JP4657435B2

JP4657435B2 - ブラシレスモーターの駆動制御方法および装置

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Publication number: JP4657435B2
Application number: JP2000321750A
Authority: JP
Inventors: 秀文阿部; 司永沼; 貴治菅原
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Keihin Corp
Priority date: 2000-10-20
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2020-10-20
Also published as: JP2002136168A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレスモータの駆動制御方法に関し、さらに詳しくは、ステーターの通電信号の位相を最適に制御するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ブラシレスモーターの回転制御は、ローターの位置（回転角）を検出してローター位置検出信号を生成し、この信号のエッジを駆動タイミングとしてステーターに通電することによりローターを回転させている。このローター位置検出信号は、ステーターとローターがある一定の位置関係になった時に発生され、ローターの回転数が変化しても、ローター位置検出信号が発生されるときのステーターとローターとの位置関係は同じである。
【０００３】
図６（ａ）に、ブラシレスモーターのローターＲＴとステーターＳＴとの配置関係を示す。同図に示すように、１２個のステーターＳＴが、３０°おきにローターＲＴの外周に沿って配置されており、各ステーターには、時計回りに、Ｕ相の通電信号Ｕ_H、Ｗ相の通電信号Ｗ_L、Ｖ相の通電信号Ｖ_H、Ｕ相の通電信号Ｕ_L、Ｗ相の通電信号Ｗ_H、Ｖ相の通電信号Ｖ_Lが順に印加される。また、ローターＲＴの外周に沿って、ローターの位置（回転角）を検出するためのローター位置検出器ＨＡ，ＨＢ，ＨＣが１２０°おきに配置されている。このローター位置検出器として、一般にはホール素子が使用される。
【０００４】
図６（ｂ）に、ローター位置検出器ＨＡ，ＨＢ，ＨＣの出力信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣと、ローター位置検出信号ＳＰと、Ｕ〜Ｗ相の各通電信号のタイミング波形を示す。同図に示すように、ローター位置検出器ＨＡ，ＨＢ，ＨＣは、１２０°の位相差をもって信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣを順に出力する。これらの信号のエッジを検出することにより、パルス間隔Ｔ（回転角６０°に相当）のローター位置検出信号ＳＰが生成される。そして、このローター位置検出信号ＳＰのパルスで規定されるタイミングでＵ〜Ｗ相の各通電信号の位相が規定され、この通電信号がステーターＳＴに供給される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の従来技術によれば、ローターＲＴの位置を検出するためのローター位置検出器ＨＡ，ＨＢ，ＨＣの出力信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣに基づいて各通電信号の位相が一義的に規定される。このため、組み立て精度によっては、ローターの位置を検出するためのローター位置検出器ＨＡ，ＨＢ，ＨＣの取り付け位置に誤差が生じ、ローターの位置を正しく検出することができなくなる。この結果、モーターごとに通電信号の位相が変動し、消費電力が最小となる駆動タイミングがモーター毎に異なったものとなり、最適な効率でブラシレスモーターを駆動することが困難となる。
【０００６】
図７に、消費電力とモーターの駆動タイミング（通電信号の位相）との関係を示す。同図において、波形Ｈ１は、駆動タイミングが進角方向に移動するようにローター位置検出器の取り付け位置がずれた場合の波形であり、波形Ｍ２は、ローター位置検出器の取り付け位置にずれがない場合の波形であり、波形Ｈ３は、駆動タイミングが遅角方向に移動するようにローター位置検出器の取り付け位置がずれた場合の波形である。同図から理解されるように、ローター位置検出器の取り付け位置にずれがなく、通電信号の位相が正しく設定された場合、消費電力が最小となって最適な効率でモーターを駆動することができる。
【０００７】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、組み立て精度に依存することなく、最適なタイミングでステーターに通電し、最適な効率でブラシレスモーターを駆動することが可能なブラシレスモーターの駆動制御方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、この発明は以下の構成を有する。
すなわち、この発明に係るブラシレスモータの駆動制御方法は、多相の通電信号が供給される複数のステーターと、該ステーターから磁気的な作用を受けて回転するローターと、該ローターの外周に沿って所定角度おきに配置されたローター位置検出器とを備えて構成されたブラシレスモーターの駆動制御方法において、（ａ）前記ローター位置検出器の出力信号にエッジが発生する度に、前記複数のステーターに供給される各相の通電信号の電流値と電圧値とを読み取って電力値を算出する第１のステップ（例えば後述するステップＳ０１，Ｓ０２に相当する要素）と、（ｂ）前記電力値が最小となるように、前記各相の通電信号の位相を制御する第２のステップ（例えば後述するステップＳ０３〜Ｓ１１に相当する要素）と、を含み、前記第２のステップは、（ｂ１）前回の電力値と今回の電力値とを比較するステップと、（ｂ２）前記電力値の比較の結果、前記電力値が減少する傾向を示す場合に前回と同一の位相角方向に前記通電信号の位相を補正し、前記電力値が増加する傾向を示す場合に前回と反対の位相角方向に前記通電信号の位相を補正するステップと、を含むことを特徴とする。
【０００９】
ここで、前記ブラシレスモータの駆動制御方法において、前記第２のステップは、例えば、（ｂ３）前記補正により得られた各位相に基づき、前記通電信号の位相を与えるタイマー値を設定するステップと、（ｂ４）前記タイマー値を初期値としてカウントし、該タイマー値に応じた位相を有する通電信号を生成するステップと、を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、前記ブラシレスモータの駆動制御方法において、前記第２のステップは、例えば、ソフトウェア上のタイマー割り込み機能を利用して実行されるものであることを特徴とする。
さらに、前記ブラシレスモータの駆動制御方法において、前記ブラシレスモーターの起動時に、前記ローターの位置を示す信号に基づいて前記通電信号の位相を制御するステップをさらに含むことを特徴とする。
【００１１】
この発明に係るブラシレスモータの駆動制御装置は、多相の通電信号が供給される複数のステーターと、該ステーターから磁気的な作用を受けて回転するローターと、該ローターの外周に沿って所定角度おきに配置されたローター位置検出器とを備えて構成されたブラシレスモーターの駆動制御装置において、前記各相の通電信号を発生して前記ブラシレスモーターを駆動する駆動部（例えば後述する駆動部ＤＲＶに相当する構成要素）と、前記ローター位置検出器の出力信号にエッジが発生する度に、前記各相の通電信号の電流値及び電圧値を検出する検出部８例えば後述する電圧電流検出器ＳＥＮに相当する構成要素）と、前記検出部の検出結果に基づき、前記複数のステーターに供給される電力値を算出し、該電力値が最小となるように前記各相の通電信号の位相を制御する制御部（例えば後述する制御部ＣＮＴに相当する構成要素）と、を備え、前記制御部は、前回の電力値と今回の電力値とを比較し、前記電力値の比較の結果、前記電力値が減少する傾向を示す場合に前回と同一の位相角方向に前記通電信号の位相を補正し、前記電力値が増加する傾向を示す場合に前回と反対の位相角方向に前記通電信号の位相を補正する、ことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の形態の形態を説明する。
図１に、この実施の形態に係るブラシレスモーターの駆動制御装置の構成を示す。同図において、この駆動制御装置は、制御部ＣＮＴ、記憶部ＭＥＭ、駆動部ＤＲＶ、電圧電流検出器ＳＥＮ、ローター位置検出器ＨＡ，ＨＢ，ＨＣから構成される。ブラシレスモーター（以下、単にモーターと称す）Ｍは、この駆動制御装置による駆動制御の対象であり、多相の通電信号が供給される複数のステーターと、これらステーターから磁気的な作用を受けて回転するローターとを備えて構成される。
【００１３】
ここで、制御部ＣＮＴは、ＣＰＵ（中央演算処理装置）から構成され、この駆動制御装置の全体を制御するための処理を実行するためのものである。この制御部ＣＮＴは、例えばモーターの起動・停止に関する情報やモーターの回転数に関する情報を外部から入力する。駆動部ＤＲＶは、制御部ＣＮＴの制御の下にスイッチングするトランジスタ群から構成され、モーターＭのステーターに通電して、このモーターを駆動するためのものである。
【００１４】
電圧電流検出器ＳＥＮは、駆動部ＤＲＶからモーターＭのステーターに供給される電流値と電圧値を検出するためのものである。ローター位置検出器ＨＡ，ＨＢ，ＨＣは、ローターの位置（回転角）を検出するためのものであって、ローターＲＴの外周に沿って１２０°おきに配置されている。記憶部ＭＥＭは、制御部ＣＮＴで実行される処理の手順が記述されたプログラムを格納する。
【００１５】
次に、この実施の形態の動作を説明する。
まず、制御部ＣＮＴは、モーターの起動時には、ローターの位置を示すローター位置検出信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣをローター位置検出器ＨＡ，ＨＢ，ＨＣから入力し、これらの検出信号に基づいて、モーターＭのステーターに供給される通電信号の位相を制御する。そして、モーターＭのローターの回転数が目標値に達すると、以下に説明するように、ソフトウェア上のタイマー割り込み機能を利用して、モーターＭに供給される電力値が最小となるようにＵ〜Ｗ相の各通電信号の位相を制御する。
【００１６】
以下、図２に示すフローに沿って、図３に示す波形図を参照しながら、モーターＭの回転数が目標値に達した後の制御動作を説明する。
まず、制御部ＣＮＴは、ローター位置検出信号ＳＰに基づき、以下のエッジ割り込み処理（ステップＳ０１〜Ｓ１５）を実行する。
ステップＳ０１：すなわち、制御部ＣＮＴは、駆動部ＤＲＶからモーターＭのステーターに供給される通電信号の各相の電圧値と電流値とを読み取る。すなわち、制御部ＣＮＴは、図３に示すように、ローター位置検出信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣのエッジ部で生成されるローター位置検出信号ＳＰをトリガーとして、ローターが６０°だけ回転する度に、制御部ＣＮＴが電圧値および電流値の読み取りを行う。
【００１７】
ここで、ローター位置検出信号ＳＰは、ローター位置検出器ＨＡ，ＨＢ，ＨＣにより得られる信号であるから、そのパルスの発生タイミングは、ローター位置検出器ＨＡ，ＨＢ，ＨＣの取り付け位置のずれにより変動するが、略一定の周期でそのパルスが発生される。したがって、制御部ＣＮＴは、略一定の周期で、ステーターに供給される通電信号の各相の電圧値と電流値とを毎回読み取る。
【００１８】
ステップＳ０２：続いて、制御部ＣＮＴは、読み取った電圧値と電流値とから、モーターＭのステーターに供給される電力値、すなわちこのモーターＭの消費電力を算出する。この電力値は、次回の周期まで図示しないレジスタで保持される。すなわち、このレジスタには、現在の周期の１周期前に算出された前回の電力値が保持されている。
【００１９】
次に、制御部ＣＮＴは、以下のステップＳ０３〜Ｓ０８により、電力値が最小となるように、駆動部ＤＲＶからモーターＭのステーターに供給される通電信号の位相を制御する。
ステップＳ０３：制御部ＣＮＴは、レジスタに保持された前回の電力値と、今回算出した電力値とを比較し、電力値が増加する傾向を示しているか、減少する傾向を示しているかを判断する。
【００２０】
ステップＳ０４：ここで、電力値が減少する傾向を示している場合（ステップＳ０３：消費電力値減少）、制御部ＣＮＴは、前回の周期における通電信号の位相の補正方向が進角方向か遅角方向かを判断する。ここで、制御部ＣＮＴは、各周期で位相を補正する場合、その位相の補正方向が進角方向か遅角方向かについて次回の周期まで記憶する。すなわち、制御部ＣＮＴは、現在の周期の１周期前に行われた通電信号の位相の補正方向を記憶している。
【００２１】
ステップＳ０５：続いて、制御部ＣＮＴは、前回の補正方向が進角方向である場合（ステップＳ０４：進角方向）、前回の位相の補正方向は、電力値を最小とする方向に向かわせるものであるから、補正の方向として正しいと判断し、前回と同一方向の進角方向に通電信号の位相を補正する。具体的には、前回のタイマー値（ＴＭ値）から「１」を減算し、今回のタイマー値として設定する。
ステップＳ０６：また、前回の補正方向が遅角方向である場合（ステップＳ０４：遅角方向）、同様に補正の方向として正しいと判断し、前回と同一方向の遅角方向に通電信号の位相を補正する。具体的には、前回のタイマー値（ＴＭ値）に「１」を加算し、今回のタイマー値として設定する。
【００２２】
ステップＳ０７：これに対して、上述のステップＳ０３において、前回の電力値と今回の電力値との比較の結果、電力値が増加する傾向を示している場合（ステップＳ０３：消費電力値増加）、制御部ＣＮＴは、前回の周期における通電信号の位相の補正方向が進角方向か遅角方向かを判断する。
ステップＳ０８：続いて、制御部ＣＮＴは、前回の補正方向が進角方向である場合（ステップＳ０７：進角方向）、前回の位相の補正方向は、電力値を最小とする方向に向かわせるものではないから、補正の方向として正しくないと判断し、前回と反対方向の遅角方向に通電信号の位相を補正する。具体的には、前回のタイマー値（ＴＭ値）に「１」を加算し、今回のタイマー値として設定する。
【００２３】
ステップＳ０９：また、前回の補正方向が遅角方向である場合（ステップＳ０７：遅角方向）、同様に補正の方向として正しくないと判断し、前回と反対方向の進角方向に通電信号の位相を補正する。具体的には、前回のタイマー値（ＴＭ値）から「１」を減算し、今回のタイマー値として設定する。
このように、制御部ＣＮＴは、電力値の比較の結果、電力値が減少する傾向を示す場合、前回と同一方向に通電信号の位相を補正し、逆に増加する傾向を示す場合、前回と反対方向に補正する。
【００２４】
ステップＳ１０：続いて、制御部ＣＮＴは、前回のサイクルで設定されたタイマー値のカウントが終了したか否かを判定する。この判定は、図５に示すように、今回のエッジ割り込み処理の起動時に、前回のエッジ割り込み処理によるタイマー値のカウントが終了していない場合に対処するためのものである。この場合、今回のタイマー値のカウントを開始することはできないので、現在のカウント値ＴＣ’（前回のタイマー値のカウント値の残り分）を考慮して今回のタイマー値を設定する必要がある。
【００２５】
ステップＳ１１：ここで、このタイマーのカウントが終了している場合（ステップＳ１０：カウント終了）、進角／遅角を定めるタイマー値をセットする。すなわち、制御部ＣＮＴは、図４において、ローター位置検出信号ＳＰのパルスをトリガーとして位相の補正を行うと、この補正された位相に応じた値「ａ」をタイマー値ＴＭとして設定する。
ステップＳ１２：そして、制御部ＣＮＴは、内蔵されたタイマーを起動し、ステップＳ１０で設定されたタイマー値ＴＭの値「ａ」を初期値としてカウントを開始する。
ステップＳ１３：続いて、タイマー未処理フラグに「０」を設定し、タイマーによる１サイクル分の処理が終了したことを表す状態に設定する。
【００２６】
ステップＳ１４：これに対し、上述のステップＳ１０において、前回のタイマー値のカウントが終了していない場合（ステップＳ１０：カウント中）、今回の補正で得られたタイマー値（ＴＭ値）から現在のカウント値ＴＣ’を減算して今回のタイマー値として設定する。
ステップＳ１５：続いて、タイマー未処理フラグに「１」を設定し、タイマーによる１サイクル分の処理が終了していないことを表す状態に設定する。
以上により、位相の補正、今回のタイマー値の設定、およびタイマー未処理フラグの設定を行う。
【００２７】
次に、制御部ＣＮＴは、ソフトウェア上のタイマー割り込み機能を利用して、図３に示す進角／遅角割り込み処理を実行し、通電信号を生成する。
ステップＳ２１：すなわち、制御部ＣＮＴは、前回のサイクルで設定されたタイマー値のカウント値がゼロになった時点（すなわちタイムアップした時点）で割り込み処理信号ＷＳを発生し、ソフトウェア上の割り込み処理を実行して駆動部ＤＲＶの内部のトランジスタをスイッチングさせ、タイマー値ＴＭに応じた位相（すなわち補正された位相）を有する通電信号のＵ相（Ｕ_H，Ｕ_L），Ｖ相（Ｖ_H，Ｖ_L），Ｗ相（Ｗ_H，Ｗ_L）を生成し、これを駆動部ＤＲＶからモーターＭのステーターに供給する。図４に示す例では、タイマーによる割り込み処理により、ローター位置検出信号ＳＰのパルスを基準として、Ｖ_H相とＷ_H相が進角方向に位相ｂだけ移動している。同様に、ローター位置検出信号ＳＰの各パルス周期において通電信号の各相の移動が適切に行われる。
【００２８】
ステップＳ２２：続いて、制御部ＣＮＴは、タイマー未処理フラグの設定値を判定する。ここで、タイマー未処理フラグの設定値が「０」の場合（ステップＳ２２：「＝０（処理済）」）、このタイマー割り込み処理を終了する。
ステップＳ２３：これに対し、タイマー未処理フラグの設定値が「１」の場合（ステップＳ２２：「＝０（未処理）」）、上述のステップＳ１４で得られた今回のタイマー値をセットする。
【００２９】
ステップＳ２４：続いて、制御部ＣＮＴは内蔵されたタイマーを起動し、ステップＳ２３で設定されたタイマー値を初期値「ａ」としてカウントを開始する。
ステップＳ２５：続いて、制御部ＣＮＴは、タイマーのカウントが終了していないことを示すタイマー未処理フラグに「０」を設定し、タイマーによる１サイクル分の処理が済んだことを表す状態に戻す。
以上により、位相の進角および遅角が制御され、消費電力Ｐが最小となるように、各相の位相が適切に制御される。
【００３０】
この実施の形態によれば、仮にローター位置検出器ＨＡ，ＨＢ，ＨＣの取り付け位置がずれていたとしても、電力値Ｐが最小となるように一定周期で通電信号の位相が制御されるので、モーターＭの回転数が目標値に達した後には、モーターＭの駆動タイミングが常に最適な状態に維持される。
以上、この発明の実施の形態１および２を説明したが、この発明は、これらの実施の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変更等があっても本発明に含まれる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ブラシレスモーターのステーターに供給される通電信号の電流値と電圧値とを読み取って電力値を算出し、該電力値が最小となるように、前記通電信号の位相を制御するようにしたので、組み立て精度に依存することなく、最適なタイミングでステーターに通電し、最適な効率でブラシレスモーターを駆動することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係るブラシレスモーターの駆動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態に係るブラシレスモーターの駆動制御方法（エッジ割り込み処理）の流れを示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態に係るブラシレスモーターの駆動制御方法（タイマー割り込み処理）の流れを示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態に係るブラシレスモーターの駆動制御装置の動作を説明するための波形図である。
【図５】この発明の実施の形態に係るブラシレスモーターの駆動制御装置の動作（遅角制御）を説明するための波形図である。
【図６】従来技術に係るブラシレスモーターの駆動制御方法を説明するための図である。
【図７】ブラシレスモーターの消費電力と駆動タイミング（通電信号の位相）との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
ＣＮＴ：制御部（ＣＰＵ）
ＤＲＶ：駆動部
ＳＥＮ：電圧電流検出器
ＭＥＭ：記憶部（メモリ）
ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ：ローター位置検出器
Ｍ：ブラシレスモーター

Claims

多相の通電信号が供給される複数のステーターと、該ステーターから磁気的な作用を受けて回転するローターと、該ローターの外周に沿って所定角度おきに配置されたローター位置検出器とを備えて構成されたブラシレスモーターの駆動制御方法において、
（ａ）前記ローター位置検出器の出力信号にエッジが発生する度に、前記複数のステーターに供給される各相の通電信号の電流値と電圧値とを読み取って電力値を算出する第１のステップと、
（ｂ）前記電力値が最小となるように、前記各相の通電信号の位相を制御する第２のステップと、を含み、
前記第２のステップは、
（ｂ１）前回の電力値と今回の電力値とを比較するステップと、
（ｂ２）前記電力値の比較の結果、前記電力値が減少する傾向を示す場合に前回と同一の位相角方向に前記通電信号の位相を補正し、前記電力値が増加する傾向を示す場合に前回と反対の位相角方向に前記通電信号の位相を補正するステップと、
を含むことを特徴とするブラシレスモーターの駆動制御方法。
前記第２のステップは、
（ｂ３）前記補正により得られた各位相に基づき、前記通電信号の位相を与えるタイマー値を設定するステップと、
（ｂ４）前記タイマー値を初期値としてカウントし、該タイマー値に応じた位相を有する通電信号を生成するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載されたブラシレスモーターの駆動制御方法。
前記第２のステップは、ソフトウェア上のタイマー割り込み機能を利用して実行されるものであることを特徴とする請求項１または２の何れかに記載されたブラシレスモーターの駆動制御方法。
前記ブラシレスモーターの起動時に、前記ローターの位置を示す信号に基づいて前記通電信号の位相を制御するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載されたブラシレスモーターの駆動制御方法。
多相の通電信号が供給される複数のステーターと、該ステーターから磁気的な作用を受けて回転するローターと、該ローターの外周に沿って所定角度おきに配置されたローター位置検出器とを備えて構成されたブラシレスモーターの駆動制御装置において、
前記各相の通電信号を発生して前記ブラシレスモーターを駆動する駆動部と、
前記ローター位置検出器の出力信号にエッジが発生する度に、前記各相の通電信号の電流値及び電圧値を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づき、前記複数のステーターに供給される電力値を算出し、該電力値が最小となるように前記各相の通電信号の位相を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前回の電力値と今回の電力値とを比較し、前記電力値の比較の結果、前記電力値が減少する傾向を示す場合に前回と同一の位相角方向に前記通電信号の位相を補正し、前記電力値が増加する傾向を示す場合に前回と反対の位相角方向に前記通電信号の位相を補正する、
ことを特徴とするブラシレスモーターの駆動制御装置。