JP5370625B1 - モータ制御システム、モータ制御装置およびブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

モータ制御システムは、車輪駆動部を制御し、ＩＧスイッチがオフになると電源の供給が停止される上位ＥＣＵと、上位ＥＣＵからＰＷＭ指令信号を受信し、冷却ブロアのモータを制御するモータ制御装置と、を備える。上位ＥＣＵは、ＰＷＭ指令信号のパルスのデューティ比をモータの目標回転速度により変調し、ＰＷＭ指令信号のパルスの周期をモータの継続動作時間により変調してモータ制御装置に送信する。モータ制御装置は、受信したＰＷＭ指令信号から目標回転速度および継続動作時間を復元し、モータの回転速度を制御するとともに、ＰＷＭ指令信号が未受信となる時間が継続動作時間より大きくなるとモータの回転を停止させる。

Description

本発明は、冷却ブロア用のモータ制御システム、モータ制御装置およびブラシレスモータに関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車は、車自身を走行させるため、大型バッテリ（主機バッテリ）を搭載しており、このバッテリを冷却するために空冷ブロアを用いている。大型バッテリは自動車の走行中のみでなく、停止してイグニッションスイッチをオフした後も、オフする直前の状況に応じて所定の冷却が必要である。このような冷却ブロアは、エンジンなどの車輪駆動部を制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）と呼ばれる電子制御ユニットから冷却ブロアの冷却能力（例えば、ファンの回転数）や冷却時間（例えば、ファンの回転継続時間）の指示を受け取ることにより制御される。ところが、通常、電子制御ユニットは、イグニッションスイッチがオフされると給電が停止されるため、冷却ブロアに対する冷却指示の送信が停止するという問題がある。

従来、この問題に対処するために、従来のエンジン自動車においてエンジンの過熱による損傷を防止するために、次のような手法が提案されている。この手法では、エンジンの負荷を検出する負荷検出手段、エンジンの冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段、電動冷却ポンプや電動クーリングファンを駆動する駆動手段を備える。そして、エンジン停止後には電子制御ユニットを介さず、バッテリからリレーなどを介して、駆動手段にエンジンの負荷や冷却水の温度に基づいて一定期間電源を供給して、駆動手段を動作させている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上述した従来の手法は、負荷検出手段や冷却水温度検出手段から駆動手段に情報を伝達するための配線やリレーなどの余分な部品が必要になる。また、エンジン停止後も、電子制御ユニットに電源を供給して動作させ、一定時間経過後に自らリレーを操作して電源供給を停止する方法も考えられる。しかしながら、この場合も別途リレーが必要になったり、リレーの接点が溶着したりするという不具合も予想される。また、電子制御ユニットはもともとエンジンなどの車輪駆動手段を制御するためのものであり、消費電力が大きい。したがって、電子制御ユニットにより冷却ブロアを制御すると、過剰な電力を消費してしまう。

実開平０６−３４１３１号公報

本発明のモータ制御システムは、車両の車輪駆動部を制御し、イグニッションスイッチがオフになると電源の供給が停止される上位コントローラと、上位コントローラからＰＷＭ指令信号を受信し、車輪駆動部に電源を供給する電源供給部を冷却するための冷却ブロアのモータを制御するモータ制御装置と、を備えるモータ制御システムである。上位コントローラは、ＰＷＭ指令信号のパルスのデューティ比をモータの目標回転速度により変調するとともに、ＰＷＭ指令信号のパルスの周期をモータの継続動作時間により変調し、変調されたＰＷＭ指令信号をモータ制御装置に送信する。モータ制御装置は、受信したＰＷＭ指令信号を復調して目標回転速度および継続動作時間を復元し、目標回転速度に基づいてモータの回転速度を制御するとともに、ＰＷＭ指令信号が未受信となる時間が継続動作時間より大きくなるとモータの回転を停止するよう制御する。

これにより、車輪駆動部に電源を供給する電源供給部を、イグニッションスイッチがオフされた後でも適切に冷却でき、簡単な構成で安価かつ電力消費の少ない冷却ブロア用のモータ制御システムを提供できる。

また、本発明のモータ制御装置は、上位コントローラからＰＷＭ指令信号を受信し、冷却ブロアのモータを制御するモータ制御装置である。本モータ制御装置は、ＰＷＭ指令信号に基づいて目標回転速度を出力するＰＷＭ信号処理部と、モータのロータの回転位置を検出して位置検出信号を出力する位置検出部と、位置検出信号に基づいてモータの回転速度を算出し検出回転速度を出力する回転速度算出部と、目標回転速度と検出回転速度とに基づいて駆動信号を出力する回転制御部と、駆動信号に基づいてモータを通電駆動する通電駆動部と、を備える。そして、ＰＷＭ信号処理部は、ＰＷＭ指令信号のパルスのデューティ比から目標回転速度を復元し、ＰＷＭ指令信号のパルスの周期から継続動作時間を復元し、ＰＷＭ指令信号が未受信となる時間が継続動作時間より大きくなるとモータの回転を停止させる目標回転速度を回転制御部へ供給する。

これにより、車輪駆動部に電源を供給する電源供給部を、イグニッションスイッチがオフされた後でも適切に冷却でき、簡単な構成で安価かつ電力消費の少ない冷却ブロア用のモータ制御システムを提供できる。

また、本発明のモータ制御装置では、ＰＷＭ信号処理部は、ＰＷＭ指令信号のパルスの周期を検出する周期検出部と、ＰＷＭ指令信号のパルスのデューティ比を検出するデューティ比検出部と、パルスの周期に基づいて継続動作時間を算出する継続動作時間算出部と、パルスのデューティ比に基づいて目標回転速度を算出する目標回転速度算出部と、ＰＷＭ指令信号が入力されない信号未入力時間を計測する時間計測部と、信号未入力時間が継続動作時間より大きくなると、モータの回転を停止させる目標回転速度を出力する目標回転速度指令部と、を備える。

さらに、本発明のブラシレスモータは、ロータと、３相の巻線を備えたステータと、巻線を通電駆動する上記のモータ制御装置とを備える。

このように、本発明によれば、車載用のバッテリを適切に冷却でき、簡単な構成でかつ電力消費の少ない冷却ブロア用のモータ制御システム、モータ制御装置およびブラシレスモータを提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態におけるモータ制御システムを含む車の制御系のブロック図である。 図２は、本発明の実施の形態におけるモータ制御システムの構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の実施の形態における上位ＥＣＵの機能ブロック図である。 図４は、本発明の実施の形態におけるＰＷＭ信号処理部の機能ブロック図である。 図５は、本発明の実施の形態におけるＰＷＭ信号処理部の動作を説明するための信号波形図である。 図６は、本発明の実施の形態におけるＰＷＭ信号処理部の動作を説明するための信号波形図である。 図７は、本発明の実施の形態におけるブラシレスモータの断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態におけるモータ制御システムを含む車の制御系のブロック図である。図１は、電気自動車やハイブリッド自動車の冷却ブロアおよびその制御を中心にその構成例を示す。車両の車輪駆動用モータなどの車輪駆動部には電源供給部としての主機バッテリ２から電源が供給されている。冷却ブロア８はブラシレスモータ５０とブラシレスモータ５０により回転駆動されるファン７から構成されている。主機バッテリ２は、冷却ブロア８からの送風によって冷却される。ブラシレスモータ５０は、モータ４０と、モータ４０の回転を制御するモータ制御装置１０から構成されている。この冷却ブロア８の冷却能力はモータ４０の回転速度で決定される。このモータ４０の回転速度は、モータ制御装置１０が上位コントローラ（以下、上位ＥＣＵと呼ぶ）２０から指令信号を受信することにより制御される。

上位ＥＣＵ２０は、車速センサやアクセル開度センサからの情報に基づいて車輪駆動部４や車内のエアコン（図示せず）なども制御する。また、上位ＥＣＵ２０は、主機バッテリ２の温度を検出する温度センサ６からの情報に基づいて冷却ブロア８の冷却能力を制御する。具体的には、上位ＥＣＵ２０は、ＰＷＭ信号線１９を介してモータ制御装置１０にＰＷＭ信号によりモータ４０の目標回転速度の情報を送信する。なお、ここでモータ４０の回転速度とは、モータ４０の単位時間当たりの回転数である。

上位ＥＣＵ２０やブラシレスモータ５０には、主機バッテリ２とは別に補機バッテリ３から電源が供給される。なお、補機バッテリ３は、上位ＥＣＵ２０やブラシレスモータ５０のほかにラジオなどの他の車載モジュールにも電源を供給している。ここで、上位ＥＣＵ２０はマイクロコンピュータ（以下、マイコンと呼ぶ）、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されており、車輪駆動部４を高精度に制御する必要があるためにマイコンをはじめ、高性能な部品を使用している。そのため、上位ＥＣＵ２０の消費電力は大きくなる。そこで、低消費電力化のために、上位ＥＣＵ２０からの制御が不要な場合には上位ＥＣＵ２０への電源の供給を止めて消費電力を削減している。このため、上位ＥＣＵ２０は、イグニッションスイッチ（以下、ＩＧスイッチと呼ぶ）５を介して補機バッテリ３に接続されている。そして、運転中、すなわちＩＧスイッチ５がオン（以下、ＯＮと記載）の状態では常時電源が供給されるが、停車してＩＧスイッチ５がオフ（以下、ＯＦＦと記載）になった状態では電源供給が停止される。一方、ブラシレスモータ５０は、ＩＧスイッチ５がＯＦＦの状態でも主機バッテリ２を冷却する必要があるために補機バッテリ３と直接接続されている。モータ制御装置１０もマイコンを含んでいるが、モータ制御装置１０のマイコンは、上位ＥＣＵ２０から指令信号を受信しないときは、スリープモードに設定してできるだけ消費電力を抑えるようにしている。

次に、図２〜図５を参照してモータ制御システム１の構成および動作を説明する。図２は、本発明の実施の形態におけるモータ制御システムの構成を示すブロック図である。

図２に示すように、本実施の形態のモータ制御システム１は、ブラシレスモータ５０と、このブラシレスモータ５０を制御する上位ＥＣＵ２０とを含む構成である。また、詳細については以下で説明するが、本実施の形態では、ブラシレスモータ５０が、モータ制御装置１０を構成する回路部品を実装した構成としている。すなわち、図２に示すように、ブラシレスモータ５０において、モータ制御装置１０がモータ４０を駆動制御する。

モータ４０は、ロータと巻線５６を有したステータとを備えており、巻線５６を通電駆動することでロータが回転する。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相でモータ４０を駆動するブラシレスモータ５０の一例を挙げて説明する。このような３相駆動を行うため、モータ４０は、巻線５６として、Ｕ相を駆動する巻線５６Ｕ、Ｖ相を駆動する巻線５６ＶおよびＷ相を駆動する巻線５６Ｗを有している。

モータ制御装置１０は、相ごとに巻線５６に所定の波形の駆動電圧を印加する。これによって、ロータは、モータ制御装置１０からの回転制御に従った回転速度で回転する。また、このような回転制御を行うため、モータ４０には、ロータの回転位置や回転速度を検出するためのセンサが配置されている。本実施の形態では、ロータの回転位置を検出するために各相に対応させて、ホール素子などの３つの位置検出センサ４９をモータ４０に配置している。そして、モータ制御装置１０には、位置検出センサ４９からのセンサ信号Ｄｅｔが供給されている。

また、図２に示すように、モータ制御装置１０は、ＰＷＭ信号線１９を介して上位ＥＣＵ２０と信号接続されている。モータ制御装置１０には、上位ＥＣＵ２０からＰＷＭ信号線１９を介して、モータ４０を回転制御するための指令が通知される。また、逆に、ブラシレスモータ５０における情報が、モータ制御装置１０からＰＷＭ信号線１９を介して、上位ＥＣＵ２０に通知される。以下の説明では、上位ＥＣＵ２０からブラシレスモータ５０のモータ制御装置１０に指令が通知される場合について説明する。

本実施の形態では、上位ＥＣＵ２０からの指令として、モータ４０の目標回転速度を指令する目標回転速度指令がモータ制御装置１０に通知される。また、目標回転速度指令によって指令される回転速度は、ＰＷＭ信号線１９を介して、パルス幅変調されたＰＷＭ指令信号Ｓｉとして通知される。また、目標回転速度指令としては、例えば１分間あたりの回転数（ｒｐｍ）を用いている。

次に、モータ制御装置１０の構成について説明する。モータ制御装置１０は、図２に示すように、回転制御部１２、ＰＷＭ駆動回路１４、インバータ１５、位置検出部１６、回転速度算出部１７、ＰＷＭ信号処理部３０を備えている。そして、モータ制御装置１０には、上述したように、モータ４０に配置した３つの位置検出センサ４９から、センサ信号Ｄｅｔが供給されている。さらに、モータ制御装置１０は、ＰＷＭ指令信号Ｓｉを伝送するＰＷＭ信号線１９を介して、上位ＥＣＵ２０と接続されている。

まず、位置検出センサ４９からのセンサ信号Ｄｅｔは、位置検出部１６に供給される。位置検出部１６は、ロータの回転に伴う磁極変化に応じて変化するセンサ信号Ｄｅｔから、各相の位置情報を検出する。例えば、位置検出部１６は、磁極変化時点においてセンサ信号Ｄｅｔがゼロクロスするタイミングを検出し、この検出したタイミングに基づく位置検出信号Ｐｄを出力する。すなわち、回転するロータの回転位置はこのような検出タイミングと対応しており、検出タイミングを利用して回転位置を検出できる。また、位置検出信号Ｐｄは、具体的には、例えばこのような検出タイミングを示すパルス信号とすればよい。位置検出部１６は、それぞれの相に対応した位置検出信号Ｐｄを、回転速度算出部１７に供給する。

回転速度算出部１７は、位置検出信号Ｐｄが示す回転位置に基づき、例えば微分演算などによりロータの回転速度を算出する。回転速度算出部１７は、算出した回転速度を検出回転速度Ｖｄとして時系列に回転制御部１２に供給する。なお、本実施の形態では、位置検出センサ４９からのセンサ信号Ｄｅｔに基づいて検出回転速度Ｖｄを生成するような一例を挙げて説明するが、速度検出手段によりロータ速度を検出し、この検出結果に基づき検出回転速度Ｖｄを生成するような構成であってもよい。すなわち、検出回転速度Ｖｄは、モータの実回転から検出した速度を示す時系列の値や信号であればよい。

ＰＷＭ信号処理部３０は、上位ＥＣＵ２０から送出されたＰＷＭ指令信号Ｓｉを受け取り、パルス幅変調された信号を復調する動作を行う。ＰＷＭ信号処理部３０は、この復調動作によって、受け取ったＰＷＭ指令信号Ｓｉから目標回転速度Ｖｒを時系列に復元する。ＰＷＭ指令信号Ｓｉは、上位ＥＣＵ２０が指令する回転速度、すなわち目標回転速度指令に応じたパルス幅のパルスで構成されるパルス信号である。ＰＷＭ信号処理部３０は、ＰＷＭ指令信号Ｓｉの各パルスのパルス幅、あるいはパルス幅に対応するデューティ比を検出することによって、ＰＷＭ指令信号Ｓｉを復調する。そして、ＰＷＭ信号処理部３０は、復調動作によって復元した目標回転速度Ｖｒを時系列に出力する。ＰＷＭ信号処理部３０がこのように動作することによって、上位ＥＣＵ２０の目標回転速度指令が目標回転速度Ｖｒとして復元される。

目標回転速度Ｖｒは、回転制御部１２に供給される。また、回転制御部１２には、回転速度算出部１７で算出された検出回転速度Ｖｄが供給されている。回転制御部１２は、目標回転速度Ｖｒと検出回転速度Ｖｄとに基づき、巻線５６への駆動量を示す駆動値Ｄｄを生成する。具体的には、回転制御部１２は、速度指令を示す目標回転速度Ｖｒと、実速度に対応した検出速度を示す検出回転速度Ｖｄとの速度偏差を求める。そして、回転制御部１２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駆動値Ｄｄを生成する。回転制御部１２は、このような駆動値ＤｄをＰＷＭ駆動回路１４に供給する。

ＰＷＭ駆動回路１４は、巻線５６を駆動するための駆動波形を相ごとに生成し、生成した駆動波形をそれぞれパルス幅変調し、駆動パルス信号Ｄｐとして出力する。巻線５６を正弦波駆動する場合には駆動波形は正弦波波形であり、矩形波駆動する場合には駆動波形は矩形波波形である。また、駆動波形の振幅は、駆動値Ｄｄに応じて決定される。ＰＷＭ駆動回路１４は、相ごとに生成した駆動波形を変調信号として、それぞれにパルス幅変調を行い、駆動波形でパルス幅変調したパルス列の駆動パルス信号Ｄｐを、インバータ１５に供給する。

インバータ１５は、駆動パルス信号Ｄｐに基づいて、相ごとに巻線５６への通電を行い、巻線５６を通電駆動する。インバータ１５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。Ｕ相の駆動出力Ｕｏは巻線５６Ｕに、Ｖ相の駆動出力Ｖｏは巻線５６Ｖに、そして、Ｗ相の駆動出力Ｗｏは巻線５６Ｗに接続されている。そして、それぞれの相において、駆動パルス信号Ｄｐによりスイッチ素子がＯＮ／ＯＦＦされる。すると、電源からＯＮのスイッチ素子を介し、さらに駆動出力から巻線５６に対して駆動電圧が供給される。この駆動電圧の供給によって、巻線５６に駆動電流が流れる。ここで、駆動パルス信号Ｄｐは駆動波形をパルス幅変調した信号であるため、駆動波形に応じた駆動電流でそれぞれの巻線５６が通電される。

また、ＰＷＭ駆動回路１４とインバータ１５とによって、通電駆動部１３が構成される。通電駆動部１３は、上述のように駆動値Ｄｄに基づいて、モータ４０の巻線５６を相ごとに通電駆動する。

以上のような構成により、目標回転速度Ｖｒに追従するようにロータの回転速度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、図３〜図５を参照して上位ＥＣＵ２０とモータ制御装置１０のＰＷＭ信号処理部３０の詳細な構成について説明する。図３は、本発明の実施の形態における上位ＥＣＵ２０の機能ブロック図である。図４は、本発明の実施の形態におけるＰＷＭ信号処理部３０の機能ブロック図である。図５は、本発明の実施の形態におけるＰＷＭ信号処理部の動作を説明するための信号波形図である。ただし、図３は、冷却ブロア８の制御に関係する構成のみを示している。

図３、図４に示すように、上位ＥＣＵ２０およびＰＷＭ信号処理部３０には、クロック信号Ｃｋ１が供給されている。クロック信号Ｃｋ１は一定周期のパルス信号であり、ＰＷＭ指令信号Ｓｉの周波数よりも十分に高い周波数である。例えば、ＰＷＭ指令信号Ｓｉの周波数を５００Ｈｚとし、クロック信号Ｃｋ１の周波数を１ＭＨｚとしている。また、図３に示す構成では、クロック信号Ｃｋ１をカウントするカウンタを利用してＰＷＭ信号を生成するような構成例を挙げている。

まず、図３、図５を参照して上位ＥＣＵ２０の構成および動作を説明する。図５は、モータ制御装置１０における要部の信号波形やタイミングなどを示しており、図５の上段では、実線でＰＷＭ指令信号Ｓｉの信号波形を示し、点線で目標回転速度指令を示し、一点鎖線で継続動作時間指令を示している。図５の下段では、実線でパルス開始を示す信号Ｐｓのタイミングを示している。

図３に示すように、上位ＥＣＵ２０は、目標回転速度決定部２１、継続動作時間決定部２２、デューティ比算出部２３、周波数算出部２４およびＰＷＭ信号出力部２５を備えている。目標回転速度決定部２１は温度センサ６からの主機バッテリ２の温度や、車速センサからの車速情報に基づいてモータ４０の目標回転速度を決定して、目標回転速度指令をデューティ比算出部２３へ供給する。デューティ比算出部２３は、この目標回転速度指令に応じたＰＷＭ変調信号の各パルスのパルス幅を算出し、ＰＷＭ信号出力部２５へ供給する。ここで目標回転速度は時間あたりの回転数である。デューティ比を変更することにより、目標回転数（ｒｐｍ）を１０％〜９０％の範囲で変更する。同様に、継続動作時間決定部２２は、温度センサ６からの主機バッテリ２の温度や、車速センサからの車速の情報に基づいて、ＩＧスイッチ５がＯＦＦになってからモータ４０の回転を停止するまでのモータ４０の継続動作時間を決定して、継続動作時間指令を周波数算出部２４へ供給する。周波数算出部２４は、この継続動作時間指令に応じたＰＷＭ変調信号の周波数、すなわち各パルスの周期を算出し、ＰＷＭ信号出力部２５へ供給する。この周波数を、例えば、４００Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲で変化させ、継続動作時間をこの周波数の変化に対応して、例えば、１分から１０分の範囲で変更する。

次に、図４を参照してＰＷＭ信号処理部３０の構成および動作を詳細に説明する。図４は、ＰＷＭ指令信号Ｓｉを復調する構成のみを示している。ＰＷＭ信号処理部３０は、スリープ解除検出部３１、立上りエッジ検出部３２、エッジ周期検出部３３、デューティ比検出部３４、時間計測部としてのタイマカウンタ３５、継続動作時間算出部３６、目標回転速度算出部３７、目標回転速度指令部３８を備えている。

ＰＷＭ信号処理部３０において、上位ＥＣＵ２０から受信したＰＷＭ指令信号Ｓｉは、スリープ解除検出部３１と、立上りエッジ検出部３２とに供給される。ＰＷＭ指令信号Ｓｉは、図５の上段に示すように、周期Ｔｐ（Ｔｐ１またはＴｐ２）のパルス列であり、各周期Ｔｐ期間は、レベルが高いＯＮ期間Ｔｏｎ（Ｔｐｏｎ１またはＴｐｏｎ２）とレベルが低いＯＦＦ期間Ｔｏｆｆ（Ｔｐｏｆｆ１またはＴｐｏｆｆ２）と構成されている。この周期Ｔｐは継続動作時間により変調されている。また、ＯＮ期間Ｔｏｎと周期Ｔｐとの比であるデューティ比（Ｔｏｎ／Ｔｐ）が目標回転速度によって変調されている。すなわち、ＰＷＭ信号処理部３０では、周期Ｔｐを検出することにより継続動作時間が復元でき、周期Ｔｐ期間に対するＯＮ期間Ｔｏｎの比率であるデューティ比を検出することによって、目標回転速度を復元できる。

例えば、図５の上段に示すように、目標回転速度指令のレベルが小（例えば、目標回転速度を小さくする指令）で、継続動作時間指令のレベルが大（例えば、継続動作時間を大きくする指令）である領域Ａでは、ＰＷＭ信号出力部２５は、パルス周期がＴｐ１、ＯＮ期間がＴｏｎ１、ＯＦＦ期間がＴｏｆｆ１であるパルス列の信号であるＰＷＭ指令信号Ｓｉを生成して、ＰＷＭ信号処理部３０へ送信する。一方、目標回転速度指令のレベルが領域Ａにおけるよりも大きく、継続動作時間指令のレベルが領域Ａにおけるよりも小さい領域Ｂにおいては、ＰＷＭ信号出力部２５は、例えば、パルス周期がＴｐ２（Ｔｐ２＜Ｔｐ１）で、ＯＮ期間がＴｏｎ２、ＯＦＦ期間がＴｏｆｆ２（Ｔｏｎ２／Ｔｐ２＞Ｔｏｎ１／Ｔｐ１）であるＰＷＭ指令信号Ｓｉを生成して、ＰＷＭ信号処理部３０へ送信する。なお、本実施の形態の目標回転速度指令、継続動作時間指令の各レベル、パルス周期Ｔｐ、デューティ比（Ｔｏｎ／Ｔｐ）とのそれぞれの関係はあくまで一例でありこれに限定されるものではない。

スリープ解除検出部３１は、ＰＷＭ指令信号Ｓｉから立上りまたは立下りのエッジを検出し、ＰＷＭ信号処理部３０を構成するマイコンがスリープモード中にエッジが検出されると自身のスリープモードを解除する。

立上りエッジ検出部３２は、ＰＷＭ指令信号Ｓｉの各パルスに対し、ＯＦＦからＯＮへと立上るエッジのタイミングを検出し、そのタイミングに基づいてエッジ検出信号Ｐｓを生成する。このエッジ検出信号Ｐｓのタイミングは、図５の下段に示すように、ＰＷＭ指令信号Ｓｉを構成する各パルスの開始タイミングに対応している。生成したエッジ検出信号Ｐｓは、エッジ周期検出部３３、デューティ比検出部３４およびタイマカウンタ３５に供給される。本実施の形態では、所定方向に変化するエッジのタイミングを検出するエッジタイミング検出部の一例として、このような動作を行う立上りエッジ検出部３２を挙げている。

エッジ周期検出部３３は、立上りエッジ検出部３２から順次供給されるエッジ検出信号Ｐｓの周期を検出する。本構成例では、エッジ周期検出部３３は、クロック信号Ｃｋ１の数をカウントするようなカウンタを有している。そして、カウンタがエッジ検出信号Ｐｓ間のクロック数をカウントすることでエッジ検出信号Ｐｓの周期を検出している。エッジ周期検出部３３のカウンタは、このような動作を行い、図５の下段に示すように、周期Ｔｐの期間のカウント数Ｎｔｐを検出する。検出したこのカウント数Ｎｔｐは、ＰＷＭ指令信号Ｓｉを構成する各パルスの周期Ｔｐに対応している。カウント数Ｎｔｐは、継続動作時間算出部３６に供給される。継続動作時間算出部３６は、カウント数Ｎｔｐからモータ４０の動作継続時間を算出して目標回転速度指令部３８に供給する。

デューティ比検出部３４は、本構成例では、クロック信号Ｃｋ１の数をカウントするようなカウンタを有している。デューティ比検出部３４のカウンタは、図５の下段に示すように、エッジ検出信号Ｐｓのタイミングでカウントを開始し、ＰＷＭ指令信号ＳｉのＯＮ期間Ｔｏｎの間カウントを継続し、ＯＮ期間Ｔｏｎのカウント数Ｎｏｎを検出する。さらに、デューティ比検出部３４は、カウント数Ｎｔｐに対するカウント数Ｎｏｎの比率を算出する。この比率は、ＰＷＭ指令信号Ｓｉのデューティ比に対応している。デューティ比検出部３４は、この比率を目標回転速度算出部３７に供給する。目標回転速度算出部３７は、デューティ比より目標回転速度を復元する。

タイマカウンタ３５は、立上りエッジ検出部３２からエッジ検出信号Ｐｓを受け取るとリセットされるカウンタである。すなわち、タイマカウンタ３５は、ＰＷＭ指令信号Ｓｉのパルスが入力されない信号未入力時間を計測し、この信号未入力時間を目標回転速度指令部３８に供給する。

目標回転速度指令部３８は、継続動作時間算出部３６、目標回転速度算出部３７およびタイマカウンタ３５それぞれから出力を受け取り、最終の目標回転速度を決定して、目標回転速度Ｖｒを回転制御部１２へ供給する。

ＩＧスイッチ５がＯＮ状態の場合、例えば、カウント数Ｎｔｐが２０００、カウント数Ｎｏｎが１０００とすると、その比率は０．５となり、デューティ比は５０％となる。目標回転速度指令部３８は、例えば、５０％のデューティ比から目標回転速度Ｖｒが１０００（ｒｐｍ）、２５％のデューティ比の場合には５００（ｒｐｍ）であることを復元する。

一方、ＩＧスイッチ５がＯＦＦ状態になると、上位ＥＣＵ２０への電源供給が停止されるため、上位ＥＣＵ２０からのＰＷＭ指令信号Ｓｉの送信が停止する。この状態では、目標回転速度指令部３８は、タイマカウンタ３５からの出力である信号未入力時間が継続動作時間算出部３６からの出力である継続動作時間Ｔｃよりも長くなると目標回転速度Ｖｒを“０”に設定するように動作する。すなわち、モータ制御装置１０はモータ４０の回転を停止するように制御する。

次に、図６を参照して目標回転速度指令部３８の動作をより詳細に説明する。図６は、本発明の実施の形態におけるＰＷＭ信号処理部の動作を説明するための信号波形図である。

図６は、ＩＧスイッチ５がＯＦＦされる前後の目標回転速度Ｖｒの変化を示しており、図６の上段ではＩＧスイッチ５がＯＮからＯＦＦへ切り換わる状態、図６の中段ではＰＷＭ指令信号Ｓｉの立上りエッジ検出信号Ｐｓ、図６の下段では目標回転速度Ｖｒの変化をそれぞれ示している。

タイマカウンタ３５は、カウンタで構成され、カウンタに供給するクロックＣｋ２はＰＷＭ指令信号Ｓｉの周波数よりも高くても低くてもよく、継続動作時間をカウントするに十分な周波数であればよい。本実施の形態では、クロックＣｋ２の周波数がＰＷＭ指令信号Ｓｉの周波数よりも低い場合で説明する。また、復元された動作継続時間Ｔｃに相当するカウント値をＮｔｃとする。

タイマカウンタ３５のカウンタは立上りエッジ検出信号Ｐｓでリセットされ、入力されたクロックＣｋ２をカウントするように構成されている。図６に示すように、クロックＣｋ２の周期Ｔｃｋ２は、立上りエッジ検出信号Ｐｓの周期Ｔｐより長い。ＩＧスイッチ５が時刻ｔ１でＯＮからＯＦＦに切り換わるとすると、ＩＧスイッチ５がＯＮの時（ｔ０＜ｔ＜ｔ１）は、カウントがスタートする前にタイマカウンタ３５はリセットされるためタイマカウンタ３５の出力は１より大きくならない。一方、ＩＧスイッチ５がＯＦＦに切り換わって以後（ｔ≧ｔ１）は、ＰＷＭ指令信号Ｓｉが入力されなくなるので立上りエッジ検出信号Ｐｓは無くなる。この場合は、タイマカウンタ３５にリセットがかからなくなるので、タイマカウンタ３５はクロックＣｋ２をカウントし、タイマカウンタ３５の出力が継続動作時間に対応するカウント値Ｎｔｃより大きくなると（ｔ≧ｔ２）、目標回転速度を“０”に設定すると同時にＰＷＭ信号処理部３０のマイコンをスリープモードに設定する。

このようにすることで、ＩＧスイッチ５がＯＦＦになる直前の車速や主機バッテリ２の温度に基づいて適切な回転速度で適切な時間だけ、冷却ブロア８のモータ４０を動作させた後に停止させることができる。

なお、以上の説明では、ＰＷＭ信号処理部３０を、カウンタなどを利用して構成した一例を挙げて説明したが、マイコンなどを利用して構成することも可能である。すなわち、上述したようなＰＷＭ信号処理部３０の機能をプログラムとして組み込み、上述のような処理を実行するよう構成すればよい。また、上述の構成例では、パルスの立上りを基準としてＯＮ期間のパルス幅を変調するような一例を挙げて説明したが、パルスの立下りを基準としたり、ＯＦＦ期間のパルス幅を変調したりするような構成であってもよい。要するに、ＰＷＭ信号処理部３０において、受け取ったＰＷＭ指令信号Ｓｉからパルス周期とデューティ比が正しく復元される構成であればよい。

次にブラシレスモータ５０の詳細な構成について説明する。

図７は、本発明の実施の形態におけるブラシレスモータ５０の断面図である。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５０の例を挙げて説明する。

図７に示すように、ブラシレスモータ５０は、ステータ５１、ロータ５２、回路基板５３およびモータケース５４を備えている。モータケース５４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５０は、このようなモータケース５４内にステータ５１、ロータ５２および回路基板５３を収納した構成である。

図７において、ステータ５１は、ステータ鉄心５５に相ごとの巻線５６を巻回して構成される。ステータ鉄心５５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５５の外周側は概略円筒形状であり、その外周がモータケース５４に固定されている。ステータ５１の内側には、空隙を介してロータ５２が挿入されている。ロータ５２は、ロータフレーム５７の外周に円筒形状の永久磁石５８を保持し、軸受５９で支持された回転軸６０を中心に回転自在に配置される。すなわち、ステータ鉄心５５の突極の先端面と永久磁石５８の外周面とが対向するように配置されている。このようなステータ５１と軸受５９で支持されるロータ５２とによりモータ４０が構成されている。

さらに、このブラシレスモータ５０には、各種の回路部品４１を実装した回路基板５３がモータケース５４の内部に内蔵されている。これら回路部品４１によって、モータ４０を制御や駆動するためのモータ制御装置１０が具体的に構成されている。また、回路基板５３には、ロータ５２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４９も実装されている。ステータ鉄心５５には支持部材６１が装着されており、回路基板５３は、この支持部材６１を介してモータケース５４内に固定される。そして、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれの巻線５６Ｕ、５６Ｖ、５６Ｗの端部が引出線５６ａとしてステータ５１から引き出されており、回路基板５３にそれぞれの引出線５６ａが接続されている。

また、ブラシレスモータ５０からは、上位ＥＣＵ２０と接続するためのＰＷＭ信号線１９が引き出されている。

以上のように構成されたブラシレスモータ５０に対して、外部から電源電圧やＰＷＭ指令信号Ｓｉを供給することにより、回路基板５３上に構成されたモータ制御装置１０によって巻線５６に駆動電流が流れ、ステータ鉄心５５から磁界が発生する。そして、ステータ鉄心５５からの磁界と永久磁石５８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６０を中心にロータ５２が回転する。

以上説明したように、本実施の形態におけるモータ制御システム１、モータ制御装置１０では、上位ＥＣＵ２０および冷却ブロア８専用のリレーを備える必要がない。上位ＥＣＵ２０および冷却ブロア８のモータ制御装置１０との間で、モード切替や速度／時間設定のためのシリアル通信が不要となる。したがって、モータ制御装置１０は、安価な部品、低スペックのマイコン等で実現可能となる。また、シリアル通信用の電子部品（ＣＡＮトランシーバ、チョークコイル、高精度クロック等）が不要となる。このため、モータ制御システム１のコストを低減できる。さらに、ＩＧスイッチ５がＯＦＦとなり、継続動作時間が経過するとモータ制御装置１０はスリープモードに移行するため、車両停止時の暗電流を大幅に小さくすることが出来るので、ハイブリッド車の燃費向上、運転距離の向上を図ることができる。

本発明のモータ制御システム、モータ制御装置およびブラシレスモータは、車載用の冷却ブロアに好適であり、特に、大型バッテリで動作するハイブリッド車や電気自動車に搭載される冷却ブロアに有用である。

１ モータ制御システム
２ 主機バッテリ（電源供給部）
３ 補機バッテリ
４ 車輪駆動部
５ ＩＧスイッチ（イグニッションスイッチ）
６ 温度センサ
７ ファン
８ 冷却ブロア
１０ モータ制御装置
１２ 回転制御部
１３ 通電駆動部
１４ ＰＷＭ駆動回路
１５ インバータ
１６ 位置検出部
１７ 回転速度算出部
１９ ＰＷＭ信号線
２０ 上位ＥＣＵ（上位コントローラ）
２１ 目標回転速度決定部
２２ 継続動作時間決定部
２３ デューティ比算出部
２４ 周波数算出部
２５ ＰＷＭ信号出力部
３０ ＰＷＭ信号処理部
３１ スリープ解除検出部
３２ 立上りエッジ検出部
３３ エッジ周期検出部（周期検出部）
３４ デューティ比検出部
３５ タイマカウンタ（時間計測部）
３６ 継続動作時間算出部
３７ 目標回転速度算出部
３８ 目標回転速度指令部
４０ モータ
４１ 回路部品
４９ 位置検出センサ
５０ ブラシレスモータ
５１ ステータ
５２ ロータ
５３ 回路基板
５４ モータケース
５５ ステータ鉄心
５６，５６Ｕ，５６Ｖ，５６Ｗ 巻線
５６ａ 引出線
５７ ロータフレーム
５８ 永久磁石
５９ 軸受
６０ 回転軸
６１ 支持部材

Claims (4)

1. 車両の車輪駆動部を制御し、イグニッションスイッチがオフになると電源の供給が停止される上位コントローラと、
   前記上位コントローラからＰＷＭ指令信号を受信し、前記車輪駆動部に電源を供給する電源供給部を冷却するための冷却ブロアのモータを制御するモータ制御装置と、を備えるモータ制御システムであって、
   前記上位コントローラは、前記ＰＷＭ指令信号のパルスのデューティ比を前記モータの目標回転速度により変調するとともに、前記ＰＷＭ指令信号のパルスの周期を前記モータの継続動作時間により変調し、変調された前記ＰＷＭ指令信号を前記モータ制御装置に送信し、
   前記モータ制御装置は、受信した前記ＰＷＭ指令信号を復調して前記目標回転速度および前記継続動作時間を復元し、前記目標回転速度に基づいて前記モータの回転速度を制御するとともに、前記ＰＷＭ指令信号が未受信となる時間が前記継続動作時間より大きくなると前記モータの回転を停止するよう制御することを特徴とするモータ制御システム。
2. 上位コントローラからＰＷＭ指令信号を受信し、冷却ブロアのモータを制御するモータ制御装置であって、
   前記ＰＷＭ指令信号に基づいて目標回転速度を出力するＰＷＭ信号処理部と、
   前記モータのロータの回転位置を検出して位置検出信号を出力する位置検出部と、
   前記位置検出信号に基づいて前記モータの回転速度を算出し検出回転速度を出力する回転速度算出部と、
   前記目標回転速度と前記検出回転速度とに基づいて駆動信号を出力する回転制御部と、
   前記駆動信号に基づいて前記モータを通電駆動する通電駆動部と、を備え、
   前記ＰＷＭ信号処理部は、前記ＰＷＭ指令信号のパルスのデューティ比から目標回転速度を復元し、前記ＰＷＭ指令信号のパルスの周期から継続動作時間を復元し、
   前記ＰＷＭ指令信号が未受信となる時間が前記継続動作時間より大きくなると前記モータの回転を停止させる目標回転速度を前記回転制御部へ供給することを特徴とするモータ制御装置。
3. 前記ＰＷＭ信号処理部は、
   前記ＰＷＭ指令信号のパルスの周期を検出する周期検出部と、
   前記ＰＷＭ指令信号のパルスのデューティ比を検出するデューティ比検出部と、
   前記パルスの周期に基づいて前記継続動作時間を算出する継続動作時間算出部と、
   前記パルスのデューティ比に基づいて前記目標回転速度を算出する目標回転速度算出部と、
   前記ＰＷＭ指令信号が入力されない信号未入力時間を計測する時間計測部と、
   前記信号未入力時間が前記継続動作時間より大きくなると、前記モータの回転を停止させる目標回転速度を出力する目標回転速度指令部と、
   を備えることを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
4. ロータと、３相の巻線を備えたステータと、前記巻線を通電駆動する請求項２または３に記載のモータ制御装置とを備えたことを特徴とするブラシレスモータ。

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