジとの位相差を検出する位相差検出部（Ｓ７０２、Ｓ７０８、Ｓ７１０、Ｓ７１１）と、
回転センサの理想位置に対する角度ずれを補正するように、検出した位相差に基づいて通電タイミングを補正する補正部（Ｓ８０、Ｓ９０）と、を備える。

開示されたブラシレスモータ制御装置によれば、誘起電圧検出部の出力信号の立ち上がりエッジと回転センサの検出信号の立ち上がりエッジとの順序を判定する。そして、所定期間における順序パターンに応じた処理を実行して位相差を検出する。よって、温度上昇や経時的な劣化で磁束が減少しても、回転センサの角度ずれを精度よく補正することができる。

この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。

本実施形態におけるブラシレスモータおよび制御装置の概略構成を示す図である。 各種動作波形を示す図である。 制御装置が実行する起動時処理を示すフローチャートである。 位相差のパターンを示す図である。 位相差検出処理を示すフローチャートである。 パターンＡの場合の位相差検出を説明するための図である。 パターンＢの場合の位相差検出を説明するための図である。 パターンＣの場合の位相差検出を説明するための図である。

以下、一実施形態を図面にしたがって説明する。

＜ブラシレスモータ＞
まず、図１に基づき、ブラシレスモータの概略構成について説明する。図１は、本実施形態のブラシレスモータ１０を示している。ブラシレスモータ１０は、車両用空調装置の送風用モータとして用いられる。ブラシレスモータ１０は、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の駆動電力の供給に基づいて回転駆動される。

ブラシレスモータ１０は、回転可能に保持されたロータ１０１と、ステータ１０２を備えている。ロータ１０１は回転子、ステータ１０２は固定子と称されることがある。ロータ１０１は、６０°ごとに磁極が異なる。つまり、ロータ１０１は、６つの磁極を有している。ステータ１０２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のステータコイル１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗを有している。ステータコイル１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗは、Ｙ結線（スター結線）されている。ステータコイル１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗは、固定子巻線と称されることがある。

＜制御装置＞
次に、図１および図２に基づき、制御装置の概略構成について説明する。図２は、各種動作波形を示す図である。図２では、
図１に示すように、制御装置１１は、その三相への通電タイミングを設定して各相の駆動電力を生成することでブラシレスモータ１０の回転を制御する。制御装置１１は、たとえばブラシレスモータ１０と一体的に設けられる。

制御装置１１は、ホールセンサ１２と、電源安定化回路１３と、インバータ１４と、スタンバイ回路１５と、制御回路１６などを備えている。

ホールセンサ１２は、ロータ１０１の磁極位置を検出するために、ブラシレスモータ１０に配置されている。ホールセンサ１２は、たとえばホールＩＣである。ホールＩＣは、ホール素子と、ホール素子の出力電圧を信号処理する回路を有している。ホールセンサ１２は、３つのホールセンサ１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗを有している。ホールセンサ１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗは、６磁極のロータ１０１の磁極位置、つまり回転位置を相ごとに検出すべく、４０°間隔（電気角では１２０°間隔）で配置されている。図１では、便宜上、ホールセンサ１２とホールセンサ１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗとを離間して図示している。

電源安定化回路１３は、直流電源５から供給される直流電力を安定化し、後段の回路に供給する。電源安定化回路１３は、平滑コンデンサ１３１と、チョークコイル１３２を有している。平滑コンデンサ１３１は、高電位側の電源ラインＰＬと低電位側の電源ラインＮＬとに接続されている。電源ラインＰＬは直流電源５の正極に接続され、電源ラインＮＬは直流電源５の負極に接続されている。電源ラインＰＬは、Ｐラインと称されることがある。電源ラインＮＬは、ＧＮＤ（グランド）ライン、Ｎラインなどと称されることがある。

平滑コンデンサ１３１の正極は、直流電源５とインバータ１４との間において、電源ラインＰＬに接続されている。平滑コンデンサ１３１の負極は、直流電源５とインバータ１４との間において、電源ラインＮＬに接続されている。チョークコイル１３２は、電源ラインＰＬに設けられている。チョークコイル１３２は、電源ラインＰＬにおいて２つの平滑コンデンサ１３１との接続点の間に設けられている。

インバータ１４は、ＤＣ－ＡＣ変換回路である。インバータ１４は、直流電源５が供給する直流電力から１２０°位相の異なる三相の駆動電力を生成する。インバータ１４は、電源安定化回路１３とブラシレスモータ１０との間に設けられている。

インバータ１４は、三相分の上下アーム回路１４１を備えて構成されている。上下アーム回路１４１は、（ハーフ）ブリッジ回路、レグなどと称されることがある。上下アーム回路１４１は、上アーム１４１Ｈと、下アーム１４１Ｌをそれぞれ有している。上アーム１４１Ｈおよび下アーム１４１Ｌは、上アーム１４１Ｈを電源ラインＰＬ側として、電源ラインＰＬ、ＮＬの間で直列接続されている。上アーム１４１Ｈと下アーム１４１Ｌとの接続点、つまり上下アーム回路１４１の出力端子は、ブラシレスモータ１０における対応する相のステータコイル１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗに接続されている。インバータ１４は、６つのアームを有している。各アームは、スイッチング素子を備えて構成されている。

本実施形態では、各アームを構成するスイッチング素子として、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴを採用している。各アームを構成するスイッチング素子の数は特に限定されない。ひとつでもよいし、複数でもよい。ＭＯＳＦＥＴは、Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorの略称である。本実施形態では、各アームがひとつのＭＯＳＦＥＴにより構成されている。つまり、インバータ１４は、６個のスイッチング素子ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを備えている。

Ｕ相の上アーム１４１Ｈを構成するスイッチング素子ＵＨと、Ｕ相の下アーム１４１Ｌを構成するスイッチング素子ＵＬとは、スイッチング素子ＵＨを電源ラインＰＬ側として、電源ラインＰＬ、ＮＬの間で直列接続されている。同様に、Ｖ相の上アーム１４１Ｈを構成するスイッチング素子ＶＨと、Ｖ相の下アーム１４１Ｌを構成するスイッチング素子ＶＬとは、スイッチング素子ＶＨを電源ラインＰＬ側として、電源ラインＰＬ、ＮＬの間で直列接続されている。Ｗ相の上アーム１４１Ｈを構成するスイッチング素子ＷＨと、Ｗ相の下アーム１４１Ｌを構成するスイッチング素子ＷＬとは、スイッチング素子ＷＨを電源ラインＰＬ側として、電源ラインＰＬ、ＮＬの間で直列接続されている。

スイッチング素子ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬのそれぞれには、対応する還流用のダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６が逆並列に接続されている。ダイオードＤ１～Ｄ６は、ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオード（ボディダイオード）でもよいし、寄生ダイオードとは別に設けたものでもよい。ダイオードＤ１～Ｄ６のアノードは対応するＭＯＳＦＥＴのソースに接続され、カソードはドレインに接続されている。

上記したように、ステータコイル１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗは、Ｙ結線されている。スイッチング素子ＵＨ、ＵＬの接続点、つまりＵ相の上下アーム回路１４１の出力端子は、Ｕ相のステータコイル１０２Ｕの一端に接続されている。スイッチング素子ＶＨ、ＶＬの接続点、つまりＶ相の上下アーム回路１４１の出力端子は、Ｖ相のステータコイル１０２Ｖの一端に接続されている。スイッチング素子ＷＨ、ＷＬの接続点、つまりＷ相の上下アーム回路１４１の出力端子は、Ｗ相のステータコイル１０２Ｗの一端に接続されている。そして、各スイッチング素子ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬが所定タイミングでスイッチング制御されることで生成される各相の駆動電力が、各相のステータコイル１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗに供給されるようになっている。

図２にスイッチング制御のタイミングを示す。Ｕ相の上下アーム回路１４１では、スイッチング素子ＵＬが電気角１２０°のオン期間に次いで電気角６０°のオフ期間を有し、その後、スイッチング素子ＵＨが電気角１２０°のオン期間に次いで電気角６０°のオフ期間を有する繰り返しとなっている。Ｖ相の上下アーム回路１４１を構成するスイッチング素子ＶＨ、ＶＬ、および、Ｗ相の上下アーム回路１４１を構成するスイッチング素子ＷＨ、ＷＬについても、同様にオンオフ期間が設定されている。

また、相間では、スイッチング素子ＵＨのオン期間終了とスイッチング素子ＶＨのオン期間開始とが一致し、スイッチング素子ＶＨのオン期間終了とスイッチング素子ＷＨのオン期間開始とが一致するように、１２０°の位相差が設けられている。これにより、１２０°の位相差を有する各相の駆動電力（図示略）がブラシレスモータ１０の各相のステータコイル１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗにそれぞれ印加されることになる。なお、図２に示す正弦波波形は、各相のステータコイル１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗに生じる誘起電圧の波形である。

ロータ１０１の回転にともなって出力されるホールセンサ１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗの検出信号は、図２に示すように１２０°の位相差を有するパルス状をなす。Ｕ相用のホールセンサ１２ＵのＨレベルへの立ち上がりに基づいて、Ｕ相の下アーム１４１Ｌを構成するスイッチング素子ＵＬがオンされる。ホールセンサ１２ＵのＬレベルへの立ち下がりに基づいて、Ｕ相の上アーム１４１Ｈを構成するスイッチング素子ＵＨがオンされる。

また、Ｖ相用のホールセンサ１２ＶのＨレベルへの立ち上がりに基づいて、Ｗ相の下アーム１４１Ｌを構成するスイッチング素子ＷＬがオンされる。ホールセンサ１２ＶのＬレベルへの立ち下がりに基づいて、Ｗ相の上アーム１４１Ｈを構成するスイッチング素子ＷＨがオンされる。Ｗ相用のホールセンサ１２ＷのＨレベルへの立ち上がりに基づいて、Ｖ相の下アーム１４１Ｌを構成するスイッチング素子ＶＬがオンされる。ホールセンサ１２ＷのＬレベルへの立ち下がりに基づいて、Ｖ相の上アーム１４１Ｈを構成するスイッチング素子ＶＨがオンされる。

また、各相の下アーム１４１Ｌを構成するスイッチング素子ＵＬ、ＶＬ、ＷＬは、図２に示すように、オン期間においてさらに高い周波数でオンオフされるＰＷＭ制御が行われる。図２では、オン期間を縦縞で示している。このＰＷＭ制御により、ブラシレスモータ１０の回転速度が制御される。上記した各スイッチング素子ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬのスイッチング制御は、制御回路１６により行われる。ＰＷＭは、Pulse Width Modulationの略称である。

スタンバイ回路１５は、制御装置１１の外部に設けられたエアコンＥＣＵ６からの起動指令信号に基づいて動作電源を生成し、後述する制御回路１６などに供給する。スタンバイ回路１５は、電源回路と称されることがある。

制御回路１６は、スタンバイ回路１５からの動作電源の供給に基づいてそれぞれ動作する駆動タイミング生成部１７、制御部１８、Ｆ／Ｖコンバータ１９、およびＰＷＭ生成部２０を有している。制御回路１６が、ブラシレスモータ制御装置に相当する。駆動タイミング生成部１７、制御部１８、およびＦ／Ｖコンバータ１９には、上記したホールセンサ１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗの検出信号が入力される。制御装置１１は、ＡＮＤ回路２１、保護回路２２、およびコンパレータ２３をさらに備えている。

駆動タイミング生成部１７は、ホールセンサ１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗの検出信号に基づいてロータ１０１の回転位置を検出し、その時々の各相のスイッチング素子ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬの駆動タイミング（通電タイミング）を設定する。

制御部１８は、図示しない速度指令値設定部からの速度指令値とロータ１０１の検出回転位置とをパラメータとして、その時々の進角・遅角量を決定する。制御部１８は、決定した進角・遅角量を駆動タイミング生成部１７により設定された駆動タイミングに加味して駆動制御信号を生成する。制御部１８は、生成した駆動制御信号を、上アーム１４１Ｈ側のスイッチング素子ＵＨ、ＶＨ、ＷＨに対して直接出力し、下アーム１４１Ｌ側のスイッチング素子ＵＬ、ＶＬ、ＷＬにはＡＮＤ回路２１を介して出力する。

Ｆ／Ｖコンバータ１９は、ホールセンサ１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗの検出信号に基づいて得られるロータ１０１の回転速度に対応した周波数を電圧に変換する。Ｆ／Ｖコンバータ１９は、変換電圧をＰＷＭ生成部２０に出力する。

ＰＷＭ生成部２０は、変換電圧からロータ１０１の回転速度を把握し、ＰＷＭ制御信号を制御部１８の生成した駆動制御信号に加味すべくＡＮＤ回路２１に出力する。ＰＷＭ生成部２０は、ブラシレスモータ１０の起動時において回転速度を徐々に上昇させるソフトスタートを行うべく、エアコンＥＣＵ６からの起動指令信号に基づいてＰＷＭ制御信号のデューティ比を徐々に大きくする。ソフトスタートの後において、ＰＷＭ生成部２０は、速度指令値で設定された回転速度で一定となるようにＰＷＭ制御信号のデューティ比を調整する。これにより、下アーム１４１Ｌ側のスイッチング素子ＵＬ、ＶＬ、ＷＬのオン期間での実オン時間が変更されてブラシレスモータ１０に供給する駆動電力が調整され、ブラシレスモータ１０の回転速度が制御される。

保護回路２２は、制御部１８からの駆動制御信号の出力を強制的に停止させる。これにより、スイッチング素子ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬの動作およびブラシレスモータ１０の回転を停止させ、ブラシレスモータ１０や制御装置１１の保護を行う。

コンパレータ２３のマイナス側入力端子は、各相のステータコイル１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗの中性点に接続されている。プラス側入力端子は、Ｗ相のステータコイル１０２Ｗの一端に接続されている。つまり、コンパレータ２３には、ステータコイル１０２Ｗの相電圧（駆動電圧と誘起電圧との合成電圧）が入力される。コンパレータ２３は、ステータコイル１０２Ｗの相電圧のプラスとなる期間にＨレベル、マイナスとなる期間にＬレベルとなる出力信号を、駆動タイミング生成部１７に出力する。コンパレータ２３は、誘起電圧を検出すべくステータコイル１０２Ｗの相電圧を入力し、入力に応じた２値信号の出力信号を出力する。コンパレータ２３が、誘起電圧検出部に相当する。

駆動タイミング生成部１７は、ステータコイル１０２Ｗの相電圧のうちの誘起電圧に対応したコンパレータ２３からの出力信号とＵ相のホールセンサ１２Ｕの検出信号とに基づいて、各ホールセンサ１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗの配置位置が理想位置に対して角度ずれが生じているか否かを判定する。駆動タイミング生成部１７は、角度ずれが生じている場合に、そのずれ角に相当する補正値を駆動制御信号（駆動タイミング）に反映させる角度補正を行う。本実施形態では、この角度補正を、ブラシレスモータ１０の起動時の回転速度が上昇する途中の低速回転域で行う。

＜起動時処理＞
次に、図３に基づき、制御回路１６がブラシレスモータ１０の起動時に実行する処理について説明する。制御回路１６は、エアコンＥＣＵ６から起動指令信号が入力されると、図３に示す処理を実行する。

制御回路１６は、エアコンＥＣＵらの起動指令信号が入力されると、ブラシレスモータ１０への通電を開始する（ステップＳ１０）。次いで、制御回路１６は、上記したソフトスタートを実行して回転速度を次第に上昇させる（ステップＳ２０）。これと並行して、制御回路１６は、駆動タイミング生成部１７が備える周期カウンタ（図示略）のカウント値に基づいてブラシレスモータ１０の回転速度を検出する。

次いで制御回路１６は、ブラシレスモータ１０の回転速度が所定の回転速度以上、たとえば５００［ｒｐｍ］以上となったか否かを判定する（ステップＳ３０）。制御回路１６は、回転速度が所定回転速度以上となるまで、ステップＳ２０、Ｓ３０を繰り返す。

回転速度が所定回転速度以上になると、制御回路１６は、保護回路２２による保護動作中か否かを判定する（ステップＳ４０）。保護動作中の場合、制御回路１６は、角度補正処理フローから逸脱した保護動作処理に移行し（ステップＳ５０）、一連の処理を終了する。

保護動作中でない場合、制御回路１６の駆動タイミング生成部１７は、各相のステータコイル１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗへの通電を停止すべく、インバータ１４のスイッチング素子ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬをすべてオフさせる（ステップＳ６０）。これにより、コンパレータ２３に入力するＷ相のステータコイル１０２Ｗの相電圧が誘起電圧のみとなる。

ステータコイル１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗに生じる誘起電圧は、ロータ１０１の実磁極位置を反映するものであり、ホールセンサ１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗの理想位置を示す。本実施形態では、ロータ１０１を所定の回転速度で回転させた後の慣性回転でステータコイル１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗに誘起電圧を生じさせ、そのうちステータコイル１０２Ｗの誘起電圧を利用する。また、角度補正にかかるロータ１０１の慣性回転を、５回転としている。

次いで、制御回路１６は、ステータコイル１０２Ｗの誘起電圧とホールセンサ１２Ｕの検出信号とに基づいて、ずれ角に対応する位相差の検出処理を実行する（ステップＳ７０）。位相差検出処理の詳細については後述する。

次いで制御回路１６は、ステップＳ７０で検出した位相差に基づいて、ずれ角に相当する補正値を演算する（ステップＳ８０）。そして、制御回路１６は、ステップＳ８０で算出した補正値を、各相のスイッチング素子ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬの駆動タイミングに反映する（ステップＳ９０）。このように、ホールセンサ１２Ｕの理想位置に対応したスイッチング素子ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬの駆動タイミングに調整されるため、ステータコイル１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗへの通電タイミングが好適に設定される。ステップＳ８０、Ｓ９０が、補正部に相当する。

このような角度補正において本実施形態ではロータ１０１を５回慣性回転させるが、本実施形態のようにブラシレスモータ１０を車両用空調装置の送風用モータといった比較的慣性力が大きなシステムに用いれば、懸念される慣性回転による異音は殆ど発生しない。また、角度補正を低速回転域で行っているため、位相差検出（ずれ角検出）を高精度に行うことができるとともに、慣性回転時に生じる電流およびトルクリップルが小さいことからも、慣性回転時に生じる異音も極めて小さく抑えられる。

次いで、制御回路１６は、ステップＳ９０までの角度補正処理により好適なタイミングとされた通電タイミングにて、ステータコイル１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗへの通電を再開する（ステップＳ１００）。制御回路１６は、途中であったソフトスタートを再開し、ブラシレスモータ１０の回転速度を速度指令値で設定された回転速度まで上昇させる。

速度指令値で設定された回転速度まで上昇すると、制御回路１６は、速度指令値に基づく回転速度一定の定常回転に維持する通常制御に移行し（ステップＳ１１０）、一連の処理を終了する。このように本実施形態では、上記した角度補正を実行することで、ブラシレスモータ１０の回転時の低騒音化が図られている。

＜位相差検出＞
次に、図４～図８に基づき、制御回路１６が実行するステップＳ７０の位相差検出処理について説明する。図４は、位相差のパターンを示している。図５は、位相差検出処理を示すフローチャートである。図６は、パターンＡの場合の位相差検出を説明するための図である。図７は、パターンＢの場合の位相差検出を説明するための図である。図８は、パターンＣの場合の位相差検出を説明するための図である。図６～図８において、［］内の数値は、ｎ回目であることを示している。図４、図６～図８に示す誘起電圧（Ｗ）は、ステータコイル１０２Ｗの誘起電圧に対応したコンパレータ２３の出力信号を示している。ステータコイル１０２Ｗの誘起電圧のゼロクロス点で、コンパレータ２３の出力信号はＬレベルからＨレベルへ立ち上がる。以下では、便宜上、コンパレータ２３の出力信号の立ち上がりエッジを、ステータコイル１０２Ｗの誘起電圧の立ち上がりエッジと示すことがある。

ホールセンサ１２（１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗ）は、ホールセンサ１２やその周囲部品の寸法誤差、組付け誤差、特性ばらつきなどにより、理想位置に対して角度ずれが生じる。この角度ずれは、主として初期的な要因による角度ずれである。

また、ロータ１０１のマグネットの磁束が温度上昇にともなって減少すると、ホールセンサ１２の立ち上がりエッジが遅れる。マグネットの温度は、近傍のステータコイル１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗの発熱の影響を受ける。たとえば車両に搭載される場合、車両の他の発熱要素の影響を受ける。このように、マグネットは雰囲気温度の影響を受ける。また、マグネットの磁束は経時的に低下（劣化）する。このように、ホールセンサ１２の理想位置に対する角度のずれは、使用環境において変化し得る。この角度ずれは、後発的な要因の角度ずれである。

そこで本実施形態では、位相差のパターンを判定し、パターンに応じた演算によって位相差を検出する。位相差とは、Ｕ相のホールセンサ１２Ｕの検出信号の立ち上がりエッジと、コンパレータ２３の出力信号の立ち上がりエッジとの差分である。

図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、位相差は、上記した慣性回転中の位相差検出期間において、３つのパターンをとり得る。図４（ａ）に示すパターンＡは、ホールセンサ１２Ｕの立ち上がりエッジが、コンパレータ２３の出力信号（Ｗ相の誘起電圧）の立ち上がりエッジに対して進んでいるパターンである。以下、ホールセンサ１２Ｕの立ち上がりエッジが、Ｗ相の誘起電圧の立ち上がりエッジに対して進んでいる順序を正順と示す。パターンＡは、正順が続く、正順のみのパターンである。

図４（ｂ）に示すパターンＢは、コンパレータ２３の出力信号（Ｗ相の誘起電圧）の立ち上がりエッジが、ホールセンサ１２Ｕの立ち上がりエッジに対して進んでいるパターンである。以下、Ｗ相の誘起電圧の立ち上がりエッジが、ホールセンサ１２Ｕの立ち上がりエッジに対して進んでいる順序を逆順と示す。パターンＢは、逆順が続く、逆順のみのパターンである。図４（ｃ）に示すパターンＣは、正順と逆順とを含むパターンである。たとえば、正順と逆順とが交互に入れ替わってもよいし、交互でなくてもよい。位相差のパターンは、上記したように後発的な要因によって変化し得る。

図５に示す位相差検出処理において、まず制御回路１６は、慣性回転の２回転目以降か否かを判定する（ステップＳ７０１）。２回転目以降ではない場合、つまり慣性回転の１回転目の場合、制御回路１６は、ステップＳ７０２、Ｓ７０３の処理を実行せずに、ステップＳ７０５に移行する。

ブラシレスモータ１０への通電を停止した直後は還流電流が生じるため、ロータ１０１の慣性回転の１回転目では、ステータコイル１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗから純粋な誘起電圧が得られない虞がある。本実施形態では、慣性回転の１回転目を還流電流の消滅を考慮した時間として設定しており、１回転目においてずれ角を補正するためのステップＳ７０２、Ｓ７０３の処理を実行しない。

ステップＳ７０１で２回転目以降の場合、制御回路１６は、位相差時間の検出処理を行って、この処理により位相差時間を検出したか否かを判定する（ステップＳ７０２）。位相差時間を検出した場合、制御回路１６は、ステップＳ７０３に移行する。検出していない場合、ステップＳ７０３の処理を実行せずに、ステップＳ７０５に移行する。位相差時間が、経過時間に相当する。

制御回路１６の駆動タイミング生成部１７は、ホールセンサ１２Ｕの検出信号のＬレベルからＨレベルへの立ち上がりエッジを検出するパルスエッジ検出回路（図示略）を有している。上記した周期カウンタは、ホールセンサ１２Ｕの検出信号の立ち上がりエッジから次の立ち上がりエッジまでの時間、つまり電気角３６０°時間をカウントする。駆動タイミング生成部１７は、ホールセンサ１２Ｕの検出信号の立ち上がりエッジから、最初のＷ相のステータコイル１０２Ｗの誘起電圧のゼロクロス点、つまりコンパレータ２３の出力信号が最初にＨレベルに立ち上がるまでをカウントするタイマカウンタを有している。このタイマカウンタのカウント値が、位相差時間である。

電気角３６０°時間の間にステータコイル１０２Ｗの誘起電圧（コンパレータ２３の出力信号）の立ち上がりエッジがない場合、制御回路１６は、位相差時間を検出しない。このとき、制御回路１６は、位相差時間を検出していないと判定する。電気角３６０°時間の間にステータコイル１０２Ｗの誘起電圧の立ち上がりエッジがある場合、制御回路１６は、位相差時間を検出する。このとき、制御回路１６は、位相差時間を検出したと判定する。電気角３６０°時間の間にステータコイル１０２Ｗの誘起電圧の立ち上がりエッジが複数ある場合、制御回路１６は、最初の立ち上がりエッジまでの位相差時間のみを検出し、たとえば２つ目の立ち上がりエッジについては位相差時間を検出しない。これにより、制御回路１６は、後述するステップＳ７０３の正順判定を、慣性回転１回転につき１回のみ行う。

なお、ホールセンサ１２Ｕの検出信号の立ち上がりからステータコイル１０２Ｗの誘起電圧の立ち上がりエッジまでは、理想的に電気角３０°である。たとえばホールセンサ１２Ｕに角度ずれが生じていない場合、上記した位相差時間は電気角３０°相当の値となる。制御回路１６は、検出した位相差時間を、駆動タイミング生成部１７内のメモリに格納する。

次いで制御回路１６は、正順か否かを判定する（ステップＳ７０３）。制御回路１６は、タイマカウンタにより検出した位相差時間が電気角３６０°時間の１／２、つまり電気角１８０°時間以下の場合に正順と判定し、ステップＳ７０５に移行する。制御回路１６は、位相差時間が電気角１８０°時間より大きい場合に逆順と判定し、逆順発生回数をインクリメントして（ステップＳ７０４）から、ステップＳ７０５に移行する。なお、正順か否かを判定する際に用いる電気角３６０°時間は、位相差時間と同じ周期で検出された値を用いてもよいし、直前の周期で検出された値を用いてもよい。本実施形態では、電気角３６０°時間は、位相差時間の直前の周期で検出された値を用いる。ステップＳ７０３、Ｓ７０４が、順序判定部に相当する。

次いで制御回路１６は、慣性回転の何回転目かを示すｎ数をインクリメントする（ステップＳ７０５）。たとえばステップＳ７０１において２回転目以降ではない（１回転目である）と判定した場合、ステップＳ７０５のインクリメントにより、ｎ＝１となる。２回転目以降の場合には、ステップＳ７０２、Ｓ７０３、Ｓ７０４のいずれかに続くステップＳ７０５のインクリメントにより、ｎは２以上となる。

次いで制御回路１６は、ｎ数が５に到達したか否かを判定する（ステップＳ７０６）。制御回路１６は、慣性回転が５回転目になるまでステップＳ７０１～Ｓ７０５の処理を繰り返す。

次いで制御回路１６は、逆順発生回数に基づいて上記したパターンＡ～Ｃのいずれに該当するかを判断し、パターンに応じた演算により位相差角度を検出する。位相差角度が、誘起電圧検出部の出力信号の立ち上がりエッジと回転センサの検出信号の立ち上がりエッジとの位相差に相当する。

制御回路１６は、まず逆順発生回数が０（ゼロ）か否かを判定する（ステップＳ７０７）。つまり制御回路１６は、慣性回転の４回転すべてにおいて正順か否かを判定する。逆順発生回数が０の場合、パターンＡであると判定し、パターンＡの場合の位相差角度演算Ａを実行する（ステップＳ７０８）。制御回路１６は、数式１に示す位相差角度演算Ａを実行することにより位相差角度（位相差）を算出により検出し、一連の処理を終了する。なお、位相差角度は、タイマカウンタのカウント値である位相差時間を電気角に変換したものである。

図６に示すように４回転すべてにおいて正順であるため、制御回路１６は、メモリに格納した４回転分の位相差時間の平均をとり、位相差角度を算出する。ホールセンサ１２Ｕに角度ずれが生じていない場合、位相差角度は電気角３０°となる。ホールセンサ１２Ｕが理想位置に対して進角側にずれていると、位相差角度は電気角３０°よりも大きい値となる。ホールセンサ１２Ｕが理想位置に対して遅角側にずれていると、位相差角度は電気角３０°よりも小さい値となる。

ステップＳ７０７で逆順発生回数が０ではない場合、制御回路１６は、逆順発生回数が４か否かを判定する（ステップＳ７０９）。つまり制御回路１６は、慣性回転の４回転すべてにおいて逆順か否かを判定する。逆順発生回数が４の場合、位相差がパターンＢであると判定し、パターンＢの場合の位相差角度演算Ｂを実行する（ステップＳ７１０）。制御回路１６は、数式２に示す位相差角度演算Ｂを実行することにより位相差角度を算出により検出し、一連の処理を終了する。

図７に示すように、４回転すべてにおいて逆順であるため、メモリに格納した４回転それぞれの位相差時間から電気角３６０°時間を減算した値の平均をとり、位相差角度を算出する。ホールセンサ１２Ｕは、位相差角度の絶対値に電気角３０°を加算した分、理想位置に対して遅角側にずれている。

ステップＳ７０９で逆順発生回数が４ではない場合、制御回路１６は、位相差がパターンＣであると判定し、パターンＣの場合の位相差角度設定処理を実行する（ステップＳ７１１）。つまり４回転のうちに正順と逆順を含む場合、制御回路１６は、ステップＳ７１１の処理を実行する。制御回路１６は、数式３に示すように位相差角度として電気角０°を設定することにより位相差角度（位相差）を検出し、一連の処理を終了する。

図８に示す例では、慣性回転の２回転目、４回転目に、ステータコイル１０２Ｗの誘起電圧の立ち上がりエッジが２つ存在している。制御回路１６は、２回転目において最初の立ち上がりエッジまでの位相差時間［１］を検出し、２つ目の立ち上がりエッジまでの位相差時間［２］については検出しない。同様に、制御回路１６は、４回転目において最初の立ち上がりエッジまでの位相差時間［３］を検出し、２つ目の立ち上がりエッジまでの位相差時間［４］については検出しない。

このように、慣性回転の１回転（電気角３６０°時間）の間に、ステータコイル１０２Ｗの誘起電圧の立ち上がりエッジが複数存在するのは、正順と逆順が切り替わるためである。パターンＣの場合、正順と逆順を含むため、間をとって電気角０°を設定する。

制御回路１６は、ステップＳ７０８、Ｓ７１０、Ｓ７１１の処理により、位相差角度を検出する。ホールセンサ１２Ｕが理想位置の場合、位相差角度は電気角３０°となる。よって、位相角度の検出は、理想位置に対するずれ角の検出といえる。制御回路１６は、検出した位相差角度と電気角３０°とのずれ（ずれ角）を補正するように補正値を演算し（ステップＳ８０）、算出した補正値を駆動タイミングに反映する（ステップＳ９０）。なお、ステップＳ７０７、Ｓ７０９が順序パターン検出部に相当し、ステップＳ７０２、Ｓ７０８、Ｓ７１０、Ｓ７１１が位相差検出部に相当する。

＜まとめ＞
ステータコイル１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗに生じる誘起電圧は、ロータ１０１の実磁極位置を反映するものであり、ホールセンサ１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗの理想位置を示す。本実施形態では、その代表としてステータコイル１０２Ｗの誘起電圧を検出したコンパレータ２３の出力信号とホールセンサ１２Ｕの検出信号との位相差を検出することで、位相差に基づいてホールセンサ１２Ｕの理想位置に対する角度ずれを補正することができる。よって、モータ回転時の騒音低減を図ることができる。

特に本実施形態では、コンパレータ２３の出力信号の立ち上がりエッジとホールセンサ１２Ｕの検出信号の立ち上がりエッジとの順序を判定する。そして、所定期間における順序パターンに応じた処理を実行して位相差を検出する。よって、温度上昇や経時的な劣化でロータ１０１のマグネットの磁束が減少しても、ホールセンサ１２Ｕの角度ずれを精度よく補正することができる。たとえば温度変化にともなって一時的に磁束が変化しても、ホールセンサ１２Ｕの角度ずれを精度よく補正することができる。

本実施形態では、正順のみを含むパターンＡを検出した場合、所定期間に取得した複数の位相差時間を用いて位相差角度を検出する。複数の位相差時間の平均をとる等することで、正順が続く場合において位相差検出の精度を高めることができる。

本実施形態では、逆順のみを含むパターンＢを検出した場合、所定期間に取得した複数の位相差時間のそれぞれから電気角３６０°時間を減算し、複数の減算値を用いて位相差角度を検出する。複数の減算値の平均をとる等することで、逆順が続く場合において位相差検出の精度を高めることができる。

本実施形態では、逆順のみを含むパターンＢを検出した場合、所定期間に取得した複数の位相差時間のそれぞれから電気角３６０°時間を減算し、複数の減算値を用いて位相差角度を検出する。複数の減算値の平均をとる等することで、逆順が続く場合において位相差検出の精度を高めることができる。

本実施形態では、正順と逆順を含むパターンＣを検出した場合、位相差角度として電気角０°を検出する。これにより、正順と逆順を含む場合において位相差検出の精度を高めつつ構成を簡素化することができる。

本実施形態では、ロータ１０１の回転速度が所定回転速度に到達した後にステータコイル１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗの全相への通電を停止してロータ１０１の慣性回転期間を設定する。そして、慣性回転期間においてステータコイル１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗの誘起電圧を検出する。慣性回転期間では、ステータコイル１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗの相電圧に駆動電圧が含まれないため、該相電圧の検出にて誘起電圧を容易且つ正確に検出することができる。

本実施形態では、ロータ１０１の回転が定常回転よりもソフトスタート途中の低速回転域において、ロータ１０１の慣性回転期間を設定する。そして、該期間内で得たコンパレータ２３の出力信号とホールセンサ１２Ｕの検出信号とに基づいて位相差（位相差角度）を検出する。ロータ１０１の低速回転域では誘起電圧とロータ１０１の回転位置とを小誤差で検出できるため、位相差の検出精度を高めることができる。これにより、角度補正をより一層的確に行うことができる。また、ロータ１０１の慣性回転時に生じる電流およびトルクリップルが低速回転域では小さいため、懸念される慣性回転による異音も極めて小さく抑えることができる。

本実施形態では、ロータ１０１の慣性回転期間となってから予め設定した所定時間経過後に、ステータコイル１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗの誘起電圧を検出する。その一例として、慣性回転１回転目はその還流電流の消滅を考慮した時間として設定し、慣性回転２回転目以降にステータコイル１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗの誘起電圧を検出する。これにより、位相差の検出精度を高めることができる。

（他の実施形態）
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。

明細書および図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書および図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書および図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。

上記した実施形態では、Ｕ相のホールセンサ１２ＵとＷ相のステータコイル１０２Ｗを位相差検出（ずれ角検出）の対象としたが、他の相のホールセンサ１２Ｖ、１２Ｗやステータコイル１０２Ｕ、１０２Ｖをその対象としてもよい。上記実施形態では、一相のホールセンサ１２Ｕの位相差（ずれ角）を全相の通電タイミングに反映させることで演算量軽減を図っていたが、これに限定されない。二相または三相のホールセンサ１２の位相差を全相の通電タイミングに反映させてもよい。三相のホールセンサ１２の位相差を個別に検出する場合、対応する相ごとの通電タイミングに反映させれば、各相のホールセンサ１２それぞれの角度ずれに対応することができる。

上記実施形態では、ロータ１０１の慣性回転による位相差検出をソフトスタート中の低速回転域で実施したが、これに限定されない。たとえば、定常回転時に行ってもよい。

上記実施形態では、ロータ１０１の慣性回転１回転目を還流電流の影響を考慮してから位相差時間検出および正順判定を行わず慣性回転２回転目以降に位相差時間検出および正順判定を行ったが、位相差時間検出および正順判定を行わない時間はこれに限らず適宜変更してもよい。また、ロータ１０１の慣性回転期間となった直後からステータコイル１０２Ｗの誘起電圧を検出してもよい。

上記実施形態では、ロータ１０１の慣性回転２回転目～５回転目で得た４つの位相差時間（カウント値）に基づいてホールセンサ１２Ｕの位相差角度を算出したが、これに限定されない。ひとつ、２つ、３つ、若しくは５つ以上の位相差時間から位相差角度を算出してもよい。

上記実施形態では、ステータコイル１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗの全相への通電を停止してロータ１０１の慣性回転期間にステータコイル１０２Ｗの誘起電圧を検出したが、誘起電圧の検出タイミングはこれに限定されない。ステータコイル１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗへの通電中、すなわちロータ１０１の回転駆動中に誘起電圧の検出を行ってもよい。

上記実施形態では、回転センサとして３個のホールセンサ１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗを用いて構成したが、センサの数はこれに限定されない。たとえば２個や１個で構成したものであってもよい。また、回転センサはホールセンサ以外の磁気センサを用いてもよく、更には磁気センサ以外のセンサで構成したものであってもよい。

上記実施形態では、モータ起動時にホールセンサ１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗの位相差検出（ずれ角検出）を行う構成であるが、位相差検出のタイミングはこれに限定されない。たとえば所定時間経過ごとに実行してもよい。起動以外の他の定期イベントの発生タイミングで実行してもよい。

上記実施形態では、ステータコイル１０２Ｗの相電圧（誘起電圧）をコンパレータ２３で検出したが、該電圧を検出する構成はこれに限定されるものではない。

上記実施形態では、車両用空調装置の送風用モータとして用いられるブラシレスモータ１０に適用したが、この用途以外のブラシレスモータに適用してもよい。

上記実施形態では、位相差検出処理において、電気角３６０°時間の間にステータコイル１０２Ｗの誘起電圧の立ち上がりエッジが複数ある場合、最初の立ち上がりエッジまでの位相差時間のみを検出し、２つ目以降の立ち上がりエッジについては位相差時間を検出しない例を示したが、これに限定されない。２つ目以降の立ち上がりエッジを検出するタイマカウンタをさらに備えてもよい。慣性１回転につき正順判定を１回のみ行う例を示したが、これに限定されない。慣性１回転につき正順判定を２回以上行ってもよい。位相差検出期間において、すべてが正順、すべてが逆順、正順と逆順を含むのいずれのパターンに該当するのかを検出できればよい。

５…直流電源、６…エアコンＥＣＵ、１０…ブラシレスモータ、１０１…ロータ、１０２…ステータ、１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗ…ステータコイル、１１…制御装置、１２、１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗ…ホールセンサ、１３…電源安定化回路、１３１…平滑コンデンサ、１３２…チョークコイル、１４…インバータ、１４１…上下アーム回路、１４１Ｈ…上アーム、１４１Ｌ…下アーム、１５…スタンバイ回路、１６…制御回路、１７…駆動タイミング生成部、１８…制御部、１９…Ｆ／Ｖコンバータ、２０…ＰＷＭ生成部、２１…ＡＮＤ回路、２２…保護回路、２３…コンパレータ、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６…ダイオード、ＰＬ、ＮＬ…電源ライン、ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬ…スイッチング素子

Claims (4)

1. 磁極を有するロータ（１０１）の回転位置を回転センサ（１２、１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗ）にて検出し、前記回転センサによる前記ロータの検出回転位置に基づいて三相のステータコイル（１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗ）への通電タイミングを設定してブラシレスモータ（１０）の回転を制御するブラシレスモータ制御装置であって、
   前記ステータコイルの少なくとも一相の誘起電圧を検出する誘起電圧検出部（２３）と、
   前記誘起電圧検出部の出力信号の立ち上がりエッジと前記回転センサの検出信号の立ち上がりエッジとの順序を判定する順序判定部（Ｓ７０３、Ｓ７０４）と、
   所定期間における前記順序判定部の判定結果に基づいて順序パターンを検出する順序パターン検出部（Ｓ７０７、Ｓ７０９）と、
   前記順序パターンに応じた処理にて、前記誘起電圧検出部の出力信号の立ち上がりエッジと前記回転センサの検出信号の立ち上がりエッジとの位相差を検出する位相差検出部（Ｓ７０２、Ｓ７０８、Ｓ７１０、Ｓ７１１）と、
   前記回転センサの理想位置に対する角度ずれを補正するように、検出した前記位相差に基づいて前記通電タイミングを補正する補正部（Ｓ８０、Ｓ９０）と、
   を備えるブラシレスモータ制御装置。
2. 前記順序パターン検出部が、前記誘起電圧検出部の出力信号の立ち上がりエッジに対して前記回転センサの検出信号の立ち上がりエッジが進んでいる正順のみを複数含むパターンを検出すると、
   前記位相差検出部は、前記所定期間において前記回転センサの検出信号の立ち上がりエッジから前記誘起電圧検出部の出力信号の立ち上がりエッジまでの経過時間を複数取得し、取得した複数の前記経過時間に基づいて前記位相差を算出により検出する、請求項１に記載のブラシレスモータ制御装置。
3. 前記順序パターン検出部が、前記誘起電圧検出部の出力信号の立ち上がりエッジに対して前記回転センサの検出信号の立ち上がりエッジが遅れている逆順のみを複数含むパターンを検出すると、
   前記位相差検出部は、前記所定期間において前記回転センサの検出信号の立ち上がりエッジから前記誘起電圧検出部の出力信号の立ち上がりエッジまでの経過時間を複数取得し、取得した複数の前記経過時間のそれぞれから電気角３６０°時間を減算して、前記位相差を算出により検出する、請求項１または請求項２に記載のブラシレスモータ制御装置。
4. 前記順序パターン検出部が、前記誘起電圧検出部の出力信号の立ち上がりエッジに対して前記回転センサの検出信号の立ち上がりエッジが進んでいる正順と、前記誘起電圧検出部の出力信号の立ち上がりエッジに対して前記回転センサの検出信号の立ち上がりエッジが遅れている逆順とを含むパターンを検出すると、
   前記位相差検出部は、前記位相差として電気角０°を検出する、請求項１～３いずれか１項に記載のブラシレスモータ制御装置。

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