JP4173587B2 - ブラシレスモータの空調制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はブラシレスモータを用いた空調制御装置に関し、特にマイコンである制御演算部でソフトスタートを行わないで空調制御部側で行うブラシレスモータを用いた空調制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の空調装置におけるブロアファンの回転駆動用のモータは、永久磁石を回転子、電機子巻線を固定子として、整流機構を磁極センサとスイッチング素子で置き換えたブラシレスモータが用いられるようになってきている。
【０００３】
図１５は従来の自動車の空調装置の概略構成図である。ブラシレスモータ１は図１５に示すように、自動車内の内気を取り入れるための内気導入用ダクト２と外気を取り入れる外気用ダクト３との間に設けられたエアーインテークドア４の近傍に設けられたＦＡＮ付きのモータ本体部５と、このモータ本体部５に互いに位相の異なる電力を供給する駆動回路部６と、後述する空調制御回路８からのＦＡＮ指示信号とモータ本体部５に設けられている磁極センサ（図示せず）からの検出信号等に基づいて駆動回路部６への所定のデューティ比の制御信号を生成するマイコン７とから構成される。また、モータ本体部５の近傍にはエバポレータＥが設けられている。
【０００４】
前述の空調制御回路８（ＡＣアンプともいう）は、図示しない水温センサ、温度センサ、外気センサ等からの検出信号と車両のインストルメントパネルに組み付けられた操作盤９からの指示信号を入力し、この指示信号と各種センサからの検出信号とからモータの目標回転数を求め、所定時間後にこの目標回転数になるようための図１６に示すようなＦＡＮ指示信号をモータ制御回路部７に送出する。
【０００５】
そして、マイコン７は、このＦＡＮ指示信号の入力に伴って、駆動回路部６への制御信号（出力ＰＷＭ信号ともいう）のデューティ比を０から序々に増加して行くソフトスタート処理や、行って（この間をソフトスタート時間と称する）、目標の回転数になるデューティ比の制御信号を送出する。
【０００６】
また、マイコン７は各磁気センサからの検出信号に基づいて回転子の回転速度を算出し、この回転速度に応じた回転子に対する遅れ角を進めるための進角量を求める進角制御、この進角量に応じてスイッチング素子の電流を切り換えるタイミング制御等を行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年はマイコンに様々な機能を持たせようとしている。例えば、各磁気センサからの検出信号に基づいて回転子の回転速度を算出し、この回転速度に応じた回転子に対する遅れ角を進めるための進角量を求める進角制御、この進角量に応じてスイッチング素子の電流を切り換えるタイミング制御、ＦＡＮ指示信号（目標値）の入力に伴って序々に出力値を増幅して目標値に近づけるソフトスタート処理を行っている。
【０００８】
すなわち、マイコンは様々な機能を持つことになるからマイコンのプログラムが複雑になるという課題があった。
【０００９】
また、ソフトスタート処理というのは目標値であるＦＡＮ指示信号を序々に増加させるプログラムであり、いわばＦＡＮ指示信号といっても過言ではない。
【００１０】
ところが、従来においては、マイコン側にソフトスタートを設けているので、マイコン側のプログラムが複雑になると共に、過負荷状態になるという課題があった。
【００１１】
本発明は以上の課題を解決するためになされたもので、ソフトスタート処理を空調制御部側に設けることでマイコンの負荷を軽減することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
永久磁石を回転子、電機子巻線を固定子として、整流機構を磁極センサとスイッチング素子で置き換えたモータ本体部（５）に、目標回転数と前記磁極センサからの検出信号とから各相のコイルへの駆動パルスのデューティ比を決定させる制御信号を得て前記回転子を回転させる駆動回路部（６）を備える一方、各種のセンサからの検知信号及び入力された送風の種類に基づいて決定した前記目標回転数を送出する空調制御部（８）を有するブラシレスモータを用いた空調制御装置において、
前記駆動回路部（６）に対して目標回転数を送出する前に、前記目標回転数を入力し、該目標回転数の入力に伴って、前記駆動パルスが前記回転子の最低起動電力となるための所定のデューティ比である初期値から一定時間毎に序々に増加させたデューティ比を前記目標回転数として前記制御演算部（１２）に送出する第１のソフトスタート処理部（１１）を備えたこと要旨とする。
【００１３】
以上のように本発明によれば、マイコン側のプログラムが複雑にならないと共に、マイコン側が過負荷状態にならないという効果が得られている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本実施の形態のブラシレスモータの空調制御部１０は、ＦＡＮ指示信号の入力に伴って、所定の初期値を一定時間維持した後に序々にＦＡＮ指示信号を増加させるソフトスタート処理部を備えるものであり、このソフトスタート処理部に以下に説明する各種機能を有する。この各種機能を実施の形態１、２、…と区別して説明する。
【００１５】
＜実施の形態１＞
図１は実施の形態１のブラシレスモータの空調制御部の概略構成図である。図１のブラシレスモータの空調制御部１０は、ＦＡＮ指示信号の入力に伴って、所定の初期値から序々にＦＡＮ指示信号を増加させる第１のソフトスタート処理部１１を備えている。
【００１６】
また、マイコン１２は第１のソフトスタート処理部１１からのＦＡＮ指示信号を入力する入力部１３と、各磁気センサからの検出信号に基づいて回転子の回転速度を算出し、この回転速度に応じた回転子に対する遅れ角を進めるための進角量を求める進角制御、この進角量に応じてスイッチング素子の電流を切り換えるタイミング制御等からなるその他の処理部１４を備えている。
【００１７】
モータ本体部は、図２に示すように、シャフト１５の一端の周囲に回転検出用のためのマグネット１６（以下センサマグネット１６という）を設け、このセンサマグネット１６の周囲に６個の突極１８ａ、１８ｂ、……を有する固定子１８を取付けている。前述のセンサマグネット１６はＮ極とＮ極、Ｓ極とＳ極とがそれぞれ一対で対向させられ、シャフト１５の一方の端の周囲に設けられている。
【００１８】
また、固定子１８の６個の突極１８ａ、１８ｂ、……にはコイル１９ａ、１９ｂ、……が巻き付けられ、対向する２個のコイルで１相をなしている。すなわち、６個のコイルで三相の駆動系を構成している。
【００１９】
この固定子１８の外側にあるロータ２０には図２に示すように、９０度間隔でメインマグネット２１ａ、２１ｂ、……が周設されている。ロータ２０はシャフト１５の他端（図示せず）にシャフト１５と一体で回転可能に連結されている。
【００２０】
さらに、固定子１８にはセンサマグネット１６の磁極（Ｓ極、Ｎ極）の磁界の方向を検出するホール素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃが１２０間隔で均等に配置されている。
【００２１】
一方、駆動回路部６は、マイコン１２からの出力ＰＷＭ信号のデューティ比ｄｉとＰＷＭ信号とのアンドをレベル変換した各相毎の駆動信号を生成し、これらの駆動信号でパワー素子を駆動してロータを回転させる。
【００２２】
また、第１のソフトスタート処理部１１は、ＦＡＮ指示信号を読み込む指示値読込手段２３と、ＦＡＮ指示値が読み込まれたとき予め設定されている初期値（例えばデューティ比５．８パーセント）を読み、この初期値ｄｏをソフトスタート値演算手段２５に設定する初期値設定手段２４とを備えている。
【００２３】
ソフトスタート値演算手段２５は、設定された初期値ｄｏから一定時間毎に序々に増加したデューティ比ｄｉのＦＡＮ指示信号（目標回転数）をマイコン１２に送出する。
【００２４】
すなわち、実施の形態１では、ＦＡＮ指示信号が入力したとき、零からゆっくりと立ち上げないで、図３に示すように、直ぐにモータが最低起動電圧になるデューティ比（５．８パーセント）からソフトスタート動作を行わせるようにしている。
【００２５】
このため、駆動回路部６に出力ＰＷＭ信号が送出されたときは、モータが回転しない期間というのが無いので、ソフトスタートにおいて電力が無駄にならない。
【００２６】
＜実施の形態２＞
前述の第１のソフトスタート処理部１１は、出力ＰＷＭ信号のデューティ比（以下出力デューティという）を監視し、この値が予め設定されているロック判定値（ロータが目標回転数を大きく下回わったときの値）に到達すると、ロータの回転数を判定し、ロータの回転数が目標回転数を大きく下回っている回転数（ロック判定回転数）以下となっている場合は、モータがロック状態と判定して回転を停止させている。
【００２７】
具体的に図４を用いて説明する。図４は、時間を横軸に、縦軸にロック判定の出力デューティ比をとり、かつ回転数Ｍｉを取った座標系に、回転数ＭｉとソフトスタートパターンＰｉとを描いたものである。ロック判定値はソフトスタートパターンの時間「零」の値（５．８パーセント）より、少し上の値である。
【００２８】
図４に示すように、零から急激に５．８パーセントのデューティ比ｄｉで序々にゆっくりと立ち上がるソフトスタートパターンのＦＡＮ指示信号で制御していくので、所定時刻ｔａ経過してもロック判定値ｄｐ以下である。このとき、回転初期においては、直ぐには追従できないのでロータの回転数はまだロック判定回転数Ｍｐ以下である。
【００２９】
しかし、第１のソフトスタート処理部１１は、出力ＰＷＭ信号のデューティ比がロック判定値ｄｐ以下で回転数Ｍｉがロック判定回転数以下かどうかを判定している。
このため、所定時刻ｔａまではロック状態と判定されて回転が停止されてしまう。すなわち、モータ側に何ら異常が無くともロータの回転を停止させてしまう。
【００３０】
このようなことを実施の形態２においては解決する。図５は実施の形態２の概略構成図である。実施の形態２においては、主要部のみを示す。すなわち、第１のソフトスタート処理部１１に代えて図５に示す第２のソフトスタート処理部３０を備える。
【００３１】
この第２のソフトスタート処理部３０は実施の形態１と同様な指示値読込手段２３と、初期値設定手段２４とを備えると共に、ソフトスタート値演算手段３１と、第１のタイマー３２と、メモリ３３と、初期値維持手段３４と、第２のタイマー３５とを備える。
【００３２】
ソフトスタート値演算手段３１は、初期値設定手段２４からの初期値ｄｏを内部に設定して初期値維持手段３４から初期値読み込み停止指令が入力するまで、初期値ｄｏをマイコン１２に送出する。
【００３３】
また、ソフトスタート値演算手段３１は、初期値維持手段３４から初期値読み込み停止指令が入力した後は第１のタイマー３２の計測時間に対応するメモリ３３のデューティ比ｄｉを制御値演算手段２６に送出する。
【００３４】
初期値維持手段３４は、初期値設定手段２４がソフトスタート値演算手段３１に初期値ｄｏを設定したとき、第１のタイマー３２を停止状態にすると共に、第２のタイマー３５をスタートさせる。そして、ソフトスタート値演算手段３１に初期値読み込み指令を一定間隔（例えば、１００ｍｓｅｃ）で送出し、第２のタイマー３５が計測時間が１秒計測（例えば５０ｒｐｍに到達するまでの時間）されたとき、初期値読み込み停止指令をソフトスタート値演算手段３１に送出すると共に第１のタイマー３２をスタートさせる。
【００３５】
すなわち、実施の形態２においては、図６に示すようにＦＡＮ指示信号の入力に伴って、デューティ比５．８パーセントの初期値ｄｏで１秒間回転数を制御させて回転を安定させた後に、ソフトスタートパターンＰｉに基づくデューティ比のＦＡＮ指示信号をマイコン側に送出している。このため、例えば、低回転指示のときに時刻ｔ１においてロック判定値に以下であっても実際の回転数はロック判定回転数をすでに越えた回転数になっているのでロック状態と判定されないことになる。
【００３６】
＜実施の形態３＞
前述の空調制御部１０は、イグニッションの投入に伴って送出されるバッテリの電圧（以下ＩＧＮ電圧という）を用いてデューティ比を決定している。すなわち、ＩＧＮ電圧の変動によってデューティ比も変わってしまう。例えば、ＩＧＮ電圧が低くなると、目標の回転数を維持するためにデューティ比の値が５．８から１０パーセントにする。
【００３７】
すなわち、図７に示すようにソフトスタートパターンＰｉがＩＧＮ変動によって、上昇するパターンＰｉａとなるから時刻ｔ２に到達する前に時刻ｔ２でモータがロック状態と判定されてしまう。
【００３８】
このようなことを実施の形態３では解決する。図８は実施の形態３の概略構成図である。実施の形態３は第３のソフトスタート処理部４０を備える。この第３のソフトスタート処理部４０は、ロック判定手段４１と、メモリ４２と、ロック判定値変更手段４３と、メモリ４４とを備えている。
【００３９】
ロック判定手段４１は、マイコン１２からの回転数と出力ＰＷＭ信号を読み、この信号のデューティ比がメモリ４４のロック判定値ｄｐ以下で、かつ回転数Ｍｉがメモリ４４のロック判定回転数Ｍｐ以下のときにモータ本体部側がロック状態と判定して回転を停止させる。
【００４０】
ロック判定値変更手段４３は、ＩＧＮ電圧Ｖｉを読み、このＩＧＮ電圧Ｖｉに対応するロック判定値ｄｐにメモリ４２のロック判定値ｄｐを変更する。
【００４１】
前述のメモリ４４には、例えばＩＧＮ電圧Ｖｉが１２Ｖ（本装置の最低起動電圧を保証する電圧）のときは、ロック判定値が６．２、１６Ｖでは１１パーセントになるようなパターンで記憶されている。
【００４２】
すなわち、実施の形態３では、図９に示すように、ロック判定値がｄｐ１のときに、ＩＧＮ電圧Ｖｉが下降すると、ロック判定値をｄｐ１（ｄｐ２＞ｄｐ１）に変更している。
【００４３】
このため、ＩＧＮ電圧の下降に伴ってソフトスタートパターンＰｉが上昇してＰｉａになると、時刻ｔ１ではロック判定値ｄｐ１以上であるので、ロック状態と判定されない。また、実施の形態２に示すように１秒間後にソフトスタートパターンＰｉを用いた場合は図９に示すように、ＩＧＮ電圧が上昇してＰｉになったとしても、時刻ｔｐにおいてロック判定値ｄｐ２に到達するが回転が安定した後であるので、回転数Ｍｉはロック判定回転数以上となって、結果としてロック判定とはされないことになる。
【００４４】
＜実施の形態４＞
一般にモータは温度が低いと回転数が低下する傾向にあり、初期の回転時にはなかなか目的の回転数に到達しないためにＦＡＮから風が送出されない場合がある。逆に温度が高いと回転数が高くなる傾向にあり、初期の回転時に急激に回転数が上がってうなり音が発生する場合がある。
【００４５】
このため、温度が低下すると図１０に示すように、ソフトスタートを行っているときに、出力ＰＷＭ信号のデューティ比ｄｉがロック判定値ｄｐ以下で、回転数がロック判定回転数Ｍｐ以下となっているとロック状態と判定されてしまう。
【００４６】
このようなことを実施の形態４では解決する。図１１は実施の形態４の概略構成図である。本実施の形態４においては主要部のみを示して説明する。実施の形態４の第４のソフトスタート処理部５０は、図示しない温度センサによって検出されたモータ本体部側の温度を入力し、この温度に対応するロック判定回転数Ｍｐをメモリ５２から検出し、メモリ４２のロック判定回転数Ｍｐを検出したロック判定回転数Ｍｐに変更するロック判定回転数変更手段５１を備えている。
【００４７】
すなわち、実施の形態４では、図１２に示すように、温度が低下して回転数Ｍｉが回転数Ｍｉａとなっても、ロック判定回転数変更手段５１が予めその低下した温度に対応するロック判定回転数Ｍｐをメモリ５２から検出して、メモり４２のロック判定回転数Ｍｐを検出したロック判定回転数Ｍｐに変更している。
【００４８】
このため、例えば、ソフトスタートパターンＰｉでソフトスタート制御を行っているときに時刻ｔｐでソフトスタートパターンＰｉがロック判定値ｄｐに以下でも、メモリ４２のロック判定回転数Ｍｐ１は低い回転数Ｍｐ２にされているので、回転数Ｍｉａがロック判定回転回数Ｍｐ２を越えていると判定され、結果としてロック状態と判定されない。
【００４９】
＜実施の形態５＞
上記実施の形態４においては、温度に応じてロック判定回数を変更するようにしたが、ソフトスタートパターンＰｉの初期値ｄｏを温度に応じて変更してもよい。
【００５０】
図１３は実施の形態５の概略構成図である。実施の形態５では上記構成の他に初期値変更手段６１を備える、この初期値変更手段６１は、モータ本体側の検出温度ｋｉを読み、この温度ｋｉに対応する初期値ｄｏをメモリ６２から抽出し、メモリ２４の初期値ｄｏを抽出した初期値ｄｏに変更する。
【００５１】
すなわち、実施の形態５では、初期値変更手段６１が検出された温度に対応する初期値ｄｏをメモリ２４に設定して、この温度に対応する初期値ｄｏを初期値設定手段２４がソフトスタート値演算手段３１に設定する。そして、ソフトスタート値演算手段３１が温度に対応する初期値ｄｏを用いたソフトスタートパターンＰｉに基づく値でモータを回転させる。
【００５２】
このため、図１４に示すように温度によって回転数Ｍｉが変動してもソフトスタートパターンＰｉ全体のレベルが変動する。
【００５３】
従って、例えば図１４に示すように、初期値ｄｏがｄｏａにされているときは、温度が低下して回転数Ｍｉａになったときは、ソフトスタートパターンはＰｉａになり、時刻ｔａでロック判定値ｄｐ以下で、かつ回転数Ｍｉａがロック判定回転数Ｍｐ以下となってロック状態と判定されるが、初期値ｄｏがｄｏｂ（ｄｏａ＞ｄｏａ）にされている場合は、ソフトスタートパターンはＰｉｂになり、時刻ｔｂ（ｔａ＞ｔｂ）でロック判定値ｄｐに到達する。すなわち、初期値ｄｉａのときより遅くロック判定値ｄｐに到達する。このため、モータの回転数が安定するので、ロック判定値ｄｐになったときには、ロック判定回転数Ｍｐを越えるのでロック状態と判定されない。
【００５４】
また、初期値ｄｏがｄｏｃ（ｄｏａ＞ｄｏａ＞ｄｏｃ）にされている場合は、ソフトスタートパターンはＰｉｃになり、時刻ｔｃ（ｔｃ＞ｔａ＞ｔｂ）でロック判定値ｄｐに到達する。すなわち、初期値ｄｉｂのときより、さらに遅くロック判定値ｄｐに到達する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１のブラシレスモータの空調制御部の概略構成図である。
【図２】ブラシレスモータの本体部の構成図である。
【図３】実施の形態１のソフトスタートを説明する説明図である。
【図４】実施の形態１の問題点を説明する説明図である。
【図５】実施の形態２の空調制御部の第２のソフトスタート処理部の概略構成図である。
【図６】実施の形態２による初期値の維持による効果を説明する説明図である。
【図７】ＩＧＮ電圧変動によるソフトスタートの問題点を説明する説明図である。
【図８】実施の形態３の空調制御部の第３のソフトスタート処理部の概略構成図である。
【図９】実施の形態３のＩＮＧ電圧変動によるロック判定値の変更による効果を説明する説明図である。
【図１０】温度低下によるソフトスタートの問題点を説明する説明図である。
【図１１】実施の形態４の空調制御部の第４のソフトスタート処理部の概略構成図である。
【図１２】温度変動によるロック判定回転数の変更による効果を説明する説明図である。
【図１３】実施の形態５の空調制御部の第５のソフトスタート処理部の概略構成図である。
【図１４】実施の形態５による初期値の変更による効果を説明する説明図である。
【図１５】従来の空調制御装置の概略構成図である。
【図１６】ＦＡＮ指示信号を説明する説明図である。
【符号の説明】
１０ 空調制御部
２３ 指示値読込手段
２４ 初期値設定手段
２５ ソフトスタート値演算手段
３０ 第２のソフトスタート処理部
３１ ソフトスタート値演算手段
３４ 初期値維持手段
４３ ロック判定値変更手段

Claims (3)

1. 永久磁石を回転子、電機子巻線を固定子として、整流機構を磁極センサとスイッチング素子で置き換えたモータ本体部（５）と各相毎の駆動パルスで前記スイチッング素子を駆動する駆動回路部（６）と目標回転数と前記磁極センサからの検出信号とから前記駆動パルスのデューティ比を決定させる制御信号を生成して前記駆動回路部（６）に出力するマイコン（１２）とを備えたブラシレスモータ（１）を備える一方、各種のセンサからの検知信号及び入力された送風の種類に基づいて決定した前記回転子を序々に増加させるための前記目標回転数を送出する空調制御部（１０）を備えたブラシレスモータの空調制御装置であって、
   前記空調制御部（１０）は、
   前記マイコン（１２）に対して目標回転数を送出する前に、前記目標回転数を入力し、該目標回転数の入力に伴って、前記駆動パルスが前記回転子の最低起動電力となるための所定のデューティ比である初期値から一定時間毎に序々に増加させたデューティ比を前記目標回転数として前記マイコン（１２）に送出する第１のソフトスタート処理部（１１）を有することを特徴とするブラシレスモータの空調制御装置。
2. 前記第１のソフトスタート処理部（１１）は、
   前記制御信号のデューティ比が回転停止状態となる第１のロック判定値以下で、かつ前記回転子の回転数が基準の回転数より低い第１のロック判定回転数以下のとき前記回転子の回転を停止させることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータを用いた空調制御装置。
3. 前記第１のソフトスタート処理部（１１）に代えて、
   前記目標回転数の入力に伴って、前記駆動パルスが前記回転子の最低起動電力となるための基準のデューティ比である第１の初期値を所定時間、前記目標回転数として得て送出した後に、前記第１の初期値から一定時間毎に序々に増加させたデューティ比を前記目標回転数の値として送出する第２のソフトスタート処理部（３０）を有することを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータを用いた空調制御装置。

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