JP5519072B1 - ３相モータ駆動装置、および、３相モータ駆動方法 - Google Patents

Abstract

３相モータ駆動装置は、本発明の一態様に係る３相モータ駆動装置は、３相ブラシレスモータが回転する場合に、ロータセンサがロータの第１の相の磁極の回転位置に対応して出力する基準パルス信号に基づいて、３相ブラシレスモータの回転位置を推定するとともに、推定された３相ブラシレスモータの回転位置に対応して順番に規定された駆動パターンで、モータドライバを制御する制御部を備える。

Description

本発明は、３相モータ駆動装置、および、３相モータ駆動方法に関する。

従来の一般的な３相モータ駆動装置は、３つのローセンサでロータの３つの相の磁極を検出し、この検出結果に応じてロータセンサが出力する３つのパルス信号に基づいて、ロータの回転位置を取得する。

この従来の３相モータ駆動装置は、高価なロータセンサを３つ使用し、これらのロータセンサに接続するハーネス、端子も必要になるため、システムの製造コストが増加する問題がある。

さらに、より精度良く検出信号を出力するために、ロータセンサの位置決めの精度が要求され、ロータセンサの個数が多いほど製品の歩留まりが低下する問題がある。

ここで、例えば、ＪＰ２０１０−２３９７４８Ａに記載の３相モータ駆動装置は、１つのロータセンサにより、ロータの回転位置を推定し、３相ブラシレスモータを駆動させる。

すなわち、この３相モータ駆動装置においては、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相について１２０°電気角ずつ異なって設定される基準通電サイクルに基づき、基準のＵ相についてオン・オフ切換時を基準とし、その後の半サイクルを３等分して前位相、中央位相、後位相に区分する。これらの位相に基づいて、３相ブラシレスモータの通電状態が制御される。

上述のＪＰ２０１０−２３９７４８Ａに記載の３相モータ駆動装置では、半サイクルを常に３等分して前位相、中央位相、後位相に区分するため、３相ブラシレスモータの回転速度の変化による影響を想定していない。

すなわち、この３相モータ駆動装置では、３相ブラシレスモータの回転速度の変化した場合に、ロータの回転位置を適切に推定することができない。

本発明の一態様に係る実施例に従った３相モータ駆動方法は、
３相ブラシレスモータのロータの第１の相の磁極を検出する１つのロータセンサのみを用いて３相ブラシレスモータの駆動を制御する３相モータ駆動装置であって、前記３相ブラシレスモータに駆動電流を供給して、前記３相ブラシレスモータを駆動するモータドライバと、前記３相ブラシレスモータが回転する場合に、前記ロータセンサが前記ロータの前記第１の相の磁極の回転位置に対応して出力する基準パルス信号に基づいて、前記３相ブラシレスモータの回転位置を推定するとともに、推定された前記３相ブラシレスモータの回転位置に対応して順番に規定された駆動パターンで、前記モータドライバを制御する制御部と、を備えた３相モータ駆動装置による、３相モータ駆動方法であって、
前記制御部は、
前記基準パルス信号、前記ロータの第２の相の磁極の回転位置に対応すると推定され且つ前記基準パルス信号の第１のエッジから第１の基準期間の３分の１を経過した時を規定する第１のタイミング、前記ロータの第３の相の磁極の回転位置に対応すると推定され且つ前記基準パルス信号の前記第１のエッジから前記第１の基準期間の３分の２を経過した時を規定する第２のタイミング、および、前記ロータの第１の相の磁極の回転位置に対応すると推定され且つ前記基準パルス信号の前記第１のエッジから前記第１の基準期間を経過した時を規定する第３のタイミングに基づいて、前記３相ブラシレスモータの回転位置を推定し、
前記第１の基準期間は、前記第１のエッジと、前記第１のエッジの１つ前の前記基準パルス信号の第２のエッジとの間の期間である
ことを特徴とする。

前記３相モータ駆動方法において、
前記制御部は、
前記第１のエッジの次の前記基準パルス信号の第３のエッジから第２の基準期間の３分の１を経過した時を規定する第４のタイミングを規定し、
前記第３のエッジから前記第２の基準期間の３分の２を経過した時に立ち上がる第５のタイミングを規定し、且つ、
前記ロータの第１の相の磁極の回転位置に対応すると推定され且つ前記基準パルス信号の前記第３のエッジから前記第２の基準期間を経過した時を規定する第６のタイミングを規定し、
前記第２の基準期間は、前記第１のエッジと前記第３のエッジとの間の期間であるようにしてもよい。

前記３相モータ駆動方法において、
前記制御部は、
前記第３のエッジが前記第１のタイミングと前記第２のタイミングとの間に発生した場合には、前記３相ブラシレスモータに負荷が掛からない状態にするように、前記モータドライバを制御するようにしてもよい。
前記３相モータ駆動方法において、
前記制御部は、
前記第３のエッジが前記第１のタイミングと前記第２のタイミングとの間に発生した場合には、前記第４のタイミングまでに、前記モータドライバを制御して前記３相ブラシレスモータに負荷が掛からない状態にしてから前記第３のエッジで駆動する駆動パターンにするようにしてもよい。

前記３相モータ駆動方法において、
前記制御部は、
前記第３のエッジが前記第１のタイミングと前記第２のタイミングとの間に発生した場合には、前記第３のエッジが発生する直前における前記３相ブラシレスモータの回転位置に対応して規定された駆動パターンに続く駆動パターンで、前記モータドライバを制御するようにしてもよい。

前記３相モータ駆動方法において、
前記制御部は、
前記第３のエッジのタイミングから前記第４のタイミングまで、規定された順番の駆動パターンで、前記モータドライバを制御するようにしてもよい。

前記３相モータ駆動方法において、
前記制御部は、
前記第３のタイミングまでに前記第３のエッジが発生しない場合は、前記３相ブラシレスモータに負荷が掛からない状態にするように、前記モータドライバを制御するようにしてもよい。

前記３相モータ駆動方法において、
前記制御部は、
前記第３のタイミングまでに前記第３のエッジが発生しない場合は、前記３相ブラシレスモータの各コイルをショートするように、前記モータドライバを制御するようにしてもよい。

前記３相モータ駆動方法において、
前記第３のエッジが前記第３のタイミングに発生した場合には、前記第３のエッジのタイミングにおいて、前記基準パルス信号、前記第１のタイミング、前記第２のタイミング、および、前記第３のタイミングから推定される前記３相ブラシレスモータの回転位置に対応して規定された駆動パターンで前記モータドライバを制御するようにしてもよい。

前記３相モータ駆動方法において、
前記第３のエッジが前記第２のタイミングと前記第３のタイミングとの間に発生した場合には、前記第３のエッジのタイミングにおいて、前記基準パルス信号、前記第１のタイミング、および前記第２のタイミングから推定される前記３相ブラシレスモータの回転位置に対応して規定された駆動パターンで前記モータドライバを制御するようにしてもよい。

前記３相モータ駆動方法において、
前記ロータの前記第１の相の磁極は、前記ロータのＵ相の磁極であり、
前記ロータの前記第２の相の磁極は、前記ロータのＶ相の磁極であり、
前記ロータの前記第３の相の磁極は、前記ロータのＷ相の磁極であるようにしてもよい。

前記３相モータ駆動方法において、
前記３相モータ駆動装置は、前記基準パルス信号が入力される基準パルス信号入力端子を備えるようにしてもよい。

前記３相モータ駆動方法において、
前記ロータセンサは、前記３相ブラシレスモータのステータまたは前記３相ブラシレスモータの外装の内側に配置されているようにしてもよい。

本発明の一態様に係る実施例に従った３相モータ駆動装置は、
３相ブラシレスモータのロータの第１の相の磁極を検出する１つのロータセンサのみを用いて３相ブラシレスモータの駆動を制御する３相モータ駆動装置であって、
前記３相ブラシレスモータに駆動電流を供給して、前記３相ブラシレスモータを駆動するモータドライバと、
前記３相ブラシレスモータが回転する場合に、前記ロータセンサが前記ロータの前記第１の相の磁極の回転位置に対応して出力する基準パルス信号に基づいて、前記３相ブラシレスモータの回転位置を推定するとともに、推定された前記３相ブラシレスモータの回転位置に対応して順番に規定された駆動パターンで、前記モータドライバを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記基準パルス信号、前記ロータの第２の相の磁極の回転位置に対応すると推定され且つ前記基準パルス信号の第１のエッジから第１の基準期間の３分の１を経過した時を規定する第１のタイミング、前記ロータの第３の相の磁極の回転位置に対応すると推定され且つ前記基準パルス信号の前記第１のエッジから前記第１の基準期間の３分の２を経過した時を規定する第２のタイミング、および、前記ロータの第１の相の磁極の回転位置に対応すると推定され且つ前記基準パルス信号の前記第１のエッジから前記第１の基準期間を経過した時を規定する第３のタイミングに基づいて、前記３相ブラシレスモータの回転位置を推定し、
前記第１の基準期間は、前記基準パルス信号の隣接する２つのエッジ間の期間であることを特徴とする。

本発明の一態様に係る３相モータ駆動装置は、３相ブラシレスモータが回転する場合に、ロータセンサがロータの第１の相の磁極の回転位置に対応して出力する基準パルス信号に基づいて、３相ブラシレスモータの回転位置を推定するとともに、推定された３相ブラシレスモータの回転位置に対応して順番に規定された駆動パターンで、モータドライバを制御する制御部を備える。

この制御部は、基準パルス信号、ロータの第２の相の磁極の回転位置に対応すると推定され且つ基準パルス信号の第１のエッジから第１の基準期間の３分の１を経過した時を規定する第１のタイミング、ロータの第３の相の磁極の回転位置に対応すると推定され且つ基準パルス信号の第１のエッジから第１の基準期間の３分の２を経過した時を規定する第２のタイミング、および、ロータの第１の相の磁極の回転位置に対応すると推定され且つ基準パルス信号の第１のエッジから第１の基準期間を経過した時を規定する第３のタイミングに基づいて、３相ブラシレスモータの回転位置を推定する。

そして、第１の基準期間は、基準パルス信号の隣接する２つのエッジ間の期間である。特に、第１の基準期間は、第１のエッジと、第１のエッジの１つ前の基準パルス信号の第２のエッジとの間の期間である。

これにより、ロータセンサの数を従来よりも削減しつつ、３相ブラシレスモータの回転速度の変化に対応して、より適切にロータの回転位置を推定することができる。

また、高価なロータセンサおよびこのロータセンサに接続されるべきハーネス、端子を削減するとことができる。

さらに、ロータセンサの数を少なくできる分、製品の歩留まりを向上することができる。

これにより、例えば、本発明の３相モータ駆動方法および３相モータ駆動装置を適用したセルとダイナモとの制御システムの製造コストを削減することができる。

図１は、本発明の一態様である実施例１に係る３相モータ駆動システム１０００の構成の一例を示す図である。 図２は、３相ブラシレスモータ１が一定の速度で回転している（Ｔ’＝Ｔ）場合における、基準パルス信号ＩＨＵ、第１の推定パルス信号ＴＭＶ、第２の推定パルス信号ＴＭＷ、および、第３の推定パルス信号ＴＭＵの波形の一例を示す図である。 図３は、３相ブラシレスモータ１が加速する（Ｔ’＝５／６Ｔ）場合における、基準パルス信号ＩＨＵ、第１の推定パルス信号ＴＭＶ、第２の推定パルス信号ＴＭＷ、および、第３の推定パルス信号ＴＭＵの一例を示す図である。 図４は、３相ブラシレスモータ１が加速する（Ｔ’＝３／５Ｔ）場合における、基準パルス信号ＩＨＵ、第１の推定パルス信号ＴＭＶ、第２の推定パルス信号ＴＭＷ、および、第３の推定パルス信号ＴＭＵの波形の一例を示す図である。 図５は、３相ブラシレスモータ１が減速する（Ｔ’＝２Ｔ）場合における、基準パルス信号ＩＨＵ、第１の推定パルス信号ＴＭＶ、第２の推定パルス信号ＴＭＷ、および、第３の推定パルス信号ＴＭＵの波形の一例を示す図である。

以下、本発明に係る各実施例について図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一態様である実施例１に係る３相モータ駆動システム１０００の構成の一例を示す図である。

図１に示すように、３相モータ駆動システム１０００は、３相モータ駆動装置１００と、３相ブラシレスモータ１と、バッテリ４と、を備える。

図１において、３相ブラシレスモータ１は、例えば、エンジン５のステータモータである。この３相ブラシレスモータ１は、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相コイル（鉄心に巻かれているコイル）および該コイルの中性線Ｎを有するステータ２と、４極の永久磁石（２対のＮ、Ｓ極）からなるロータ３とで構成されている。ステータ２には、３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）のコイルが周方向に順番に巻かれている。

また、３相ブラシレスモータ１には、ロータ３の第１の相（例えば、Ｕ相）の磁極を検出するロータセンサ２ａが設けられている。このロータセンサ２ａは、ロータ３のＵ相（第１の相）の磁極の回転位置に対応する基準パルス信号ＩＨＵを出力するようになっている。

このロータセンサ２ａは、例えば、３相ブラシレスモータ１のステータ２または３相ブラシレスモータ１の外装の内側に配置されている。このロータセンサ２ａは、例えば、ホール素子である。

また、３相モータ駆動装置１００は、バッテリ４を直流電源とし、このバッテリ４の直流電圧を交流電圧に変換して３相ブラシレスモータ１を駆動するようになっている。

３相モータ駆動装置１００は、モータドライバ（３相ブリッジ回路）Ｄと、制御部ＣＯＮと、を備える。

基準パルス信号入力端子１０ａは、ロータセンサ２ａが出力した基準パルス信号ＩＨＵが入力されるようになっている。

モータドライバＤは、３相ブラシレスモータ１に駆動電流を供給して、３相ブラシレスモータ１を駆動するようになっている。

このモータドライバＤは、例えば、図１に示すように、ｎＭＯＳトランジスタで構成されるスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６を含む。

このモータドライバＤにおいて、上アーム側のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のそれぞれのドレイン端子は、直流電源となるバッテリ４の＋側端子に共通に接続されている。

また、下アーム側のスイッチ素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６のそれぞれのソース端子は、直流電源となるバッテリ４の−側端子に共通に接続されている。

そして、上アーム側のスイッチ素子Ｑ１のソース端子と、下アーム側のスイッチ素子Ｑ４のドレイン端子とが接続され、このスイッチ素子Ｑ１、Ｑ４の接続点が、出力電源線Ｌｕを介して、３相ブラシレスモータ１のＵ相コイル端子に接続されている。

また、上アーム側のスイッチ素子Ｑ２のソース端子と、下アーム側のスイッチ素子Ｑ５のドレイン端子とが接続され、このスイッチ素子Ｑ２、Ｑ５の接続点が、出力電源線Ｌｖを介して、３相ブラシレスモータ１のＶ相コイル端子に接続されている。

また、上アーム側のスイッチ素子Ｑ３のソース端子と、下アーム側のスイッチ素子Ｑ６のドレイン端子とが接続され、このスイッチ素子Ｑ３、Ｑ６の接続点が、出力電源線Ｌｗを介して、３相ブラシレスモータ１のＷ相コイル端子に接続されている。

なお、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６のそれぞれには、フライホイールダイオードＤＸが、並列に接続されている。

なお、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、または、バイポーラトランジスタであってもよい。

スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６は、制御部ＣＯＮが出力するゲート駆動信号Ｓｃにより駆動される。これにより、３相ブラシレスモータ１に駆動電流が流れる。この駆動電流に応じて、３相ブラシレスモータ１の動作が制御される。

すなわち、ゲート駆動信号Ｓｃは、３相ブラシレスモータ１を駆動する駆動パターンを規定する。

例えば、３相ブラシレスモータ１を所定の方向に回転制御する場合には、６種類の駆動パターン（０）、（１）、（２）、（３）、（４）、（５）が規定される（後述の図２、図３、図４、図５参照）。この６種類の駆動パターンは、３相ブラシレスモータ１の１回転の１周期（１サイクル）を６つに分割した期間に、順番に割り当てられる。この６種類の駆動パターン自体は、３相ブラシレスモータ１を所定の方向に回転制御するためにスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６のオン／オフを制御する一般的なパターンである。

また、ゲート駆動信号Ｓｃは、３相ブラシレスモータ１に負荷が掛からない状態にする駆動パターンを規定する場合や、３相ブラシレスモータ１の各コイルをショートする駆動パターンを規定する場合もある。なお、これらの駆動パターンも一般的なパターンである。

また、制御部ＣＯＮは、３相ブラシレスモータ１が回転する場合に、ロータセンサ２ａがロータ３のＵ相（第１の相）の磁極の回転位置に対応して出力する基準パルス信号ＩＨＵに基づいて、３相ブラシレスモータ１の回転位置を推定するようになっている。

例えば、制御部ＣＯＮは、基準パルス信号ＩＨＵ、ロータ３のＶ相（第２の相）の磁極の回転位置に対応すると推定され且つ基準パルス信号ＩＨＵの第１のエッジＥ１から第１の基準期間Ｔの３分の１の第１の期間（１／３Ｔ）を経過した時を規定する第１のタイミングＸ１、ロータ３のＷ相（第３の相）の磁極の回転位置に対応すると推定され且つ基準パルス信号ＩＨＵの第１のエッジＥ１から第１の基準期間Ｔの３分の２の第２の期間（２／３Ｔ）を経過した時を規定する第２のタイミングＸ２、および、基準パルス信号ＩＨＵの第１のエッジＥ１から第１の基準期間Ｔを経過した時を規定する第３のタイミングＸ３に基づいて、３相ブラシレスモータ１の回転位置を推定するようになっている。

さらに、制御部ＣＯＮは、推定された３相ブラシレスモータ１の回転位置に基づいて、既述のゲート駆動信号Ｓｃを出力するようになっている。

すなわち、制御部ＣＯＮは、既述のゲート駆動信号ＳｃでモータドライバＤを制御することにより、推定された３相ブラシレスモータ１の回転位置に対応して順番に規定された６種類の駆動パターン（０）、（１）、（２）、（３）、（４）、（５）で、モータドライバを制御するようになっている。

次に、以上のような構成を有する３相モータ駆動装置１００が３相ブラシレスモータ１の回転位置を推定し、この推定した回転位置に基づいて３相ブラシレスモータ１の駆動を制御する３相モータ駆動方法の一例について、説明する。

図２は、３相ブラシレスモータ１が一定の速度で回転している（Ｔ’＝Ｔ）場合における、基準パルス信号ＩＨＵ、第１の推定パルス信号ＴＭＶ、第２の推定パルス信号ＴＭＷ、および、第３の推定パルス信号ＴＭＵの一例を示す図である。また、図３は、３相ブラシレスモータ１が加速する（Ｔ’＝５／６Ｔ）場合における、基準パルス信号ＩＨＵ、第１の推定パルス信号ＴＭＶ、第２の推定パルス信号ＴＭＷ、および、第３の推定パルス信号ＴＭＵの一例を示す図である。また、図４は、３相ブラシレスモータ１が加速する（Ｔ’＝３／５Ｔ）場合における、基準パルス信号ＩＨＵ、第１の推定パルス信号ＴＭＶ、第２の推定パルス信号ＴＭＷ、および、第３の推定パルス信号ＴＭＵの一例を示す図である。また、図５は、３相ブラシレスモータ１が減速する（Ｔ’＝２Ｔ）場合における、基準パルス信号ＩＨＵ、第１の推定パルス信号ＴＭＶ、第２の推定パルス信号ＴＭＷ、および第３の推定パルス信号ＴＭＵの波形の一例を示す図である。

なお、ロータセンサ２ａは、ロータ３の第１の相（Ｕ相）の磁極を検出すると、基準パルス信号ＩＨＵを所定期間だけ”Ｈｉｇｈ”レベルにする。そして、ロータ３の１回転の１周期は、基準パルス信号ＩＨＵの１つの”Ｈｉｇｈ”レベルの期間とこれに連続する１つの”Ｌｏｗ”レベルの期間に対応する。

ここで、制御部ＣＯＮは、例えば、内部のソフトウエアにより実行される処理により、基準パルス信号ＩＨＵに基づいて、第１の推定パルス信号ＴＭＶ、第２の推定パルス信号ＴＭＷ、および第３の推定パルス信号ＴＭＵを生成する。なお、これらの第１の推定パルス信号ＴＭＶ、第２の推定パルス信号ＴＭＷ、および第３の推定パルス信号ＴＭＵは、後述のタイミングを規定するために制御部ＣＯＮの内部で処理されるものである。

なお、図２、図３、図４、図５に示すように、第１の推定パルス信号ＴＭＶは、例えば、ロータ３のＶ相（第２の相）の磁極の回転位置に対応すると推定されるパルスを含む。このパルスは、基準パルス信号ＩＨＵの第１のエッジＥ１から第１の基準期間Ｔの３分の２の第２の期間（２／３Ｔ）を経過した時に立ち上がる。

また、図２、図３、図４、図５に示すように、第２の推定パルス信号ＴＭＷは、例えば、ロータ３のＷ相（第３の相）の磁極の回転位置に対応すると推定されるパルスを含む。このパルスは、基準パルス信号ＩＨＵの第１のエッジＥ１から第１の基準期間Ｔの３分の１の第１の期間（１／３Ｔ）を経過した時に立ち上がる。

また、図２、図５に示すように、第３の推定パルス信号ＴＭＵは、例えば、ロータ３のＵ相（第１の相）の磁極の回転位置に対応すると推定されるパルスを含む。このパルスは、基準パルス信号ＩＨＵの第１のエッジＥ１から第１の基準期間Ｔを経過した時に立ち上がるパルスを含む。

そして、制御部ＣＯＮは、第１の推定パルス信号ＴＭＶにより、基準パルス信号ＩＨＵの第１のエッジＥ１から第１の基準期間Ｔの３分の２の第１の期間（２／３Ｔ）を経過した時（第２のエッジＥ２から１５０°（電気角で３００°）ずれた位相）を規定する第１のタイミングＸ１を規定する。

さらに、制御部ＣＯＮは、第２の推定パルス信号ＴＭＷにより、基準パルス信号ＩＨＵの第１のエッジＥ１から第１の基準期間Ｔの３分の１の第１の期間（１／３Ｔ）を経過した時（第２のエッジＥ２から１２０°（電気角で２４０°）ずれた位相）を規定する第２のタイミングＸ２を規定する。

また、制御部ＣＯＮは、第３の推定パルス信号ＴＭＵにより、基準パルス信号ＩＨＵの第１のエッジＥ１から第１の基準期間Ｔを経過した時（第２のエッジＥ２から１８０°（電気角で３６０°）ずれた位相）を規定する第３のタイミングＸ３を規定する。

ここで、第１の基準期間Ｔは、基準パルス信号ＩＨＵの隣接する２つのエッジ間の期間である。この第１の基準期間Ｔは、例えば、第１のエッジＥ１と、この第１のエッジＥ１の１つ前の基準パルス信号ＩＨＵの第２のエッジＥ２との間の期間である。

また、制御部ＣＯＮは、第２の推定パルス信号ＴＭＷにより、第１のエッジＥ１の次の基準パルス信号ＩＨＵの第３のエッジＥ３から第２の基準期間Ｔ’の３分の１の第３の期間（１／３Ｔ’）を経過した時（第１のエッジＥ１から１２０°（電気角で２４０°）ずれた位相）を規定する第４のタイミングＸ４を規定する。

さらに、制御部ＣＯＮは、第１の推定パルス信号ＴＭＶにより、第３のエッジＥ３から第２の基準期間Ｔ’の３分の２の第４の期間（２／３Ｔ’）を経過した時（第１のエッジＥ１から１５０°（電気角で３００°）ずれた位相）を規定する第５のタイミングＸ５を規定する。

ここで、第２の基準期間Ｔ’は、第１のエッジＥ１と第３のエッジＥ３との間の期間である。

以上の点を踏まえた上で、先ず、３相ブラシレスモータ１が一定の速度で回転している（Ｔ’＝Ｔ）場合（図２）について説明する。この場合は、第３のエッジＥ３が第３のタイミングに発生した場合（すなわち、タイミングＸａと第３のタイミングＸ３が同じ場合）である。

制御部ＣＯＮは、基準パルス信号ＩＨＵ、ロータ３のＶ相（第２の相）の磁極の回転位置に対応すると推定され且つ基準パルス信号ＩＨＵの第１のエッジＥ１から第１の基準期間Ｔの３分の１の第１の期間（１／３Ｔ）を経過した時を規定する第１のタイミングＸ１、ロータ３のＷ相（第３の相）の磁極の回転位置に対応すると推定され且つ基準パルス信号ＩＨＵの第１のエッジＥ１から第１の基準期間Ｔの３分の２の第２の期間（２／３Ｔ）を経過した時を規定する第２のタイミングＸ２、および、ロータ３のＵ相（第１の相）の磁極の回転位置に対応すると推定され且つ基準パルス信号ＩＨＵの第１のエッジＥ１から第１の基準期間Ｔを経過した時を規定する第３のタイミングＸ３に基づいて、３相ブラシレスモータ１の回転位置を推定する。

すなわち、制御部ＣＯＮは、基準パルス信号ＩＨＵのパルスのエッジ、第１のタイミングＸ１、第２のタイミングＸ２、および第３のタイミングＸ３に基づいて、ロータ３の回転の１サイクルを６つに分割した期間の何れかであるかを判断することにより、３相ブラシレスモータ１の回転位置を推定する。そして、制御部ＣＯＮは、推定した回転位置に割り付けられた駆動パターンで、モータドライバＤを制御する。

例えば、制御部ＣＯＮは、第２のエッジＥ２から第１の基準期間Ｔの３分の１の期間（第２の推定パルス信号ＴＭＷのパルスの立ち上がりのタイミングまで）において、駆動パターン（０）で、モータドライバＤを制御する。

続いて、制御部ＣＯＮは、第２の推定パルス信号ＴＭＷのパルスの立ち上がりのタイミングから第１の推定パルス信号ＴＭＶのパルスの立ち上がりのタイミングまでの期間において、駆動パターン（１）で、モータドライバＤを制御する。

続いて、制御部ＣＯＮは、第１の推定パルス信号ＴＭＶのパルスの立ち上がりのタイミングから第１のエッジＥ１のタイミングまでの期間において、駆動パターン（２）で、モータドライバＤを制御する。

続いて、制御部ＣＯＮは、第１のエッジＥ１のタイミングから第１のタイミングＸ１までの期間において、駆動パターン（３）で、モータドライバＤを制御する。

続いて、制御部ＣＯＮは、第１のタイミングＸ１から第２のタイミングＸ２までの期間において、駆動パターン（４）で、モータドライバＤを制御する。

続いて、制御部ＣＯＮは、第２のタイミングＸ２から第３のエッジＥ３のタイミングＸａ（第３のタイミングＸ３）までの期間において、駆動パターン（５）で、モータドライバＤを制御する。

続いて、制御部ＣＯＮは、第３のエッジＥ３のタイミングＸａ（第３のタイミングＸ３）から第４のタイミングＸ４までの期間において、駆動パターン（０）で、モータドライバＤを制御する。すなわち、制御部ＣＯＮは、第３のエッジＥ３が第３のタイミングＸ３に発生した場合には、第３のエッジＥ３のタイミングＸａにおいて、基準パルス信号ＩＨＵ、第１のタイミングＸ１、第２のタイミングＸ２、および、第３のタイミングＸ３から推定される３相ブラシレスモータ１の回転位置に対応して規定された駆動パターン（０）でモータドライバＤを制御する。

続いて、制御部ＣＯＮは、第４のタイミングＸ４から第５のタイミングＸ５までの期間において、駆動パターン（１）で、モータドライバＤを制御する。

このように、制御部ＣＯＮは、推定された３相ブラシレスモータ１の回転位置に対応して順番に規定された駆動パターン（０）、（１）、（２）、（３）、（４）、（５）で、モータドライバを制御する。

既述のように、図２に示した第１の基準期間Ｔと第２の基準期間Ｔ’とが等しい定速状態では、基準パルス信号ＩＨＵに基づいた処理と第３の推定パルス信号ＴＭＵの処理が同時に行われる。この場合、上述のように、制御部ＣＯＮは、センサ入力である基準パルス信号ＩＨＵを優先した処理を実行する。第３の推定パルス信号ＴＭＵの処理は無視される。基準パルス信号ＩＨＵの処理内で次のタイミングとして、第２の基準期間Ｔ’により第３の推定パルス信号ＴＭＵの処理が再設定される。

次に、３相ブラシレスモータ１が小さく加速する（Ｔ’＝５／６Ｔ）場合（図３）について説明する。

図３に示すように、制御部ＣＯＮは、第３のエッジＥ３（タイミングＸａ）が第２のタイミングＸ２と第３のタイミングＸ３との間に発生した場合には、制御部ＣＯＮは、基準パルス信号ＩＨＵのパルスのエッジ、第１のタイミングＸ１、第２のタイミングＸ２、および第３のタイミングＸ３に基づいて、ロータ３の１回転の１サイクルを６つに分割した期間の何れかであるかを判断することにより、３相ブラシレスモータ１の回転位置を推定する。そして、制御部ＣＯＮは、推定した回転位置に割り付けられた駆動パターンで、モータドライバＤを制御する。

例えば、制御部ＣＯＮは、第２のエッジＥ２から第１の基準期間Ｔの３分の１の期間（第２の推定パルス信号ＴＭＷのパルスの立ち上がりのタイミングまで）において、駆動パターン（０）で、モータドライバＤを制御する。

続いて、制御部ＣＯＮは、第２の推定パルス信号ＴＭＷのパルスの立ち上がりのタイミングから第１の推定パルス信号ＴＭＶのパルスの立ち上がりのタイミングまでの期間において、駆動パターン（１）で、モータドライバＤを制御する。

続いて、制御部ＣＯＮは、第１の推定パルス信号ＴＭＶのパルスの立ち上がりのタイミングから第１のエッジＥ１のタイミングまでの期間において、駆動パターン（２）で、モータドライバＤを制御する。

続いて、制御部ＣＯＮは、第１のエッジＥ１のタイミングから第１のタイミングＸ１までの期間において、駆動パターン（３）で、モータドライバＤを制御する。

続いて、制御部ＣＯＮは、第１のタイミングＸ１から第２のタイミングＸ２までの期間において、駆動パターン（４）で、モータドライバＤを制御する。

続いて、制御部ＣＯＮは、第２のタイミングＸ２から第３のエッジＥ３のタイミングＸａまでの期間において、駆動パターン（５）で、モータドライバＤを制御する。

続いて、制御部ＣＯＮは、第３のエッジＥ３のタイミングＸａから第４のタイミングＸ４までの期間において、駆動パターン（０）で、モータドライバＤを制御する。すなわち、制御部ＣＯＮは、第３のエッジＥ３が第２のタイミングＸ２と第３のタイミングＸ３との間に発生した場合には、第３のエッジＥ３のタイミングＸａにおいて、基準パルス信号ＩＨＵ、第１のタイミングＸ１、第２のタイミングＸ２、および、第３のタイミングＸ３から推定される３相ブラシレスモータ１の回転位置に対応して規定された駆動パターン（０）でモータドライバＤを制御する。

続いて、制御部ＣＯＮは、第４のタイミングＸ４から第５のタイミングＸ５までの期間において、駆動パターン（１）で、モータドライバＤを制御する。

このように、制御部ＣＯＮは、推定された３相ブラシレスモータ１の回転位置に対応して順番に規定された駆動パターン（０）、（１）、（２）、（３）、（４）、（５）で、モータドライバを制御する。

既述のように、図３に示した小さく加速する状態では、第３の推定パルス信号ＴＭＵの処理よりもセンサ入力である基準パルス信号ＩＨＵに基づいた処理が先に実行される。この場合には、前回の第１の基準期間Ｔより設定された第３の推定パルス信号ＴＭＵの処理は無効とし、今回の第２の基準期間Ｔ’により第３の推定パルス信号ＴＭＵの処理が再設定される。

次に、３相ブラシレスモータ１が大きく加速する（Ｔ’＝３／５Ｔ）場合（図４）について説明する。

図４に示すように、制御部ＣＯＮは、第３のエッジＥ３（タイミングＸａ）が第２の期間（２／３Ｔ）中（第１のタイミングＸ１と第２のタイミングＸ２との間）に発生した場合には、第３のエッジＥ３が発生する直前における３相ブラシレスモータ１の回転位置に対応して規定された駆動パターン（４）に続く駆動パターン（５）で、モータドライバＤを制御する。

この場合、特に、制御部ＣＯＮは、第３の期間（１／３Ｔ’）の経過時（第４のタイミングＸ４）において、基準パルス信号ＩＨＵ、第１のタイミングＸ１、第２のタイミングＸ２、および第３のタイミングＸ３から推定される３相ブラシレスモータ１の回転位置に対応して規定された駆動パターン（１）に連続するように、第３のエッジＥ３（タイミングＸａ）から第３の期間（１／３Ｔ’）の経過時（第４のタイミングＸ４）までに、規定された順番の駆動パターン（５）、（０）で、モータドライバＤを制御する。

そして、制御部ＣＯＮは、第３の期間（１／３Ｔ’）の経過時（第４のタイミングＸ４）において、基準パルス信号ＩＨＵ、第１のタイミングＸ１、第２のタイミングＸ２、および第３のタイミングＸ３から推定される３相ブラシレスモータ１の回転位置に対応して規定された駆動パターン（１）でモータドライバＤを制御する。

なお、制御部ＣＯＮは、第３のエッジＥ３が第２の期間（２／３Ｔ）中（第１のタイミングＸ１と第２のタイミングＸ２との間）に発生した場合には、３相ブラシレスモータ１に負荷が掛からない状態（Ｆ）にするように、モータドライバＤを制御するようにしてもよい。

この場合、例えば、制御部ＣＯＮは、第３の期間（１／３Ｔ’）の経過時（第４のタイミングＸ４）まで、モータドライバＤを制御して３相ブラシレスモータ１に負荷が掛からない状態（モータフリー）にする。

既述のように、図４に示した大きく加速する状態では、第１の推定パルス信号ＴＭＶの処理よりもセンサ入力である基準パルス信号IＨＵの処理が先に実行される。この時、６０度以上加速する場合には駆動パターンが１つ抜けることになるので過進角出力や導通異常を防止するため、抜けている駆動パターン、もしくは、モータフリー状態を介してセンサ入力に該当する駆動パターンを出力する。前回の第１の基準期間Ｔにより設定された第１の推定パルス信号ＴＭＶの処理、および、第３の推定パルス信号ＴＭＵの処理は無効とし、今回の第２の基準期間Ｔ’により第１の推定パルス信号ＴＭＶの処理、および、第３の推定パルス信号ＴＭＵの処理が再設定される。

最後に、３相ブラシレスモータ１が減速する（Ｔ’＝２Ｔ）場合（図５）について説明する。

図５に示すように、制御部ＣＯＮは、第１の基準期間Ｔに（第１のエッジＥ１から第３のタイミングＸ３までに）第１のエッジＥ１の次の基準パルス信号ＩＨＵの第３のエッジＥ３（タイミングＸａ）が発生しない場合は、例えば、規定された順番の駆動パターン（１）、（２）で、モータドライバＤを制御する。

しかし、制御部ＣＯＮは、第１の基準期間Ｔに（第１のエッジＥ１から第３のタイミングＸ３までに）第１のエッジＥ１の次の基準パルス信号ＩＨＵの第３のエッジＥ３が発生しない場合は、例えば、３相ブラシレスモータ１に負荷が掛からない状態にするように、モータドライバＤを制御するようにしてもよい。

また、制御部ＣＯＮは、第１の基準期間Ｔに（第１のエッジＥ１から第３のタイミングＸ３までに）第１のエッジＥ１の基準パルス信号ＩＨＵの次の第３のエッジＥ３が発生しない場合は、例えば、３相ブラシレスモータ１の各コイルをショートするように、モータドライバＤを制御するようにしてもよい。

なお、制御部ＣＯＮは、例えば、第１の基準期間Ｔに第１のエッジＥ１の次の基準パルス信号ＩＨＵの第３のエッジＥ３が発生したか否かの判断を、既述の第３のタイミングＸ３と第３のエッジＥ３（タイミングＸａ）との関係で判断することができる。

すなわち、３相ブラシレスモータ１が一定速度で回転する場合、加速する場合、および減速する場合において、３相モータ駆動装置１００は、３相ブラシレスモータ１のロータ３の第１の相（例えば、Ｕ相）の磁極を検出する１つのロータセンサ（基準パルス信号）のみを用いて３相ブラシレスモータ１の駆動を制御する。

既述のように、図５に示す減速状態では、第３の推定パルス信号ＴＭＵの処理が実施され、センサ入力である基準パルス信号ＩＨＵの遅れが検出できる。第３の推定パルス信号ＴＭＵでの処理としては、各コイルをショート、もしくは、モータフリーとし、進角出力を停止するパターンか現状の出力のままとして遅れている状態を改善できるように出力してもよい。次回の基準パルス信号ＩＨＵでは、第２の基準期間Ｔ’により、第３の推定パルス信号ＴＭＶ、第３の推定パルス信号ＴＭＷ、第３の推定パルス信号ＴＭＵを再設定する。

以上、実施例で説明したように、本発明の一態様に係る３相モータ駆動装置は、３相ブラシレスモータが回転する場合に、ロータセンサがロータの第１の相の磁極の回転位置に対応して出力する基準パルス信号に基づいて、３相ブラシレスモータの回転位置を推定するとともに、推定された３相ブラシレスモータの回転位置に対応して順番に規定された駆動パターンで、モータドライバを制御する制御部を備える。

この制御部は、基準パルス信号、ロータの第２の相の磁極の回転位置に対応すると推定され且つ基準パルス信号の第１のエッジから第１の基準期間の３分の１の第１の期間を経過した時を規定する第１のタイミング、ロータの第３の相の磁極の回転位置に対応すると推定され且つ基準パルス信号の第１のエッジから第１の基準期間の３分の２の第２の期間を経過した時を規定する第２のタイミング、およびロータの第１の相の磁極の回転位置に対応すると推定され且つ基準パルス信号の第１のエッジから第１の基準期間を経過した時を規定する第３のタイミングに基づいて、３相ブラシレスモータの回転位置を推定する。

そして、第１の基準期間は、基準パルス信号の隣接する２つのエッジ間の期間である。特に、第１の基準期間は、第１のエッジと、第１のエッジの１つ前の基準パルス信号の第２のエッジとの間の期間である。

これにより、ロータセンサの数を従来よりも削減しつつ、３相ブラシレスモータの回転速度の変化に対応して、より適切にロータの回転位置を推定することができる。

また、高価なロータセンサおよびこのロータセンサに接続されるべきハーネス、端子を削減するとことができる。

さらに、ロータセンサの数を少なくできる分、製品の歩留まりを向上することができる。

これにより、例えば、本発明の３相モータ駆動方法および３相モータ駆動装置を適用したセルとダイナモとの制御システムの製造コストを削減することができる。

なお、実施例においては、ロータの第１の相の磁極が、ロータのＵ相の磁極であり、ロータの第２の相の磁極が、ロータのＶ相の磁極であり、ロータの第３の相の磁極が、ロータのＷ相の磁極である場合について説明した。

しかし、ロータの第１の相の磁極が、ロータのＷ相の磁極であり、ロータの第２の相の磁極が、ロータのＵ相の磁極であり、ロータの第３の相の磁極が、ロータのＶ相の磁極である場合や、ロータの第１の相の磁極が、ロータのＶ相の磁極であり、ロータの第２の相の磁極が、ロータのＷ相の磁極であり、ロータの第３の相の磁極が、ロータのＵ相の磁極である場合も同様に説明される。

また、実施形態は例示であり、発明の範囲はそれらに限定されない。

Claims (9)

1. ３相ブラシレスモータのロータの第１の相の磁極を検出する１つのロータセンサのみを用いて３相ブラシレスモータの駆動を制御する３相モータ駆動装置であって、前記３相ブラシレスモータに駆動電流を供給して、前記３相ブラシレスモータを駆動するモータドライバと、前記３相ブラシレスモータが回転する場合に、前記ロータセンサが前記ロータの前記第１の相の磁極の回転位置に対応して出力する基準パルス信号に基づいて、前記３相ブラシレスモータの回転位置を推定するとともに、推定された前記３相ブラシレスモータの回転位置に対応して順番に規定された駆動パターンで、前記モータドライバを制御する制御部と、を備えた３相モータ駆動装置による、３相モータ駆動方法であって、
   前記制御部は、
   前記基準パルス信号、前記ロータの第２の相の磁極の回転位置に対応すると推定され且つ前記基準パルス信号の第１のエッジから第１の基準期間の３分の１を経過した時を規定する第１のタイミング、前記ロータの第３の相の磁極の回転位置に対応すると推定され且つ前記基準パルス信号の前記第１のエッジから前記第１の基準期間の３分の２を経過した時を規定する第２のタイミング、および、前記ロータの第１の相の磁極の回転位置に対応すると推定され且つ前記基準パルス信号の前記第１のエッジから前記第１の基準期間を経過した時を規定する第３のタイミングに基づいて、前記３相ブラシレスモータの回転位置を推定し、
   前記第１の基準期間は、前記第１のエッジと、前記第１のエッジの１つ前の前記基準パルス信号の第２のエッジとの間の期間である
   ことを特徴とする３相モータ駆動方法。
2. 前記制御部は、
   前記第１のエッジの次の前記基準パルス信号の第３のエッジから第２の基準期間の３分の１を経過した時を規定する第４のタイミングを規定し、
   前記第３のエッジから前記第２の基準期間の３分の２を経過した時に立ち上がる第５のタイミングを規定し、且つ、
   前記ロータの第１の相の磁極の回転位置に対応すると推定され且つ前記基準パルス信号の前記第３のエッジから前記第２の基準期間を経過した時を規定する第６のタイミングを規定し、
   前記第２の基準期間は、前記第１のエッジと前記第３のエッジとの間の期間である
   ことを特徴とする請求項１に記載の３相モータ駆動方法。
3. 前記制御部は、
   前記第３のタイミングまでに前記第３のエッジが発生しない場合は、前記３相ブラシレスモータの各コイルをショートするように、前記モータドライバを制御する
   ことを特徴とする請求項２に記載の３相モータ駆動方法。
4. 前記第３のエッジが前記第３のタイミングに発生した場合には、前記第３のエッジのタイミングにおいて、前記基準パルス信号、前記第１のタイミング、前記第２のタイミング、および、前記第３のタイミングから推定される前記３相ブラシレスモータの回転位置に対応して規定された駆動パターンで前記モータドライバを制御する
   ことを特徴とする請求項２に記載の３相モータ駆動方法。
5. 前記第３のエッジが前記第２のタイミングと前記第３のタイミングとの間に発生した場合には、前記第３のエッジのタイミングにおいて、前記基準パルス信号、前記第１のタイミング、および前記第２のタイミングから推定される前記３相ブラシレスモータの回転位置に対応して規定された駆動パターンで前記モータドライバを制御する
   ことを特徴とする請求項２に記載の３相モータ駆動方法。
6. 前記ロータの前記第１の相の磁極は、前記ロータのＵ相の磁極であり、
   前記ロータの前記第２の相の磁極は、前記ロータのＶ相の磁極であり、
   前記ロータの前記第３の相の磁極は、前記ロータのＷ相の磁極である
   ことを特徴とする請求項１に記載の３相モータ駆動方法。
7. 前記３相モータ駆動装置は、前記基準パルス信号が入力される基準パルス信号入力端子を備えることを特徴とする請求項１に記載の３相モータ駆動方法。
8. 前記ロータセンサは、前記３相ブラシレスモータのステータまたは前記３相ブラシレスモータの外装の内側に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の３相モータ駆動方法。
9. ３相ブラシレスモータのロータの第１の相の磁極を検出する１つのロータセンサのみを用いて３相ブラシレスモータの駆動を制御する３相モータ駆動装置であって、
   前記３相ブラシレスモータに駆動電流を供給して、前記３相ブラシレスモータを駆動するモータドライバと、
   前記３相ブラシレスモータが回転する場合に、前記ロータセンサが前記ロータの前記第１の相の磁極の回転位置に対応して出力する基準パルス信号に基づいて、前記３相ブラシレスモータの回転位置を推定するとともに、推定された前記３相ブラシレスモータの回転位置に対応して順番に規定された駆動パターンで、前記モータドライバを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記基準パルス信号、前記ロータの第２の相の磁極の回転位置に対応すると推定され且つ前記基準パルス信号の第１のエッジから第１の基準期間の３分の１を経過した時を規定する第１のタイミング、前記ロータの第３の相の磁極の回転位置に対応すると推定され且つ前記基準パルス信号の前記第１のエッジから前記第１の基準期間の３分の２を経過した時を規定する第２のタイミング、および、前記ロータの第１の相の磁極の回転位置に対応すると推定され且つ前記基準パルス信号の前記第１のエッジから前記第１の基準期間を経過した時を規定する第３のタイミングに基づいて、前記３相ブラシレスモータの回転位置を推定し、
   前記第１の基準期間は、前記第１のエッジと、前記第１のエッジの１つ前の前記基準パルス信号の第２のエッジとの間の期間であることを特徴とする３相モータ駆動装置。

Images