JP4735681B2 - モータ制御回路,車両用ファン駆動装置及びモータ制御方法 - Google Patents
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ところが、例えば車両、特にエンジンルームに搭載されるモータは動作環境が非常に厳しく、高温となる環境下ではロータマグネットの磁束が低下するため、回転時にステータ巻線に発生する誘起電圧の振幅レベルも低下して、センサレス制御に移行できなくなることが想定される。また、長期間使用している間にロータマグネットに錆が発生した場合も、磁束が低下する。
尚、ここで言う「相補PWM制御」とは、インバータ回路を介してモータをPWM制御する場合、インバータ回路を構成する上アーム側,下アーム側のスイッチング素子を双方ともPWM制御するものを示す。
そこで、停止状態若しくは低速回転状態からモータを起動する場合には、相補PWM制御によりモータへの印加電圧振幅が周期的に且つ緩やかに変化するようにした駆動信号の強制転流を行うようにすれば、駆動音の発生を抑制しつつ、上記駆動信号の電圧レベルや周波数を適宜調整することで、モータを確実に起動するためのトルクを与えることも可能となる。
以下、本発明を車両用ファン駆動装置に適用した場合の第1実施例について図1ないし図4を参照して説明する。図1は、車両に搭載されるファンモータをPWM制御により矩形波通電して駆動する装置の一構成例を示すものである。ファン駆動装置1は、例えばECU(Electronic Control Unit)などの上位コントローラ2よりPWM信号として与えられるファンの回転速度指令を信号処理部3で受けると、PWM信号のデューティに応じた電圧信号を変換生成して回転数指令変換回路4に出力する。上位コントローラ2は、例えばラジエータ内部の水温を検知する水温センサ(図示せず)や車両速度を検知する車速センサなどからの出力信号を受けて、それらの検知結果に応じた回転速度指令を出力するものである。
以上において、位置検出回路8,回転数検出回路9,デューティ指令選択回路11,強制転流時デューティ指令生成回路13,駆動方法判定回路22は、起動制御手段23を構成している。
尚、ステップS7における所定値Fchangeの設定については、例えば、モータ7の巻線7U〜7Wに発生する誘起電圧の振幅が、センサレス制御による位置推定が可能となるレベルに達するような周波数とする。また、その条件に加えて、モータ7によるファン6の駆動騒音が、矩形波のセンサレス制御によるモータ7の駆動騒音以上となるような周波数としても良い。後者のように設定した場合、低回転領域においてファン6の騒音が小さい領域で、矩形波によるモータ7単体の駆動騒音が、ファン6の駆動騒音にマスクされ異音として聞こえなくなる。
すなわち、センサレス制御への移行失敗の原因が、動作環境が高温状態にある場合や、ロータマグネットに錆が発生したこと等による場合には、再試行を繰り返しても移行が成功する確率は極めて低いと考えられる。したがって、そのような場合には、センサレス制御への移行を中止してそのまま強制転流で駆動すれば、モータ7を確実に駆動できる。
すなわち、車両用のファン6を定常的に駆動している状態では風切り音が発生するため、モータ7に矩形波状の駆動電圧を印加することで駆動音が発生しても車両の乗員に対してマスキングされるので問題はない。しかし、回転が停止している状態や低速回転状態からモータ7を起動する場合には、駆動音がマスキングされ難くなり駆動音が問題となる。また、モータ7を確実に起動するためのトルクを付与する必要性もある。
図5は本発明の第2実施例を示すものであり、第1実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。第2実施例の構成は第1実施例と同様であり、電流検出回路21を使用する場合の作用について説明する。図2相当図である図5において、ステップS5で直流励磁によるロータ位置決めを行うと、デューティ指令選択回路11は、その際にシャント抵抗20に流れる電流値を、電流検出回路21を介して検出する(ステップS11)。そして、その電流値の大きさに応じて、起動用の駆動信号である擬似正弦波の電圧振幅(最大値)を可変設定する。
図6は本発明の第3実施例を示すものである。第3実施例では、起動用駆動信号の電圧を次第に増加させる(ステップS14)。すなわち、正弦波状に変化する振幅の最大値を、ステップS14を実行する毎に増加させる。例えば、印加電圧の上限に達するまでの間に、その上限の1%分ずつ増加させる。これにより、モータ7をより滑らかに及び確実に起動することができる。
図7は本発明の第4実施例を示すものである。第4実施例では、第3実施例のステップS14に替わるステップS15において、起動用駆動信号の転流周波数と電圧とを同一の所定比で順次増加させる。例えば、周波数を2.5Hz〜25Hzまで0.05Hz/msの割合で増加させながら強制転流を行うとき、デューティを15%から0.36%/Hzの比率で上昇させる。これにより、モータ7を一層滑らかに及び確実に起動することができる。
図8は本発明の第5実施例を示すものである。第5実施例では、第4実施例と同様に起動用駆動信号の転流周波数と電圧(パラメータ)とを双方共に順次増加させるが、それらの初期値並びに増加量をデータとして、EEPROM24(メモリ)に記憶させる。そして、ステップS5を実行すると、デューティ指令選択回路11は、EEPROM24に記憶されている転流周波数,印加電圧の初期値(例えば周波数は2.5Hz(10極モータの場合30rpm),電圧はデューティ15%)を読み出して設定し(ステップS16)、ステップS6の強制転流を開始する。
図9〜図12は本発明の第6〜第8実施例を示すものである。第6〜第8実施例は、モータ7を強制転流させる場合に印加する起動用駆動信号波形のバリエーションを示す。図9に示す第6実施例は、図3(b)と同様の2相変調方式による擬似正弦波の分解能をより荒くしたもので、通電角を15°ステップとしたものである。
センサレス制御時の駆動信号波形は、120°通電方式の矩形波に限ることなく、通電角が180°未満となる信号であれば良い。
起動用駆動信号として用いる擬似正弦波は、その他、例えば通電角が30°ステップのものでも良く、通電角が60°未満であれば良い。
強制転流時の駆動信号の印加電圧は、負荷によっては第1実施例のように一定でも構わない。また、周波数や印加電圧を最初に高く設定し、その後次第に低下させるなど、負荷トルクや慣性モーメントにより最適な値に設定すれば良い。
強制転流からセンサレス制御に移行する間にモータへの通電をOFFする期間は、電気角360°以上に限ることなく、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。また、通電OFF期間自体を設けるか否かについても、適宜決定すれば良い。
所定値Aについては、適宜変更して設定すれば良い。
第2実施例を、第3〜第8実施例に適用しても良い。
第5実施例において、記憶手段はEEPROMでなくても良い。
インバータ回路の上アーム側に、NチャネルMOSFETを使用しても良い。
インバータ回路を構成するスイッチング素子は、IGBTでも良い。
車両用のファンを駆動するものに限らず、特に起動時におけるモータの駆動音を低減する必要があるものに適用が可能である。
Claims (17)
- 180°未満の通電角で、通電休止区間に発生する誘起電圧により位置推定し通電を行うセンサレス制御方式によりブラシレスDCモータを駆動制御するモータ制御回路において、
前記モータが前記センサレス制御を適用できない停止状態又は低速回転状態にある場合に起動指令が与えられると、相補PWM制御により前記モータへの印加電圧振幅が周期的に且つ緩やかに変化するようにした駆動信号の強制転流により当該モータを起動した後に、前記センサレス制御に切替えるように制御すると共に、
前記センサレス制御への切替えを所定回数試行しても前記センサレス制御への移行ができなかった場合は、前記強制転流による前記モータの駆動をそのまま継続させる起動制御手段を備えたことを特徴とするモータ制御回路。 - 前記起動用駆動信号の波形は、電気角60°未満の区間毎に前記モータへの印加電圧振幅が変化するように設定される擬似正弦波であることを特徴とする請求項1記載のモータ制御回路。
- 前記起動制御手段は、前記モータが3相である場合、前記擬似正弦波状の起動用駆動信号を、2相変調方式により前記モータに印加することを特徴とする請求項2記載のモータ制御回路。
- 前記起動用駆動信号の波形は、台形波状に変化するように設定されることを特徴とする請求項1記載のモータ制御回路。
- 前記起動用駆動信号の波形は、三角波状に変化するように設定されることを特徴とする請求項1記載のモータ制御回路。
- 前記起動制御手段は、前記強制転流時における前記起動用駆動信号の前記モータへの印加電圧振幅を、次第に増加させることを特徴とする請求項1ないし5の何れかに記載のモータ制御回路。
- 前記起動制御手段は、前記強制転流時における前記起動用駆動信号の周波数及び前記モータへの印加電圧振幅を、一定比で次第に増加させることを特徴とする請求項1ないし5の何れかに記載のモータ制御回路。
- 前記起動制御手段は、前記起動用駆動信号のパラメータ初期値及び増加量を格納する記憶手段を備え、前記初期値及び前記増加量を可変出来るようにしたことを特徴とする請求項6又は7記載のモータ制御回路。
- 請求項1ないし8の何れかに記載のモータ制御回路を備え、
前記モータによって車両に搭載されるファンを駆動することを特徴とする車両用ファン駆動装置。 - 180°未満の通電角で、通電休止区間に発生する誘起電圧により位置推定し通電を行うセンサレス制御方式によりブラシレスDCモータを駆動制御する方法において、
前記モータが前記センサレス制御を適用できない停止状態又は低速回転状態にある場合に起動指令が与えられると、相補PWM制御により前記モータへの印加電圧振幅が周期的に且つ緩やかに変化するようにした駆動信号の強制転流により当該モータを起動した後に、前記センサレス制御に切替え、
前記センサレス制御への切替えを所定回数試行しても前記センサレス制御への移行ができなかった場合は、前記強制転流による前記モータの駆動をそのまま継続させることを特徴とするモータ制御方法。 - 前記起動用駆動信号の波形を、電気角60°未満の区間毎に前記モータへの印加電圧振幅が変化するように設定される擬似正弦波とすることを特徴とする請求項10記載のモータ制御方法。
- 前記モータが3相である場合、前記擬似正弦波状の起動用駆動信号を、2相変調方式により前記モータに印加することを特徴とする請求項11記載のモータ制御方法。
- 前記起動用駆動信号の波形を、台形波状に変化するように設定することを特徴とする請求項10記載のモータ制御方法。
- 前記起動用駆動信号の波形を、三角波状に変化するように設定することを特徴とする請求項10記載のモータ制御方法。
- 前記強制転流時における前記起動用駆動信号の前記モータへの印加電圧振幅を、次第に増加させることを特徴とする請求項10ないし14の何れかに記載のモータ制御方法。
- 前記強制転流時における前記起動用駆動信号の周波数及び前記モータへの印加電圧振幅を、一定比で次第に増加させることを特徴とする請求項10ないし15の何れかに記載のモータ制御方法。
- 前記起動用駆動信号のパラメータ初期値及び増加量を記憶手段に格納して、前記初期値及び増加量を可変させることを特徴とする請求項15又は16記載のモータ制御方法。
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