JP5674362B2 - 駆動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動制御装置に関し、より詳しくは、オーバーラップ通電によりブラシレスモータを回転させるブラシレスモータの駆動制御装置に関する。

ブラシレスモータの振動騒音の原因の１つは、トルク変動である。特に、１２０度通電では、転流時のトルクの落ち込みに起因して振動騒音が発生する。

これに対して、従来のブラシレスモータでは、転流時のトルクの落ち込みを低減するために、転流前後の相の切り替え時に所定のオーバーラップ時間を設けるオーバーラップ通電が用いられている。

特許文献１には、オーバーラップ通電を実行するブラシレスモータ駆動制御装置が開示されている。このブラシレスモータ駆動制御装置は、マグネットロータの位置を検知する複数の検知素子と、複数のステータコイルに接続されてそれぞれ所定の方向と順序で順次通電するための複数のスイッチング素子と、複数の検知素子から得られるロータ位置検知信号の１つが変化してから次の１つが変化するまでのロータ位置検知信号変化時間間隔を測定する時間間隔測定手段と、通電重なり電気角を適宜選択設定する通電重なり電気角設定手段と、この通電重なり電気角設定手段により設定された通電重なり電気角に相当する通電重なり時間をロータ位置検知信号変化時間間隔とその時のロータ回転速度に応じて算出する通電重なり時間算出手段と、ロータ位置検知信号の変化を捉え、その時の各ロータ位置検知信号の状態に応じて複数のステータコイルにそれぞれ所定の方向と順序で順次通電するようにあらかじめ決められたスイッチング素子をオンするスイッチング素子オン手段と、ロータ位置検知信号の今回の変化を捉えてから通電重なり時間経過後に前回の変化時にオンしたスイッチング素子をオフするスイッチング素子オフ手段と、を備える。

しかしながら、特許文献１のブラシレスモータ駆動制御装置は、基準回転数に対して通電重なり時間が最適化されていない。なぜならば、特許文献１では、定常運転時の通電重なり時間が固定されているため、例えば、ブラシレスモータのマグネットロータの加速時には、速度指令の変化に対してブラシレスモータのマグネットロータの応答が遅れる。これにより、マグネットロータの回転速度は遅くなる。その結果、オーバーラップ時間が予め設定された通電重なり電気角よりも大きくなる。従って、ブラシレスモータのステータコイルへの通電時間が長くなり、ステータコイルの電力損失が大きくなる。

一方、特許文献２には、モータの内周側に電機子を配置したアウタロータ形のブラシレスＤＣ（Direct Current）モータが開示されている。このブラシレスＤＣモータは、ステータに配置され、電源への接続を切り替えて回転磁界を生成する電機子コイルと、この電機子コイルに電圧を印加する電源側接続点と接地側接続点とを順次切り替えることによって、電機子コイルを流れる電流を切り替えるスイッチング素子と、ロータに取り付けられた界磁用永久磁石に対し、ロータと一体に取り付けられ、ロータの回転位置を示すセンサマグネットと、ステータに取り付けられ、センサマグネットによる磁界の方向を検出する磁気センサと、この磁気センサからの磁界方向変化検出を受けて、ロータの回転速度およびその変化量を算出すると共に、電機子コイルの電流切り替え時に、切替前と後の各接続点に重複して電圧を印加するオーバーラップ制御のためのオーバーラップ量を、回転速度に対応して設定し、回転速度の変化量に応じた補正値にてそのオーバーラップ量を補正するオーバーラップ制御手段と、磁気センサからの磁界方向変化検出を受けて、補正されたオーバーラップ量に応じたオーバーラップ制御を行い、スイッチング素子の電流切り替えタイミングを制御するタイミング制御手段と、を備える。

特公平６−５２９９６号公報 特開２０００−１５２６８２号公報

しかしながら、特許文献２のブラシレスＤＣモータには、以下の様な問題がある。

特許文献２のブラシレスＤＣモータでは、オーバーラップ時間の決定に要する所要時間が回転速度の算出時間に依存するため、加減速時の回転速度の変化に対するオーバーラップ制御の追従性が悪くなる。その結果、ブラシレスモータの電力損失が増加する。

また、特許文献２のブラシレスＤＣモータでは、ロータの回転速度を監視し、オーバーラップ量を変化させてオーバーラップ制御を実行しているため、定速時においては、些細な回転速度の変化であってもオーバーラップ制御が実行されるとともに、加減速時においては、オーバーラップ制御の追従性を良くするためには、回転速度を監視しながら、回転速度の変化に応じてオーバーラップ時間を補正するための演算処理を頻繁に行う必要がある。その結果、オーバーラップ制御に起因するブラシレスモータの駆動制御装置の負荷が増加する。

上記の課題を解決するために、本発明に係る駆動制御装置は、ステータに設けられた複数相の電機子コイルに対してオーバーラップ通電を行うことにより、複数の磁極を有するロータを回転させるブラシレスモータの駆動制御装置であって、
前記複数相の電機子コイルに対して通電を行うインバータ回路と、
前記インバータ回路を駆動する駆動信号を生成するモータ駆動回路と、
所定の回転数指令に基づいて、前記ロータの回転数の目標値である目標回転数を算出する目標回転数算出回路と、
前記ロータの回転位置を検出する回転位置検出回路と、
前記回転位置に基づいて、所定の基準時点における前記ロータの回転数を表す基準回転数を算出する基準回転数算出回路と、
前記目標回転数に基づいて、前記オーバーラップ通電におけるオーバーラップ量の目標値である目標オーバーラップ量を算出する目標オーバーラップ量算出回路と、
前記基準回転数、前記目標回転数、及び前記目標オーバーラップ量に基づいて、前記複数相の電機子コイルに対する通電切替のタイミング制御信号と、前記ロータの回転速度を制御するための速度制御信号と、を生成するモータ制御部と、を備え、
前記モータ駆動回路は、前記タイミング制御信号及び前記速度制御信号に基づいて、前記駆動信号を生成することを特徴とする。

好ましくは、前記モータ制御部は、前記基準回転数と前記目標回転数との差分情報に基づいて、前記ロータの回転を加速、減速、又は定速させることを決定するとともに、前記ロータの回転数に依存することなく前記オーバーラップ量を制御することを特徴とする。

好ましくは、前記モータ制御部は、前記目標回転数を中心値とする所定のオフセット幅を持つ目標回転数範囲と前記基準回転数とを比較することにより、前記差分情報を検出することを特徴とする。

好ましくは、前記モータ制御部は、前記目標回転数が前記基準回転数より大きい場合には、前記ロータの回転数が前記目標回転数に近づくにつれて前記オーバーラップ量が減少するように前記タイミング制御信号を生成し、前記目標回転数が前記基準回転数より小さい場合には、前記ロータの回転数が前記目標回転数に達するまでは前記基準回転数に対応する基準オーバーラップ量が維持され、かつ前記ロータの回転数が前記目標回転数から所定の範囲に達した後に前記オーバーラップ量が増加するように前記タイミング制御信号を生成することを特徴とする。

好ましくは、前記モータ制御部は、
前記基準回転数と、前記目標回転数と、前記目標オーバーラップ量と、に基づいて、前記基準回転数から前記目標回転数までのロータの回転数の変化量に応じて前記オーバーラップ量を補正するための補正制御信号を生成するオーバーラップ制御回路と、
前記補正制御信号と、前記回転位置と、に基づいて、前記タイミング制御信号を生成する通電切替タイミング制御回路と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ブラシレスモータの電力損失を低減し、且つ、ブラシレスモータの駆動制御装置の負荷を最適化することである。

本発明の実施形態に係るブラシレスモータの駆動制御装置１の回路構成を示すブロック図。 図１の電機子コイル５の各相の通電タイミングを示すタイムチャート。 本発明の実施形態に係るモータ制御処理の手順を示すフローチャート。 図３のモータ制御処理における図１のロータ６の回転数とオーバーラップ量との関係を示すグラフ。 電源ラインの電流波形を示す図。 本発明の実施形態の変形例に係るブラシレスモータの駆動制御装置１の回路構成を示すブロック図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

本発明の実施形態に係るブラシレスモータの駆動制御装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るブラシレスモータの駆動制御装置１の回路構成を示すブロック図である。図２は、図１の電機子コイル５の各相の通電タイミングを示すタイムチャートである。

図１のブラシレスモータの駆動制御装置１は、ステータに設けられた複数相の電機子コイル５に対してオーバーラップ通電を行うことにより、複数の磁極を有するロータ６を回転させる装置である。オーバーラップ通電は、転流前後の各相（例えば、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相）の電機子コイル５に所定のオーバーラップ電気角に相当する通電のオーバーラップ時間を設ける通電方式である。例えば、駆動制御装置１は、３相ブラシレスモータの駆動制御に用いられる。駆動制御装置１は、インバータ回路２と、モータ駆動回路３と、モータ制御部４と、回転位置検出回路８と、基準回転数算出回路９と、目標回転数算出回路１０と、目標オーバーラップ量算出回路１１と、を備える。

図１の目標回転数算出回路１０は、駆動制御装置１の外部から供給される回転数指令に基づいて、ロータ６の回転数の目標値（以下、「目標回転数」という）を算出する回路である。

図１の目標オーバーラップ量算出回路１１は、目標回転数算出回路１０により算出された目標回転数及び所定の換算テーブル（表１を参照）に基づいて、オーバーラップ量の目標値（以下、「目標オーバーラップ量」という）を算出する回路である。表１は換算テーブルの一例であり、モータの極数が８極、オーバーラップ電気角が１０度、マイクロコンピュータのオーバーラップ時間生成タイマの設定値が１［ｕｓ］、モータの回転範囲が０〜２０００［ｒｐｍ］、目標回転数の分割数が１１である場合の換算テーブルである。なお、表１の「オーバーラップ時間」の数値は、実際の値に対して４の倍数に補正された値が設定される。これにより、マイクロコンピュータで実現される目標オーバーラップ量算出回路１１に、表１の換算テーブルが利用可能になる。換算テーブルの各パラメータの値は、式１〜式４を具備する。
周波数［Ｈｚ］＝回転数［ｒｐｍ］／｛６０／（極数／２）｝ ・・（式１）
電気角３６０度に相当する時間［ｍｓ］＝（１／周波数［Ｈｚ］）×１０００ ・・（式２）
電気角１度に相当する時間［ｍｓ］＝電気角３６０度に相当する時間［ｍｓ］／３６０ ・・（式３）
オーバーラップ時間［μｓ］＝（電気角１度に相当する時間［ｍｓ］×１０００）×オーバーラップ電気角 ・・（式４）

図１の回転位置検出回路８は、ロータ６の回転位置を検出する回路である。例えば、回転位置検出回路８は、各相の電機子コイル５とインバータ回路２との間の点Ｐの電圧を測定し、測定された電圧に基づいて、ロータ６の回転位置を検出する。点Ｐの電圧は、各相の電機子コイル５に誘起される逆起電圧である。すなわち、回転位置検出回路８は、各相の電機子コイル５に誘起される逆起電圧に基づいて、ロータ６の回転位置を検出する。

図１の基準回転数算出回路９は、回転位置検出回路８により検出されたロータ６の回転位置に基づいて、所定の基準時点におけるロータ６の回転数（以下、「基準回転数」という）を算出する回路である。

図１のモータ制御部４は、回転位置検出回路８により検出された回転位置と、基準回転数算出回路９により算出された基準回転数と、目標回転数算出回路１０により算出された目標回転数と、目標オーバーラップ量算出回路１１により算出された目標オーバーラップ量と、に基づいて、複数相の電機子コイル５に対する通電切替のタイミング（以下、「通電切替タイミング」という）を制御するためのタイミング制御信号と、ロータ６の回転速度を制御するための速度制御信号と、を生成し、生成したタイミング制御信号及び速度制御信号をモータ駆動回路３に出力するモジュールである。モータ制御部４は、オーバーラップ制御回路４１と、通電切替タイミング制御回路４２と、速度制御回路４３と、を備える。

図１のオーバーラップ制御回路４１は、基準回転数算出回路９により算出された基準回転数と、目標回転数算出回路１０により算出された目標回転数と、目標オーバーラップ量算出回路１１により算出された目標オーバーラップ量と、に基づいて、基準回転数から目標回転数までのロータ６の回転数の変化量に応じてオーバーラップ量を補正するための補正制御信号を生成し、生成した補正制御信号を通電切替タイミング制御回路４２に出力する回路である。

図１の通電切替タイミング制御回路４２は、オーバーラップ制御回路４１により生成された補正制御信号と、回転位置検出回路８により検出された回転位置と、に基づいて、タイミング制御信号を生成し、生成したタイミング制御信号をモータ駆動回路３に出力する回路である。

図１の速度制御回路４３は、基準回転数算出回路９により算出された基準回転数と、目標回転数算出回路１０により算出された目標回転数と、に基づいて、ロータ６の回転速度を制御するための速度制御信号を生成し、生成した速度制御信号をモータ駆動回路３に出力する回路である。

インバータ回路２は、複数相の電機子コイル５に対して通電を行う回路である。例えば、インバータ回路２は、複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を備える。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、モータ駆動回路３により生成された駆動信号（後述する）に基づいて、オン及びオフが切り換わる。これにより、通電対象となる電機子コイル５の相が切り替わる。

図１のモータ駆動回路３は、通電切替タイミング制御回路４２により生成されたタイミング制御信号と、速度制御回路４３により生成された速度制御信号と、に基づいて、ロータ６を回転させるための駆動信号（電圧）を生成し、生成した駆動信号をインバータ回路２に出力する回路である。モータ駆動回路３により生成された電圧は、インバータ回路２を介して電機子コイル５の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に印加される。これにより、印加される電圧に応じた電流（以下、「コイル電流」という）が電機子コイル５に流れ、コイル電流に応じた磁界が電機子コイル５のステータに発生し、ステータに発生する磁界に応じてロータ６が回転する。

図２に示すように、電機子コイル５のハイサイド側の各相（ＵＨ，ＶＨ，ＷＨ）とロウサイド側の各相（ＵＬ，ＶＬ，ＷＬ）には、それぞれ、転流前後の相の切り替え時（図２の破線部を参照）に所定のオーバーラップ電気角に相当するオーバーラップ時間が設けられる。図２のハイサイド側の各相（ＵＨ，ＶＨ，ＷＨ）の波形は、それぞれ、図１のトランジスタＱ１，Ｑ３，Ｑ５がオンになったときの点Ｐの電圧の波形に対応する。図２のロウサイド側の各相（ＵＬ，ＶＬ，ＷＬ）の波形は、それぞれ、図１のトランジスタＱ２，Ｑ４，Ｑ６がオンになったときの点Ｐの電圧の波形に対応する。以下、２つの相（例えば、ＵＨ相とＶＨ相）の電気角が互いに重なっている量を「オーバーラップ量」という。

本発明の実施形態に係るモータ制御処理について説明する。図３は、本発明の実施形態に係るモータ制御処理の手順を示すフローチャートである。

図３のモータ制御処理は、回転位置検出回路８が回転位置を検出し、基準回転数算出回路９が基準回転数を算出し、目標回転数算出回路１０が目標回転数を算出し、目標オーバーラップ量算出回路１１が目標オーバーラップ量Ｊを算出した後に開始する。

＜図３：入力（Ｓ３０１）＞ 図１の回転位置検出回路８により検出された回転位置と、基準回転数算出回路９により算出された基準回転数Ｂと、目標回転数算出回路１０により算出された目標回転数Ａと、目標オーバーラップ量算出回路１１により算出された目標オーバーラップ量Ｊと、がモータ制御部４に入力される。

＜図３：Ｓ３０２＞ 図１のモータ制御部４が、第１目標値と基準回転数Ｂとを比較する。第１目標値は、目標回転数Ａと所定のオフセット量αとの和である。第１目標値は、目標回転数Ａを中心値とするオフセット幅２αを持つ範囲（以下、「目標回転数範囲」という）の上端を表す。第１目標値が基準回転数Ｂより小さい（“Ａ＋α＜Ｂ”である）場合には（Ｓ３０２−ＹＥＳ）、減速制御（Ｓ３０３）が実行される。第１目標値が基準回転数Ｂ以上（“Ａ＋α≧Ｂ”）である場合には（Ｓ３０２−ＮＯ）、Ｓ３１１が実行される。

＜図３：減速制御（Ｓ３０３）＞ 図１のモータ制御部４が、加速処理フラグＸを０（無効）に設定し、減速処理フラグＹを１（有効）に設定し、加速処理フラグＸ及び減速処理フラグＹの設定内容に基づいて速度制御信号を生成し、生成した速度制御信号をモータ駆動回路３に出力する。これにより、ロータ６の回転数が下がる。減速制御（Ｓ３０３）が終了すると、図３のモータ制御処理が終了する。

＜図３：Ｓ３１１＞ 図１のモータ制御部４が、第２目標値と基準回転数Ｂとを比較する。第２目標値は、目標回転数Ａとオフセット量αとの差である。第２目標値は、目標回転数範囲の下端を表す。第２目標値が基準回転数Ｂより大きい（“Ａ−α＞Ｂ”である）場合には（Ｓ３１１−ＹＥＳ）、加速制御（Ｓ３１２）が実行される。第２目標値が基準回転数Ｂ以下（“Ａ−α≦Ｂ”）である場合には（Ｓ３１１−ＮＯ）、Ｓ３２１が実行される。

＜図３：加速制御（Ｓ３１２）＞ 図１のモータ制御部４が、加速処理フラグＸを１（有効）に設定し、減速処理フラグＹを０（無効）に設定し、加速処理フラグＸ及び減速処理フラグＹの設定内容に基づいて速度制御信号を生成し、生成した速度制御信号をモータ駆動回路３に出力する。これにより、ロータ６の回転数が上がる。

＜図３：Ｓ３１３＞ 図１のモータ制御部４が、目標オーバーラップ量Ｊと基準オーバーラップ量Ｋとを比較する（ステップＳ５）。基準オーバーラップ量Ｋは、それぞれの基準回転数Ｂにおけるオーバーラップ量である。目標オーバーラップ量Ｊと基準オーバーラップ量Ｋとが等しい（“Ｊ＝Ｋ”である）場合には（Ｓ３１３−ＹＥＳ）、図３のモータ制御処理が終了する。目標オーバーラップ量Ｊと基準オーバーラップ量Ｋとが異なる（“Ｊ≠Ｋ”である）場合には（Ｓ３１３−ＮＯ）、オーバーラップ量補正（Ｓ３１４）が実行される。

＜図３：オーバーラップ量補正（Ｓ３１４）＞ 図１のモータ制御部４が、基準オーバーラップ量Ｋから所定のオーバーラップ変化量（減少量）Ｌを減算した値にオーバーラップ量を補正するための補正制御信号を生成し、生成した補正制御信号に基づいてタイミング制御信号を生成し、生成したタイミング制御信号をモータ駆動回路３に出力する。なお、モータ制御部４は、減少量Ｌの代わりに、先の減少から次の減少に移行する時間間隔（以下、「減少移行時間」という）を用いて補正制御信号を生成しても良い。減少量Ｌ及び減少移行時間が少ないほど、ロータ６の回転数が目標回転数Ａに到達するまでの時間が長くなる。好ましくは、減少量Ｌ及び減少移行時間の値は、ブラシレスモータの負荷の大きさや速度制御回路４３の制御方式に応じて設定され、例えば、マイクロコンピュータのオーバーラップ時間生成タイマにより設定される。なお、モータ制御部４は、通電切替タイミングに合わせてオーバーラップ量を減少させてもよい。この場合には、ロータ６の回転数が分からない場合であっても、オーバーラップ量を補正することができる。これにより、電機子コイル５への通電のオーバーラップ時間が短くなる。すなわち、基準回転数Ｂが第２目標値より小さいという条件と、基準オーバーラップ量Ｋと目標オーバーラップ量Ｊとが異なるという条件と、を具備する場合には、オーバーラップ時間が短くなるようにオーバーラップ量が補正される。オーバーラップ量補正（Ｓ３１４）が終了すると、図３のモータ制御処理が終了する。

＜図３：Ｓ３２１＞ 図１のモータ制御部４が、目標オーバーラップ量Ｊと基準オーバーラップ量Ｋとを比較する。目標オーバーラップ量Ｊと基準オーバーラップ量Ｋとが等しい（“Ｊ＝Ｋ”である）場合には（Ｓ３２１−ＹＥＳ）、定速制御（Ｓ３４１）が実行される。目標オーバーラップ量Ｊと基準オーバーラップ量Ｋとが異なる（“Ｊ≠Ｋ”である）場合には（Ｓ３２１−ＮＯ）、Ｓ３２２が実行される。

＜図３：Ｓ３２２＞ 図１のモータ制御部４が、減速処理フラグＹが１（有効）に設定されているか否かを判定する。減速処理フラグＹが１（有効）に設定されている場合には（Ｓ３２２−ＹＥＳ）、オーバーラップ量補正（Ｓ３２３）が実行される。減速処理フラグＹが０（無効）に設定されている場合には（Ｓ３２２−ＮＯ）、Ｓ３３１が実行される。

＜図３：オーバーラップ量補正（Ｓ３２３）＞ 図１のモータ制御部４が、基準オーバーラップ量Ｋに所定のオーバーラップ変化量（増加量）Ｍを加算した値にオーバーラップ量を補正するための補正制御信号を生成し、生成した補正制御信号に基づいてタイミング制御信号を生成し、生成したタイミング制御信号をモータ駆動回路３に出力する。これにより、電機子コイル５への通電のオーバーラップ時間が長くなる。増加量Ｍは、第１目標値（Ａ＋α）から目標回転数Ａへの移行時間に応じて決定される。例えば、増加量Ｍを大きくすると移行時間が短くなり、増加量Ｍを小さくすると移行時間が長くなる。すなわち、基準回転数Ｂが目標回転数範囲に含まれるという条件と、基準オーバーラップ量Ｋと目標オーバーラップ量Ｊとが異なるという条件と、減速処理フラグＹが１（有効）に設定されているという条件と、を具備する場合には、オーバーラップ時間が長くなるようにオーバーラップ量が補正される。オーバーラップ量補正（Ｓ３２３）が終了すると、図３のモータ制御処理が終了する。

＜図３：Ｓ３３１＞ 図１のモータ制御部４が、加速処理フラグＸが１（有効）に設定されているか否かを判定する。加速処理フラグＸが１（有効）に設定されている場合には（Ｓ３３１−ＹＥＳ）、オーバーラップ量補正（Ｓ３３２）が実行される。加速処理フラグＸが０（無効）に設定されている場合には（Ｓ３３１−ＮＯ）、図３のモータ制御処理が終了する。

＜図３：オーバーラップ量補正（Ｓ３３２）＞ 図１のモータ制御部４が、基準オーバーラップ量Ｋからオーバーラップ変化量（減少量）Ｌを減算した値にオーバーラップ量を補正するための補正制御信号を生成し、生成した補正制御信号に基づいてタイミング制御信号を生成し、生成したタイミング制御信号をモータ駆動回路３に出力する。これにより、電機子コイル５への通電のオーバーラップ時間が短くなる。すなわち、基準回転数Ｂが目標回転数範囲に含まれるという条件と、基準オーバーラップ量Ｋと目標オーバーラップ量Ｊとが異なるという条件と、加速処理フラグＸが１（有効）に設定されているという条件と、を具備する場合には、オーバーラップ時間が短くなるようにオーバーラップ量が補正される。オーバーラップ量補正（Ｓ３３２）が終了すると、図３のモータ制御処理が終了する。

＜図３：定速制御（Ｓ３４１）＞ 図１のモータ制御部４が、加速処理フラグＫ及び減速処理フラグＹを０（無効）に設定し、加速処理フラグＸ及び減速処理フラグＹの設定内容に基づいてタイミング制御信号を生成し、生成したタイミング制御信号をモータ駆動回路３に出力する。これにより、ロータ６の回転数が維持される。定速制御（Ｓ３４１）が終了すると、図３のモータ制御処理が終了する。

図３のモータ制御処理における図１のロータ６の回転数とオーバーラップ量との関係について説明する。図４は、図３のモータ制御処理における図１のロータ６の回転数とオーバーラップ量との関係を示すグラフである。

図４（ａ）は、目標回転数が基準回転数Ｂより大きい場合（図３の加速制御（Ｓ３１２）が実行される場合）のグラフである。図４（ｂ）は、目標回転数が基準回転数Ｂより小さい場合（図３の減速制御（Ｓ３０３）が実行される場合）のグラフである。図４に示すように、目標回転数範囲が目標回転数Ａを中心値とするオフセット幅２αを持つので、ロータ６の回転数を安定して目標回転数に調整することができる。その結果、オーバーラップ量を容易に、且つ、安定して補正することができる。例えば、オフセット量αは、所定の固定値であっても良いし、目標回転数Ａに対して一定の割合であっても良い。

図４（ａ）に示すように、目標回転数Ａが基準回転数Ｂより大きい（すなわち、図３の加速制御（Ｓ３１２）が実行される）場合には、図１のロータ６の回転数が目標回転数Ａに近づく（すなわち、ロータ６の回転数がＲ１からＲ２に向かって増加する）につれて、基準オーバーラップ量Ｋから目標オーバーラップ量Ｊに近づくようにオーバーラップ量が補正される（すなわち、オーバーラップ量が徐々に減少するようにタイミング制御信号が生成される）。例えば、表１の例では、図４（ａ）の基準オーバーラップ量Ｋは約４１６［μｓ］であり、目標オーバーラップ量Ｊは２０８［μｓ］である。換言すると、ロータ６の回転数を増加させるときには、基準回転数Ｂから目標回転数Ａに達するまでの間のロータの回転数に依存することなく、オーバーラップ電気角が増加しないようにオーバーラップ量が補正される。これにより、ブラシレスモータの電力損失が抑制される。なお、ブラシレスモータに過大な負荷が加わった場合には、ロータ６の回転数が目標回転数Ａの中心値に到達しない可能性がある。しかしながら、ロータ６の回転数が目標回転数範囲に含まれる場合には、基準オーバーラップ量Ｋから目標オーバーラップ量Ｊになるまでオーバーラップ量が補正される。これにより、ブラシレスモータに過大な負荷が加わった場合であっても、ブラシレスモータの電力損失を抑制することができる。

図４（ｂ）に示すように、目標回転数Ａが基準回転数Ｂより小さい（すなわち、図３の減速制御（Ｓ３０３）が実行される）場合には、図１のロータ６の回転数が目標回転数に達する（すなわち、ロータ６の回転数がＲ１からＲ２に減少する）までは基準オーバーラップ量Ｋが維持され、かつロータ６の回転数が第１目標値（すなわち、目標回転数Ａから所定の範囲）に達した後（すなわち、ロータ６の回転数がＲ２からＲ３に達した後）に、ロータ６の回転数が目標回転数Ａに近づくにつれて、基準オーバーラップ量Ｋから目標オーバーラップ量Ｊに近づくようにオーバーラップ量が補正される（すなわち、オーバーラップ量が徐々に増加するようにタイミング制御信号が生成される）。例えば、図４（ｂ）の基準オーバーラップ量Ｋは２０８［μｓ］であり、目標オーバーラップ量Ｊは４１６［μｓ］である。換言すると、ロータ６の回転数を減少させるときには、基準回転数Ｂから目標回転数Ａに達するまでの間のロータ６の回転数に依存することなく、基準回転数Ｂと目標回転数Ａとの差分情報のみに基づいて実際の回転数に見合ったオーバーラップ量を超えないようにオーバーラップ量が補正され、ロータ６の回転数が目標回転数Ａに達するまで基準回転数Ｂに対応する基準オーバーラップ量が維持される。これにより、ブラシレスモータの電力損失を抑制することができる。

本発明の実施形態の作用効果について説明する。図５は、電源ラインの電流波形を示す図である。

図５（ａ）は、本発明の実施形態に係るオーバーラップ通電を実行していない場合の電源ラインの電流波形を示している。図５（ｂ）は、本発明の実施形態に係るオーバーラップ通電を実行した場合の電源ラインの電流波形を示している。図５（ａ）の破線部Ａ及び図５（ｂ）の破線部Ｂは、オーバーラップ通電の通電切替タイミングである。図５（ｂ）の破線部Ｂでは、図５（ａ）の破線部Ａに比べて、電流の減少幅が小さい。すなわち、本発明の実施形態に係るオーバーラップ通電を実行した場合のトルクの減少量は、本発明の実施形態に係るオーバーラップ通電を実行していない場合のトルクの減少量より小さい。

なお、本発明の実施形態では、図４に示すように、基準オーバーラップ量Ｋから目標オーバーラップ量Ｊになるまでオーバーラップ量を直線的に変化させる例について説明したが、ブラシレスモータに要求される電力損失と振動騒音の許容範囲に応じた最適なカーブに沿ってオーバーラップ量を変化させても良い。

また、本発明の実施形態では、基準回転数算出回路９が、各相の電機子コイル５に誘起される誘起電圧に基づいて基準回転数を算出する例について説明したが、本発明の範囲はこれに限られるものではない。本発明は、図６に示すように、駆動制御装置１が、ロータ６の回転位置を検出する位置センサ（例えば、ホールＩＣ（Integrated Circuit）Ｈ１〜Ｈ３）を備え、基準回転数算出回路９が、位置センサにより検出されたロータ６の回転位置に基づいて、ロータの回転数を算出する場合にも適用可能である。

上記のとおり、本発明の実施形態によれば、基準回転数Ａ、目標回転数Ｂ、及び目標オーバーラップ量に基づいて、タイミング制御信号及び速度制御信号が生成される。その結果、オーバーラップ量が、ロータ６の回転数に応じた最適値に補正される。これにより、ブラシレスモータの電力損失を低減し、かつ駆動制御装置１の負荷を最適化することができる。

また、本発明の実施形態によれば、基準回転数Ｂ及び目標回転数Ａの差分情報に基づいて、ロータ６の回転を加速、減速、又は定速することが決定されるとともに、ロータ６の回転数に依存することなく、オーバーラップ量が補正される。これにより、ブラシレスモータの電力損失を低減し、かつ駆動制御装置１の負荷を最適化することができる。

また、本発明の実施形態によれば、目標回転数Ａを中心値とするオフセット幅２αを持つ目標回転数範囲と基準回転数Ｂとを比較することにより、差分情報が検出される。これにより、ロータ６の回転数を安定して目標回転数に調整することができる。

また、本発明の実施形態によれば、目標回転数Ａが基準回転数Ｂよりも大きい場合には、ロータ６の回転が加速されるように速度制御信号が生成され、目標回転数Ａが基準回転数Ｂよりも小さい場合には、ロータ６の回転が減速されるように速度制御信号が生成され、目標回転数Ａが基準回転数Ｂに一致する場合には、ロータ６の回転数が維持されるように速度制御信号が生成される。これにより、ブラシレスモータの電力損失及び振動騒音を低減することができる。

本発明の実施形態に係る駆動制御装置１の少なくとも一部は、ハードウェアで構成しても良いし、ソフトウェアで構成しても良い。ソフトウェアで構成する場合には、駆動制御装置１の少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させても良い。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でも良い。

また、本発明の実施形態に係る駆動制御装置１の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布しても良い。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布しても良い。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化される。また、上述した実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明が形成可能である。例えば、上述した実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１ 駆動制御装置
２ インバータ回路
３ モータ駆動回路
４ モータ制御部
４１ オーバーラップ制御回路
４２ 通電切替タイミング制御回路
４３ 速度制御回路
５ 電機子コイル
６ ロータ
８ 回転位置検出回路
９ 基準回転数算出回路
１０ 目標回転数算出回路
１１ 目標オーバーラップ量算出回路

Claims (4)

1. ステータに設けられた複数相の電機子コイルに対してオーバーラップ通電を行うことにより、複数の磁極を有するロータを回転させるブラシレスモータの駆動制御装置において、
   前記複数相の電機子コイルに対して通電を行うインバータ回路と、
   前記インバータ回路を駆動する駆動信号を生成するモータ駆動回路と、
   所定の回転数指令に基づいて、前記ロータの回転数の目標値である目標回転数を算出する目標回転数算出回路と、
   前記ロータの回転位置を検出する回転位置検出回路と、
   前記回転位置に基づいて、所定の基準時点における前記ロータの回転数を表す基準回転数を算出する基準回転数算出回路と、
   前記目標回転数に基づいて、前記オーバーラップ通電におけるオーバーラップ量の目標値である目標オーバーラップ量を算出する目標オーバーラップ量算出回路と、
   前記基準回転数、前記目標回転数、及び前記目標オーバーラップ量に基づいて、前記複数相の電機子コイルに対する通電切替のタイミング制御信号と、前記ロータの回転速度を制御するための速度制御信号と、を生成するとともに、前記基準回転数と前記目標回転数との差分情報に基づいて、前記ロータの回転を加速、減速、又は定速させることを決定し、かつ前記目標回転数に基づいた前記目標オーバーラップ量になるように前記オーバーラップ量を制御するモータ制御部と、を備え、
   前記モータ駆動回路は、前記タイミング制御信号及び前記速度制御信号に基づいて、前記駆動信号を生成することを特徴とする駆動制御装置。
2. 前記モータ制御部は、前記目標回転数を中心値とする所定のオフセット幅を持つ目標回転数範囲と前記基準回転数とを比較することにより、前記差分情報を検出することを特徴とする請求項１に記載の駆動制御装置。
3. 前記モータ制御部は、前記目標回転数が前記基準回転数より大きい場合には、前記ロータの回転数が前記目標回転数に近づくにつれて前記オーバーラップ量が減少するように前記タイミング制御信号を生成し、前記目標回転数が前記基準回転数より小さい場合には、前記ロータの回転数が前記目標回転数から所定の範囲に達するまでは前記基準回転数に対応する基準オーバーラップ量が維持され、かつ前記ロータの回転数が前記目標回転数から所定の範囲に達した後に前記オーバーラップ量が増加するように前記タイミング制御信号を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の駆動制御装置。
4. 前記モータ制御部は、
   前記基準回転数と、前記目標回転数と、前記目標オーバーラップ量と、に基づいて、前記基準回転数から前記目標回転数までのロータの回転数の変化量に応じて前記オーバーラップ量を補正するための補正制御信号を生成するオーバーラップ制御回路と、
   前記補正制御信号と、前記回転位置と、に基づいて、前記タイミング制御信号を生成する通電切替タイミング制御回路と、を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の駆動制御装置。

Images