JP5273322B2 - 進角値設定方法、モータ駆動制御回路、およびブラシレスモータ - Google Patents

Description

本発明は、例えばファンモータやブロアなどの送風機に使用されるブラシレスモータの進角値を設定する進角値設定方法、この進角値設定方法により設定された進角値に基づきモータを駆動制御するモータ駆動制御回路、およびこのモータ駆動制御回路を備えたブラシレスモータに関する。

このようなブラシレスモータは、一般的にロータの回転位置を検出する位置センサを備えている。そして、位置センサにより検出された位置情報に基づく通電タイミングでステータの巻線が駆動されることにより、ロータの回転位置や回転速度が制御される。ところが、例えば位置センサの取り付け位置がずれたりすると、ブラシレスモータの正確な回転制御ができなくなり、回転効率の低下や回転音の増大などを招くという課題があった。

このため、従来、位置センサからの位置情報を、適切な通電タイミングに補正して巻線駆動するような技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような従来の技術では、モータ制御回路においてモータ電流検出手段と通電タイミングを補正する補正手段とを設けた構成としている。そして、モータ制御回路は、モータ電流検出手段で検出したモータ電流値が極小なるように、補正手段が通電タイミングを補正するように制御している。より具体的には、あらゆる運転状態での最適な位相補正量を予め調べてメモリに蓄える。そして、このように予めメモリに蓄積した位相補正量を使って運転した後、補正量を適宜ゆらがせて、モータ電流が極小値をとる場合の位相補正量を最適値としている。すなわち、従来のモータ制御回路は、モータ電流が小さくなるような進角量（電流進み位相角）でモータを駆動している。

この従来例では、このように構成することで、回路定数、モータ巻線定数、直流電圧、モータ電流などのばらつきによる影響を抑制し、回転制御の安定化を図っていた。

しかしながら、上述した従来例のようにモータ電流の極小値を検出しようとしても精度よく極小値を検出できないという課題があった。図９Ａは、通電タイミングに相当する進角量とモータ電流との理論的な特性例を示した図である。図９Ａに示すように、理論的には、ある一定な回転数において進角量を変化させたとき、下に凸となるような特性となり、モータ電流が最小となる極小値が存在する。すなわち、モータ電流が極小値となる進角量で巻線を駆動することにより、モータを効率よく駆動することができる。一方、図９Ｂは、進角量とモータ電流との測定例を示した図である。図９Ｂでは、ある一定な回転数において、進角量を変化させたときのモータ電流値を測定した一例を示している。図９Ｂに示すように、モータ電流を実測定した場合、理論的な下に凸となるような特性は得られにくい。すなわち、モータ電流の極小値近辺は、大きな電流値に比べてノイズの影響を受け易く、また、通電タイミングの変化に対する電流値の変化量も少ない領域となる。このため、モータ電流を実測定した場合、モータ電流の極小値は容易に検出できないことが解かる。よって、従来例のような構成としても、最適な位相補正量とならなかったり、位相補正量が頻繁に変化することによる騒音が発生したりするなどの課題があった。

特開平６−２８４７８２号公報

本発明の進角量設定方法は、巻線を巻回したステータとステータに対向して回転自在に配置されたロータとを含むブラシレスモータの巻線を、予め設定した保存進角値に基づく通電タイミングで通電駆動するモータ駆動装置の進角値設定方法である。本進角量設定方法は、予め定めた回転数で回転するようにロータを回転させるステップと、回転数で回転する期間において進角値を切替えながら巻線を通電駆動するステップと、巻線を通電する電流量の平均値を切替えた進角値ごとにそれぞれ対応づけて算出するステップと、ある進角値に対応する平均値とその前後の平均値との合計値を進角値ごとに算出するステップと、合計値それぞれのうちで最も小さい合計値を求めるステップと、最も小さい合計値に対応する進角値を回転数に対する前記保存進角値として設定するステップとを備える。

この構成により、電流値の平均値を実測に基づき算出し、この平均値を最も小さくするような進角値を抽出して保存進角値としているので、組立によるばらつきなどによる影響を吸収できる。このため、モータ電流値が極小なるような進角量をより精度よく求めることができ、モータ実働時のモータ電流を精度よく抑え、低騒音化を図ることが可能となる。

また、本発明の進角量設定方法は、上記ブラシレスモータが回転軸に装着されたファンをさらに備え、ファンの吹出し側または吸込み側に空気整流部材を配置し、ファンを回転させ、上述のそれぞれのステップを実行する。

この構成により、ファンモータに上述の進角値設定方法を適用する場合、ファンに対する負荷変動を抑制でき、より好適に保存進角値を求めることができる。

また、本発明のモータ駆動制御回路は、上述の進角値設定方法を実行する機能を備え、保存進角値に基づく進角でモータ駆動する。

この構成により、精度よくモータ電流値を極小とするような進角でモータ駆動できるため、モータの低騒音化を図ることが可能となる。

また、本発明のブラシレスモータは、上述のモータ駆動制御回路を内蔵または一体化している。

この構成により、モータ電流値を極小とするような進角で本ブラシレスモータが駆動されるため、低騒音化を図ることが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態１におけるブラシレスモータの断面を示す図である。 図２は、同ブラシレスモータのモータケースの内部を上面から示した図である。 図３は、同ブラシレスモータのモータ駆動制御回路のブロック図である。 図４は、同進角値設定方法のフローチャートである。 図５は、同進角値設定方法によって保存進角値を算出する詳細を示す図である。 図６は、同進角値テーブルに基づき算出した進角値の一例を示す図である。 図７は、本発明の実施の形態２における進角値設定方法の構成を示す図である。 図８は、同進角値設定方法での空気整流部材の斜視図である。 図９Ａは、通電タイミングに相当する進角量とモータ電流との理論的な特性例を示した図である。 図９Ｂは、従来の進角量とモータ電流と測定例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態における進角値設定方法、モータ駆動制御回路およびブラシレスモータについて図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態におけるブラシレスモータ１０の断面を示す図である。本実施の形態では、ロータがステータの内周側に回転自在に配置されたインナロータ型のブラシレスモータの例を挙げて説明する。本実施の形態のブラシレスモータは、複数相の巻線を有しており、各相がパルス幅変調（以下、適宜、ＰＷＭと呼ぶ）された信号で駆動されて回転する。

図１に示すように、ブラシレスモータ１０は、ステータ１１、ロータ１２、回路基板１３およびモータケース１４を備えている。モータケース１４は密封された円筒形状の金属で形成されており、ブラシレスモータ１０は、このようなモータケース１４内にステータ１１、ロータ１２および回路基板１３を収納した構成である。モータケース１４は、ケース本体１４ａとケース蓋１４ｂとで構成され、ケース本体１４ａにケース蓋１４ｂを装着することで略密封されたモータケース１４となる。

図１において、ステータ１１は、ステータ鉄心１５に相ごとの巻線１６を巻回して構成される。本実施の形態では、互いに１２０度位相が異なるＵ相、Ｖ相、Ｗ相とする３つの相に区分した巻線１６をステータ鉄心１５に巻回した一例を挙げて説明する。ステータ鉄心１５は、内周側に突出した複数の突極を有している。また、ステータ鉄心１５の外周側は概略円筒形状であり、その外周がケース本体１４ａに固定されている。

ステータ１１の内側には、空隙を介してロータ１２が挿入されている。ロータ１２は、ロータフレーム１７の外周に円筒形状の永久磁石１８を保持し、軸受１９で支持された回転軸２０を中心に回転自在に配置される。すなわち、ステータ鉄心１５の突極の先端面と永久磁石１８の外周面とが対向するように配置されている。

さらに、このブラシレスモータ１０には、各種の回路部品３１を実装した回路基板１３がモータケース１４の内部に内蔵されている。これら回路部品３１によって、モータを制御や駆動するための駆動制御回路が構成される。また、回路基板１３には、ロータ１２の回転位置を検出するために、ホール素子などによる位置検出センサ３８も実装されている。ステータ鉄心１５には支持部材２１が装着されており、回路基板１３は、この支持部材２１を介してモータケース１４内に固定される。そして、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれの巻線１６の端部が引出線１６ａとしてステータ１１から引き出されており、回路基板１３にそれぞれの引出線１６ａが接続されている。

このような構成とするため、まず、ステータ１１をケース本体１４ａの内部に挿入してケース本体１４ａの内面に固定し、次にロータ１２、回路基板１３をケース本体１４ａの内部に収納した後、ケース蓋１４ｂをケース本体１４ａに固着することで、位置検出センサや駆動制御回路を内蔵したブラシレスモータ１０が形成される。なお、ブラシレスモータ１０が駆動制御回路を一体化した構成であってもよい。特に、モータケース１４を金属製とすることによりシールド効果があるため、回路基板１３やステータ１１などから外部に放射される電磁ノイズを抑制できる。また、ステータ鉄心１５をケース本体１４ａに直接固定した構成であるため、ステータ１１で生じた熱を金属製のモータケース１４を介して外部に放熱できる。

図２は、本実施の形態におけるブラシレスモータ１０のモータケース１４の内部を上面から示した図である。なお、図２では、巻線１６を巻回していな状態でのステータ鉄心１５を示している。また、図２は、ステータ鉄心１５と永久磁石１８との配置関係を示している。図２に示すように、ステータ鉄心１５は、環状のヨーク１５ａと、突極としてのそれぞれのティース１５ｂとで構成されている。本実施の形態では、突極数を１２極とした１２個のティース１５ｂを有する一例を挙げている。このようなステータ鉄心１５の外周が、ケース本体１４ａの内面に固着される。また、ティース１５ｂのそれぞれは、内周側へと延伸して突出するとともに、ティース１５ｂ間の空間であるスロットを形成しながら周方向に等間隔で配置されている。また、ティース１５ｂは、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかに順番に対応づけられている。そして、Ｕ相のティース１５ｂにはＵ相の巻線１６が巻回され、Ｖ相のティース１５ｂにはＶ相の巻線１６が巻回され、Ｗ相のティース１５ｂにはＷ相の巻線１６が巻回される。また、このような１２個のティース１５ｂの先端部と対面して、内周側にロータ１２が配置される。ロータ１２が保持する永久磁石１８は、Ｓ極とＮ極とが交互に配置されるように、周方向に等間隔で着磁されている。本実施の形態の永久磁石１８は、図２に示すように、Ｓ極とＮ極とを一対として５対、すなわち、周方向に磁極数が１０極となるように着磁されている。このように、ブラシレスモータ１０は、１０極１２スロットの構成である。

以上のように構成されたブラシレスモータ１０に対して、外部から電源電圧や制御信号を供給することにより、回路基板１３の制御回路や駆動回路によって巻線１６に駆動電流が流れ、ステータ鉄心１５から磁界が発生する。そして、ステータ鉄心１５からの磁界と永久磁石１８からの磁界とにより、それら磁界の極性に応じて吸引力および反発力が生じ、これらの力によって回転軸２０を中心にロータ１２が回転する。

次に、回路基板１３上に実装された位置検出センサ３８や回路部品３１により構成されたモータ駆動制御回路について説明する。

図３は、本実施の形態におけるブラシレスモータ１０のモータ駆動制御回路（以下、適宜、駆動制御回路と呼ぶ）４０の構成を示すブロック図である。

駆動制御回路４０は、３つの相にそれぞれ対応する位置検出センサ３８とともに、回転制御部４１、駆動波形生成部４２、ＰＷＭ回路４３、インバータ４４、通電タイミング生成部４５、位置信号生成部４６、進角算出部４８、電流検出部５０、進角テーブル生成部５１、および進角値テーブル５２を備える。駆動制御回路４０には、例えば外部の上位器などから、回転速度として例えば１分間あたりの回転数（ｒｐｍ）を指令する回転指令信号Ｒｒが通知される。

回転指令信号Ｒｒは、回転制御部４１に通知される。また、回転制御部４１には、位置信号生成部４６で生成された検出位置信号Ｒｐが通知される。検出位置信号Ｒｐは、基本的にはロータ１２の回転位置検出に基づき生成した信号である。回転制御部４１は、回転指令信号Ｒｒと検出位置信号Ｒｐとに基づき、巻線１６への駆動量を示す回転制御信号Ｄｄを生成する。

具体的には、回転制御部４１は、速度指令を示す回転指令信号Ｒｒと、検出位置信号Ｒｐから微分演算などにより算出した検出速度との速度偏差を求める。そして、回転制御部４１は、速度指令に従った実速度となるように、速度偏差に応じたトルク量を示す回転制御信号Ｄｄを生成する。回転制御部４１は、このような回転制御信号Ｄｄを駆動波形生成部４２に供給する。

駆動波形生成部４２は、巻線１６を駆動するための波形信号Ｗｄを相ごとに生成し、生成した波形信号ＷｄをＰＷＭ回路４３に供給する。巻線１６を正弦波駆動する場合には波形信号Ｗｄは正弦波信号であり、巻線１６を矩形波駆動する場合には波形信号Ｗｄは矩形波信号である。また、波形信号Ｗｄの振幅は、回転制御信号Ｄｄに応じて決定される。そして、波形信号ＷｄをＰＷＭ回路４３に供給するタイミングは、通電タイミング生成部４５からの通電位相信号Ｄｐに応じて決定される。基準とするタイミングに対して、通電位相信号Ｄｐに応じたタイミングが進み方向の位相のときにはいわゆる進角であり、遅れ方向の位相のときには遅角である。

ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）回路４３は、駆動波形生成部４２から相ごとに供給された波形信号Ｗｄを変調信号として、それぞれにパルス幅変調を行う。ＰＷＭ回路４３は、このように波形信号Ｗｄでパルス幅変調したパルス列の信号である駆動パルス信号Ｐｄを、インバータ４４に供給する。

インバータ４４は、駆動パルス信号Ｐｄに基づいて、相ごとに巻線１６への通電を行い、巻線１６を駆動する。インバータ４４は、電源の正極側に接続されたスイッチ素子と負極側に接続されたスイッチ素子とを、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれに備えている。また、正極側と負極側との両スイッチ素子の反電源側は互いに接続されており、この接続部がインバータ４４から巻線１６を駆動する駆動出力端部となる。Ｕ相の駆動出力端部Ｕｏは巻線１６Ｕに、Ｖ相の駆動出力端部Ｖｏは巻線１６Ｖに、そして、Ｗ相の駆動出力端部Ｗｏは巻線１６Ｗに、それぞれ引出線１６ａを介して接続される。そして、それぞれの相において、駆動パルス信号Ｐｄによりスイッチ素子がオンオフされると、電源からオンのスイッチ素子を介し、駆動出力端部から巻線１６に駆動電流が流れる。ここで、駆動パルス信号Ｐｄは波形信号Ｗｄをパルス幅変調した信号であるため、各スイッチ素子がこのようにオンオフされることにより、波形信号Ｗｄに応じた駆動電流でそれぞれの巻線１６が通電される。

以上のような構成により、回転指令信号Ｒｒに従ってロータ１２の回転速度や回転位置を制御するフィードバック制御ループが形成される。

次に、検出位置信号Ｒｐや通電位相信号Ｄｐを生成するための構成について説明する。

まず、回路基板１３上に実装された位置検出センサ３８は、回転するロータ１２の永久磁石１８の磁極変化を検出し、位置センサ信号Ｄｅｔとして出力する。位置センサ信号Ｄｅｔは、通電タイミング生成部４５および位置信号生成部４６に供給される。

位置信号生成部４６は、位置センサ信号Ｄｅｔを用いて検出位置信号Ｒｐを生成し、回転制御部４１に供給する。

通電タイミング生成部４５は、位置センサ信号Ｄｅｔのタイミングを基準タイミングとして、基準タイミングからある進角量だけ位相をずらせたタイミングを生成する。通電タイミング生成部４５には、進角算出部４８から進角量としての進角値Ｐが供給される。そして、通電タイミング生成部４５は、基準タイミングから進角値Ｐだけ進角したタイミングを示す通電位相信号Ｄｐを生成する。このような通電位相信号Ｄｐが、駆動波形生成部４２に供給される。これにより、駆動波形生成部４２は、位置センサ信号Ｄｅｔに基づく基準タイミングから通電位相信号Ｄｐだけ進角したタイミングで、波形信号Ｗｄを出力する。

駆動制御回路４０は、このような進角値Ｐを生成するため、進角値テーブル５２と進角算出部４８とを備えている。さらに、本実施の形態では、進角値テーブル５２を生成するために、進角テーブル生成部５１を備えたことを特徴としている。

詳細については以下で説明するが、進角値テーブル５２は、回転数（ｒｐｍ）に対応づけてその回転数で最適とする進角値を記憶している。本実施の形態では、各回転数においてモータ電流が最も少なくなるような進角値を保存進角値として記憶している。

進角算出部４８には回転指令信号Ｒｒが通知され、進角算出部４８は、回転指令信号Ｒｒ近傍の回転数に対応する進角値ＰＲを進角値テーブル５２から読み出す。そして、進角算出部４８は、読み出した進角値ＰＲを利用して回転指令信号Ｒｒに対応した進角値Ｐを、例えばスプライン補間などの演算によって算出する。このようにして求めた進角値Ｐが通電タイミング生成部４５に供給される。なお、以下、進角値テーブル５２に設定した複数の進角値を保存進角値ＰＲとし、保存進角値ＰＲを用いて演算により算出した進角値を進角値Ｐとして説明する。

駆動制御回路４０は以上のような構成を有しており、ブラシレスモータ１０の回転動作において、駆動制御回路４０に回転指令信号Ｒｒが通知されると、進角算出部４８は、進角値テーブル５２を参照してモータ電流が最小となるような進角値Ｐを算出する。通電タイミング生成部４５は、この進角値Ｐだけ位相をずらせた通電位相信号Ｄｐを駆動波形生成部４２に供給する。そして、駆動波形生成部４２は、進角値Ｐだけ基準タイミングから位相がずれたタイミングで、波形信号ＷｄをＰＷＭ回路４３に供給する。駆動制御回路４０は、このように動作することにより、回転指令信号Ｒｒに応じて、その回転数でモータ電流が最小となるようにブラシレスモータ１０を回転駆動する。このように、ブラシレスモータ１０はモータ電流が最小となるように回転するため、運転時はトルクが最小となり、モータ騒音も抑制できる。

さらに、本実施の形態では、進角値テーブル５２の各値を生成するため、駆動制御回路４０は、電流検出部５０および進角テーブル生成部５１を備えている。電流検出部５０は、インバータ４４に供給される電流量Ｉｄを検出し、検出した電流量Ｉｄを電流値Ｉｔとして進角テーブル生成部５１に通知する。また、進角テーブル生成部５１は、順次通知される電流値Ｉｔを利用し、回転数に応じて最適な進角値を保存進角値ＰＲとして進角値テーブル５２に設定する。

駆動制御回路４０には、外部の上位器などから進角設定信号ＴＭが通知され、進角設定信号ＴＭにより進角設定が指示されると、駆動制御回路４０は、進角テーブル生成部５１を中心に進角値設定の動作を開始する。このような進角値設定は、例えば、ブラシレスモータ１０の生産において、図１のように組立てられた後、モータ個体ごとに調整工程などで実施される。モータ個体ごとに進角値を設定することにより、例えば位置検出センサ３８の実装位置など組立によるばらつき、巻線１６や永久磁石の磁気特性のばらつきなどによる影響を吸収でき、モータ個体ごとの最適な進角値設定が可能となる。

次に、駆動制御回路４０において実施される本発明の進角値設定方法について説明する。

進角設定信号ＴＭが通知されると、駆動制御回路４０は、次のように進角値設定の動作を実行する。まず、進角テーブル生成部５１が、回転制御部４１に対し、回転指令信号Ｒｒに対応する回転指令信号Ｒｔにより回転数ＲＴを指令するとともに、通電タイミング生成部４５に対し、進角値Ｐに対応する進角値ＰＴにより通電のタイミングを制御する。すなわち、回転制御部４１は、回転指令信号Ｒｒに代えて回転指令信号Ｒｔにより動作し、通電タイミング生成部４５は、進角値Ｐに代えて進角値ＰＴにより動作する。さらに、進角テーブル生成部５１は、電流値Ｉｔを順次検出し、検出した電流値Ｉｔに基づき保存進角値ＰＲを生成して進角値テーブル５２に設定する。これにより、駆動制御回路４０は、進角値テーブル５２に保存された保存進角値ＰＲに基づく通電タイミングで巻線１６を通電駆動する。なお、以上のようにして保存進角値ＰＲを生成するために、通電タイミング生成部４５に供給する進角値を、以下、上述のように進角値ＰＴとして説明する。

本実施の形態の進角値設定方法では、概略次のようにして、保存進角値ＰＲを進角値テーブル５２に設定している。まず、進角テーブル生成部５１は、回転指令信号Ｒｔにより所定の回転数ＲＴ（＝ＲＴ０）でブラシレスモータ１０を回転させる。この所定の回転数ＲＴ（＝ＲＴ０）で回転中に、進角値ＰＴを順次変更しながら電流値Ｉｔを検出して、モータ電流が最小となるような保存進角値ＰＲ（＝ＰＲ０）を求める。この一巡の動作が終わると、進角テーブル生成部５１は、回転指令信号Ｒｔにより次の回転数ＲＴ（＝ＲＴ１）で回転させて次の保存進角値ＰＲ（＝ＰＲ１）を求める。進角テーブル生成部５１は、順次このような動作を繰り返して、各回転数ＲＴに対応して最適とする保存進角値ＰＲをそれぞれ求め、進角値テーブル５２に保存する各値を作成している。

図４は、このような進角値設定方法の詳細を示すフローチャートである。また、図５は、最適とする各保存進角値ＰＲを算出する詳細を示す図である。以下、図４および図５を参照しながら、本実施の形態の進角値設定方法について説明する。ここでは、回転数ＲＴとして、回転数ＲＴ０からＲＴ１、ＲＴ２と順に回転数ＲＴ９までの１０段階の回転数を設定し、各回転数ＲＴに対応する保存進角値ＰＲ（以下、適宜、単に進角値ＰＲとして説明する）として、１０個の進角値ＰＲ０〜ＰＲ９を求める例を挙げている。より具体的には、回転数ＲＴ０＝２００［ｒｐｍ］、回転数ＲＴ１＝３００［ｒｐｍ］というように順に回転数ＲＴを設定し、例えば、回転数ＲＴ０＝２００［ｒｐｍ］に対する進角値ＰＲとして、進角値ＰＲ０＝５°［電気角］を求めている。すなわち、この例の場合、回転数が２００［ｒｐｍ］のときには進角量を５°［電気角］とすることが最適であるとしている。

図４において、まず、進角値設定の動作が開始されると、進角テーブル生成部５１は、本設定処理開始の回転数ＲＴとする回転数ＲＴ０を回転制御部４１に指令する（ステップＳ１００）。これにより、ブラシレスモータ１０は、回転数ＲＴ０となるように回転駆動される（ステップＳ１０２）。そして、安定した回転数ＲＴ０となるまで待機する（ステップＳ１０４）。

安定した回転数ＲＴ０となると、進角テーブル生成部５１は、まず、初期値とする進角値ＰＴ０を通電タイミング生成部４５に設定する（ステップＳ１０６）。この設定により、通電タイミング生成部４５は、進角値ＰＴ０のタイミングを示す通電位相信号Ｄｐを駆動波形生成部４２に供給する。これによって、ブラシレスモータ１０は、このとき、回転数ＲＴ０の状態で、進角値ＰＴ０だけ進角して回転駆動される（ステップＳ１１０）。

このような駆動状態で、進角テーブル生成部５１は、例えば１０００回とするような所定の回数だけ電流値Ｉｔを測定する（ステップＳ１１２）。さらに、進角テーブル生成部５１は、所定回数分測定した電流値Ｉｔの平均電流値Ｉｐを算出する（ステップＳ１１４）。以下、進角値ＰＴ０のときの平均電流値Ｉｐを平均電流値Ｉｐ０、ＰＴ１のとき平均電流値Ｉｐ１、ＰＴｍのとき平均電流値Ｉｐｍとして説明する。

進角テーブル生成部５１は、現在設定の進角値ＰＴが最後の進角値ＰＴであるかどうかを判定し、最後の進角値ＰＴでなければステップＳ１１８に進み、最後の進角値ＰＴであればステップＳ１２０に進む（ステップＳ１１６）。すなわち、例えば初期値の進角値ＰＴ０が終了すると、回転数ＲＴは同じ状態で、次の進角値ＰＴ１を設定（ステップＳ１１８）し、ステップＳ１１０に進む。そして、新たな進角値ＰＴ１だけ進角させて回転駆動し、進角テーブル生成部５１が、進角値ＰＴ１に対応する平均電流値Ｉｐ１を算出する。

図４では、このようなループ処理を進角値ＰＴ０から進角値ＰＴｍまで繰り返す一例を挙げている。また、図５の平均電流値テーブルは、このような処理で作成したテーブルの一例である。図５の平均電流値テーブルでは、進角値ＰＴをＰＴ０＝１９［°］からＰＴ１４＝３３［°］まで１［°］間隔で設定し、それぞれ平均電流値ＩｐとしてＩｐ０＝Ｉ１９［Ａ］からＩｐ１４＝Ｉ３３［Ａ］まで算出した例を示している。すなわち、図５の平均電流値テーブルにおいて、例えば、進角値ＰＴを１９［°］に設定したときに得られた平均電流値Ｉｐは、Ｉ１９［Ａ］であったことを示している。

ステップ１１０からステップ１１６までのループ処理により、各進角値ＰＴに対応した平均電流値Ｉｐの算出が終了すると、移動平均を算出するように、連続した複数個の平均電流値Ｉｐの合計値ＳＩを、順にずらせながら算出する（ステップＳ１２０）。すなわち、中心とする平均電流値Ｉｐとその前後の所定個の平均電流値Ｉｐとの合計値ＳＩを、順にずらしながら算出する。図５では、連続した７個の平均電流値Ｉｐの合計値ＳＩを、このようにして算出する例を挙げている。例えば、合計値ＳＩがＳＩ３の場合、中心とする平均電流値ＩｐのＩｐ３とその前後それぞれ３個との合計、すなわち、Ｉｐ０からＩｐ６までの合計値ＳＩ３を算出している。そして、次に、Ｉｐ１からＩｐ７までの合計値ＳＩ４を算出するというように、合計値ＳＩとして、ＳＩ３からＳＩ１１までを求めている。ここで、中心とする平均電流値Ｉｐに対応する進角値ＰＴと合計値ＳＩとを対応づけている。例えば、合計値ＳＩ３は進角値ＰＴ３に対応させ、合計値ＳＩ４は進角値ＰＴ４に対応させている。

次に、進角テーブル生成部５１は、このようにして算出した複数の合計値ＳＩの中で最小となる合計値ＳＩを探索し、最小となる合計値ＳＩに対応した進角値ＰＴを抽出する。そして、そのときの回転数ＲＴに対応させ、このように抽出した進角値ＰＴを進角値ＰＲとして、進角値テーブル５２に設定する（ステップＳ１２２）。すなわち、本実施の形態の進角値設定方法では、最小となる合計値ＳＩに対応した進角値ＰＴを、回転数ＲＴでの最適な進角値ＰＲとする。そして、このような進角値ＰＲを、各回転数ＲＴに対応させて進角値テーブル５２に設定している。例えば、図５において、回転数ＲＴ０のとき、合計値ＳＩ３からＳＩ１１までの中でＳＩ７が最小の場合、合計値ＳＩ７に対応する進角値ＰＴ７が抽出される。そして、回転数ＲＴ０に対応させて、抽出した進角値ＰＴ７を進角値ＰＲ０として進角値テーブル５２に設定する。図５の例では、進角値ＰＴ７は２６［°］であるので、回転数ＲＴ０に対応する進角値ＰＲ０として２６［°］が設定される。すなわち、この場合、回転数ＲＴ０においてモータ電流を最小とするのに最適な進角量を、２６［°］としている。

図４において、進角テーブル生成部５１は、現在設定の回転数ＲＴが最後の回転数ＲＴであるかどうかを判定し、最後の回転数ＲＴでなければステップＳ１２６に進み、最後の回転数ＲＴであれば、処理を終了する（ステップＳ１２４）。すなわち、例えば設定開始時での回転数ＲＴ０が終了すると、次の回転数ＲＴ１を設定（ステップＳ１２６）し、ステップＳ１０２に進む。そして、新たな回転数ＲＴ１に変更して回転駆動し、進角テーブル生成部５１が、新たな回転数ＲＴ１における進角値ＰＲ１の設定を実行する。

図４では、このようなループ処理を回転数ＲＴ０から回転数ＲＴｎまで繰り返す一例を挙げている。また、図５の進角値テーブルは、このような処理で作成したテーブルの一例である。図５の進角値テーブルでは、回転数ＲＴ０から回転数ＲＴ９まで、それぞれの回転数ＲＴに対応した進角値ＰＲ０から進角値ＰＲ９までを設定した一例を示している。

以上、本実施の形態の進角値設定方法は、次のような各ステップを含む。すなわち、予め定めた回転数ＲＴで回転するようにロータ１２を回転させるステップＳ１０２。回転数ＲＴで回転する期間において、進角値ＰＴを切替えながら巻線１６を通電駆動するステップＳ１１０。巻線１６を通電する電流量Ｉｄの平均値を平均電流値Ｉｐとして、切替えた進角値ＰＴごとにそれぞれ対応づけて算出するステップＳ１１４。ある進角値ＰＴｍに対応する平均電流値Ｉｐｍとその前後の平均電流値Ｉｐ（ｍ−１）、Ｉｐ（ｍ−２）・・・、Ｉｐ（ｍ＋１）、Ｉｐ（ｍ＋２）・・・、との合計値ＳＩｍを、進角値ＰＴごとに算出するステップＳ１２０。合計値ＳＩそれぞれのうちで最も小さい合計値ＳＩｘを求め、最も小さい合計値ＳＩｘに対応する進角値ＰＴｘを、回転数ＲＴに対する保存進角値ＰＲｘとして設定するステップＳ１２２。

さらに、回転数ＲＴを切替えるステップＳ１２６と、保存進角値ＰＲを、切替えた回転数ＲＴごとにそれぞれ対応づけて設定するステップＳ１２２とを備える。

このように、本進角値設定方法は、平均電流値Ｉｐを実測に基づき算出し、平均電流値Ｉｐを最も小さくするような進角値ＰＴを抽出して保存進角値ＰＲとすることで、位置検出センサ３８の実装位置など組立によるばらつき、巻線１６や永久磁石の磁気特性のばらつきなどによる影響を吸収している。さらに、モータ個体ごとに保存進角値ＰＲを設定することで、モータ個別のばらつきをも吸収し、より最適な進角量の設定を図っている。

図６は、進角値テーブル５２に基づき算出した進角値Ｐの一例を示す図である。図６では、進角算出部４８による各回転数に対して最適とする進角値Ｐを補間曲線として実線で示している。また、参考に理論特性値を破線で示している。

上述の進角値設定方法により、進角値テーブル５２には、図６に示すような保存進角値ＰＲ０〜ＰＲ９が記憶されている。そして、本ブラシレスモータ１０の通常動作時においては、進角算出部４８が、回転指令信号Ｒｒ近傍の回転数に対応する進角値ＰＲを進角値テーブル５２から読み出し、回転指令信号Ｒｒに対応した進角値Ｐを出力する。

例えば、通常動作時、図６に示すように、回転指令信号Ｒｒにより回転数Ｒｔａが指令されると、進角算出部４８は、回転数Ｒｔａ近傍に対応する進角値ＰＲとして、進角値テーブル５２から進角値ＰＲ１、ＰＲ２およびＰＲ３を読み出す。進角算出部４８は、進角値ＰＲ１、ＰＲ２およびＰＲ３を用いて、３次スプライン補間により図６のような補間曲線を算出する。そして、進角算出部４８は、この補間曲線に基づき曲線補間し、回転数Ｒｔａに対応した進角値Ｐとして進角値Ｐａを出力する。ブラシレスモータ１０は、このような進角値Ｐａだけ進角して回転数Ｒｔａで回転駆動される。

このように、駆動制御回路４０は、最適な保存進角値ＰＲに基づき生成した進角値Ｐを用いて巻線１６を駆動し、ブラシレスモータ１０のモータ電流の低減化を図っている。また、ブラシレスモータ１０は、モータ電流が最小となるように回転駆動されるため、運転時はトルクが最小となり、そのモータ騒音が抑制される。

なお、回路基板１３にマイコンを搭載し、駆動制御回路４０の機能をプログラムとして組み込み、上述した本進角値設定方法の各ステップの処理や進角値Ｐを算出する処理などを実行するよう構成すればよい。このように構成することで、例えば、本進角値設定処理を含む各処理をより柔軟に実行することができる。

また、本進角値設定方法は、ブラシレスモータ１０の製造工程で実施するのに加えて、ブラシレスモータ１０の点検時や保守時に実施可能なように構成してもよい。

（実施の形態２）
実施の形態２では、実施の形態１における進角値設定方法をファンモータに適用した一例について説明する。すなわち、本実施の形態でのブラシレスモータは、ロータの回転に応じて回転するファンを備えたファンモータである。なお、実施の形態１と同じ構成要素につては同一の符号を付して説明し、これらの詳細な説明は省略する。

図７は、本実施の形態における進角値設定方法の構成を示す図である。また、図８は、本実施の形態における空気整流部材の斜視図である。以下、これら図面を参照しながら本実施の形態における進角値設定方法について説明する。

図７に示すように、本実施の形態のブラシレスモータ６０は、回転軸２０にファン６１を装着したファンモータである。ここでは、実施の形態１のブラシレスモータ１０にファン６１を装着したファンモータの一例を示している。

このようなファン６１を備えたブラシレスモータ６０の場合、ファン６１が負荷となるため、進角値設定時において保存進角値ＰＲの精度がより悪化する。すなわち、実施の形態１のようにして保存進角値ＰＲを設定するとき、ファン６１の羽根先端部の振動や空気密度などの影響を受け、検出する電流量Ｉｄがより変動しやすくなる。このため、電流量Ｉｄの変動が保存進角値ＰＲに影響し、保存進角値ＰＲは、実際の最適な進角値からずれた値となりやすい。

そこで、本実施の形態では、ブラシレスモータ６０の進角値設定時において、ファン６１の吸い込み側あるいは吹き出し側に、図７に示すように、空気整流部材７０を配置している。本進角値設定方法は、このような配置構成において、図４で示した手順で保存進角値ＰＲを進角値テーブル５２に設定している。

空気整流部材７０は、図７および図８に示すように、中空の整流部材本体７１と整流部材本体７１内に配置した通風抵抗体７５とを備える。整流部材本体７１は、ファン６１からの風流を取り込む吸込口７２と風流を吹き出す吹出口７３とを備えている。また、通風抵抗体７５は、板状のフィン７６を複数平行に並べて配置した構成である。フィン７６間の空隙を吸込口７２からの空気が吹出口７３へと流れるように、整流部材本体７１内に通風抵抗体７５が配置される。

進角値設定時において、ファン６１の例えば風出側に、このような空気整流部材７０を配置することにより、ファン６１からの空気の流れが整流される。すなわち、通風抵抗体７５によって、空気の流れに対する一定負荷がかかることになり、安定した空気の流れとなる。このため、ファン６１の羽根先端部の振動や空気密度の変動などを抑制でき、電流検出部５０が検出する電流量Ｉｄの変動も抑制でき、その結果、精度よく保存進角値ＰＲを求めることができる。

このように、本実施の形態では、ファンモータに本発明の進角値設定方法を適用する場合、より好適に保存進角値ＰＲを求めることができる。

本発明の進角値設定方法は、モータ電流を精度よく抑制可能な進角値を設定でき、本発明のモータ駆動制御装置およびブラシレスモータは、本進角値設定方法による進角値を用いるため、特に低騒音が求められるファンモータやブロアに好適であり、さらに、低騒音が求められる電気機器に使用されるモータにも有用である。

１０ ブラシレスモータ
１１ ステータ
１２ ロータ
１３ 回路基板
１４ モータケース
１４ａ ケース本体
１４ｂ ケース蓋
１５ ステータ鉄心
１５ａ ヨーク
１５ｂ ティース
１６ 巻線
１６ａ 引出線
１７ ロータフレーム
１８ 永久磁石
１９ 軸受
２０ 回転軸
２１ 支持部材
３１ 回路部品
３８ 位置検出センサ
４０ 駆動制御回路
４１ 回転制御部
４２ 駆動波形生成部
４３ ＰＷＭ回路
４４ インバータ
４５ 通電タイミング生成部
４６ 位置信号生成部
４８ 進角算出部
５０ 電流検出部
５１ 進角テーブル生成部
５２ 進角値テーブル
６０ ブラシレスモータ
６１ ファン
７０ 空気整流部材
７１ 整流部材本体
７２ 吸込口
７３ 吹出口
７５ 通風抵抗体
７６ フィン

Claims (9)

1. 巻線を巻回したステータと前記ステータに対向して回転自在に配置されたロータとを含むブラシレスモータの前記巻線を、予め設定した保存進角値に基づく通電タイミングで通電駆動するモータ駆動制御回路の進角値設定方法であって、
   予め定めた回転数で回転するように前記ロータを回転させるステップと、
   前記回転数で回転する期間において、進角値が単調増加または単調減少するように該進角値を段階的に複数設定し、前記進角値それぞれを順次変更し切替えて、該切替えた進角値ごとに前記巻線を通電駆動するステップと、
   前記巻線を通電する電流量の平均値を、前記切替えた進角値ごとにそれぞれ対応づけて算出するステップと、
   前記切替えた進角値の中で、ある進角値を中心として昇または降順に連続した複数の前記進角値に対応するそれぞれの前記平均値に対し、該それぞれの前記平均値との合計値を、前記中心とする進角値ごとに算出するステップと、
   前記合計値それぞれのうちで最も小さい合計値を求めるステップと、
   前記最も小さい合計値に対応する進角値を、前記回転数に対する前記保存進角値として設定するステップとを備えたことを特徴とする進角値設定方法。
2. 前記回転数を切替えるステップをさらに備え、
   前記進角値を設定するステップにおいて、前記進角値を切替えた回転数ごとにそれぞれ対応づけて、前記保存進角値として設定することを特徴とする請求項１に記載の進角値設定方法。
3. 前記ブラシレスモータは回転軸に装着されたファンをさらに備え、
   前記ファンの吹出し側または吸込み側に空気整流部材を配置し、
   前記ファンを回転させ、
   前記それぞれのステップを実行することを特徴とする請求項１に記載の進角値設定方法。
4. 前記空気整流部材は、板状のフィンを複数平行に並べて配置した通風抵抗体を含むことを特徴とする請求項３に記載の進角値設定方法。
5. 請求項１に記載の進角値設定方法を実行する機能を備え、
   前記保存進角値に基づく進角でモータ駆動することを特徴とするモータ駆動制御回路。
6. 請求項１に記載の進角値設定方法を実行する機能を含み、前記保存進角値を生成する進角テーブル生成部と、
   生成された前記保存進角値を記憶する進角値テーブルと、
   前記進角値テーブルに記憶された前記保存進角値に基づき進角量を算出する進角算出部とを備え、
   前記進角算出部で算出された進角量でモータ駆動することを特徴とするモータ駆動制御回路。
7. 前記進角算出部は、回転数ごとの複数の前記保存進角値を用いて補間により算出した前記進角量でモータ駆動することを特徴とする請求項６に記載のモータ駆動制御回路。
8. 前記補間は、曲線補間であることを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動制御回路。
9. 請求項５に記載のモータ駆動制御回路を内蔵または一体化したことを特徴とするブラシレスモータ。

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