JP5945702B2 - モータ駆動方法、モータ駆動装置およびブラシレスモータ - Google Patents

Description

本発明は、モータの電源ラインに例えば大きなノイズなどが印加されて電源電圧が上昇し過電圧となった場合にその過電圧による影響を抑制するようにモータを駆動するモータ駆動方法、モータ駆動装置およびブラシレスモータに関する。

自動車などは、搭載したバッテリが搭載機器の電源となる。車両は多くの機器を搭載しており、例えば走行中にはこれらの機器が状況に応じて動作する。このため、車載バッテリの電源電圧は一般の電気機器の電源に比べて大きく変動する。さらに、エンジン駆動中に何らかの原因で車載バッテリが遮断すると、ロードダンプと呼ばれる過渡現象が生じ、電源ラインに高電圧が発生することが知られている。

このため、従来、車載バッテリの電源ラインに重畳したサージなどの過電圧から車載の機器を保護する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は、電源ラインにサージが発生した場合に、サージが所定電圧以上の間、制御手段がブロアモータ回路を通電状態に制御するように構成されている。これによって、サージがブロアモータ回路に流れて吸収される。従来の技術は、このような手法によって、サージ吸収回路の負担やサージ吸収素子数の低減を図っている。

しかしながら、上述した従来の技術は、ブロアモータ停止時にサージが発生した場合、ブロアモータを通電駆動して動作させ、ブロアモータにサージエネルギを吸収させる構成である。このため、ブロアモータを通電駆動しているときにサージが発生した場合、通電駆動によるサージエネルギの吸収以上に、サージエネルギを吸収できないという課題があった。

特開平１１−５９１５９号公報

本発明のモータ駆動方法は、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モータにおいて、進角量に基づく位相の通電タイミングで巻線を通電駆動してロータを回転させるモータ駆動方法である。本モータ駆動方法は、モータに供給される電源電圧が所定の電圧を超えるかどうかを判定し、所定の電圧を超えたと判定すると、巻線を通電する電流量が多くなるように進角量を変更して、巻線を通電駆動する。

これにより、電源電圧が例えばノイズなどの影響で上昇して所定の電圧を超えるような過電圧となったとき、モータは回転数など現状の回転動作を変更することなく、現状の回転動作を維持しながら進角量の変更で電流量を多くして、電圧上昇した過電圧のエネルギを吸収し、これによって、電源ラインの電圧上昇を抑制できる。

また、本発明のモータ駆動方法は、電源電圧が所定の電圧を超えないときは、電流量が少なくなるように進角量を制御し、所定の電圧を超えたと判定すると、電流量が多くなるように進角量を制御する。

これにより、電源電圧が所定の電圧を超えないときは、巻線の電流量を抑えて効率化や低騒音化を図るとともに、所定の電圧を超えたときには電源ラインの電圧上昇を抑制できる。

さらに、本発明のモータ駆動装置は、上述のモータ駆動方法を実行する機能を備え、進角量に基づく通電タイミングで巻線を通電駆動する構成である。

さらに、本発明のモータ駆動装置は、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モータにおいて、進角量に基づく位相の通電タイミングで巻線を通電駆動してロータを回転させるモータ駆動装置である。本モータ駆動装置は、進角量に基づく位相の通電タイミングを生成する通電タイミング生成部と、巻線を駆動するための波形信号を生成し、通電タイミングに基づくタイミングで波形信号を出力する駆動波形生成部と、駆動波形生成部から供給された波形信号によりパルス幅変調した駆動パルス信号を生成するＰＷＭ回路と、駆動パルス信号に基づいて巻線を通電するインバータと、モータに供給される電源電圧が所定の電圧を超えるかどうかを判定する過電圧判定部と、進角量を通電タイミング生成部に設定する進角設定部とを備える。そして、進角設定部は、過電圧判定部が所定の電圧を超えたと判定すると、巻線を通電する電流量が多くなるような進角量を通電タイミング生成部に設定する構成である。

この構成により、電源電圧が例えばノイズなどの影響で上昇して所定の電圧を超えるような過電圧となったとき、モータは回転数など現状の回転動作を変更することなく、進角量の変更で電流量を多くして、電圧上昇した過電圧のエネルギを吸収し、これによって、電源ラインの電圧上昇を抑制できる。

さらに、本発明のブラシレスモータは、上述のモータ駆動装置を内蔵または一体化した構成である。

この構成により、電源ラインから供給される電源電圧の電圧上昇を抑制する機能を備えたブラシレスモータを実現できる。

以上のように、本発明のモータ駆動方法、モータ駆動装置およびブラシレスモータによれば、例えばノイズなどの影響によって電源電圧が過電圧となったとき、進角量を変更して巻線を通電する電流量が多くなるように動作する。このため、モータの通電駆動中において発生した電源ラインの電圧上昇を抑制し、安定した電源環境での動作を可能としたモータ駆動方法、モータ駆動装置およびブラシレスモータを提供できる。

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構造を示す図である。 図２は、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置のブロック図である。 図３は、進角量とモータ電流との特性例を示す図である。 図４は、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動方法の手順の一例を示すフローチャートである。 図５は、同モータ駆動方法の他の例を示すフローチャートである。 図６は、本発明の実施の形態２におけるモータ駆動装置のブロック図である。 図７は、同モータ駆動装置の他の構成例を示すブロック図である。 図８は、本発明の実施の形態２におけるモータ駆動方法の手順の一例を示すフローチャートである。 図９は、本発明の実施の形態３におけるモータ駆動装置のブロック図である。 図１０は、本発明の実施の形態３におけるモータ駆動方法の手順の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態におけるモータ駆動方法、モータ駆動装置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１におけるブラシレスモータ１０の構造を示す図である。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モータ駆動装置が構成される。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。このような手順で、位置検出センサやモータ駆動装置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がモータ駆動装置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。

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のモータ駆動装置によって巻線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により構成された本実施の形態のモータ駆動装置について説明する。

図２は、本実施の形態におけるブラシレスモータ１０のモータ駆動装置４０のブロック図である。

モータ駆動装置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、速度信号生成部４６、進角設定部４７、電圧測定部５１および過電圧判定部５２を備える。また、モータ駆動装置４０の各回路を動作させるため、電源ラインＰｗから電源端子５０に電源電圧Ｖｃｃが供給される。例えば、車両の場合には、車載されたバッテリから電源ラインＰｗを介して電源電圧Ｖｃｃが供給される。また、モータ駆動装置４０には、例えば外部の上位器などから、各種の指令や制御信号Ｃｎｔとともに、指令回転数や指令速度として例えば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、検出回転数として、速度信号生成部４６で生成された検出速度信号Ｒｖが通知される。本実施の形態では、ロータ１２の回転位置を検出し、検出した位置情報に基づいて検出速度信号Ｒｖを生成する一例を挙げている。回転制御部４１は、回転指令信号Ｒｒと検出速度信号Ｒｖ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、速度信号生成部４６は、位置検出センサ３８からの位置センサ信号Ｄｅｔによる位置情報に対して例えば微分演算などを行い、ロータ１２の回転速度を算出して検出速度信号Ｒｖとして出力している。回転制御部４１は、指令回転数を示す回転指令信号Ｒｒと、速度信号生成部４６が算出した検出回転数を示す検出速度信号Ｒｖとの偏差を求める。そして、回転制御部４１は、指令回転数に従った実速度で回転するように、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（ＰＷＭ）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の回転数を制御するフィードバック制御ループが形成される。すなわち、本実施の形態では、指令回転数に追従してロータ１２が回転するようにフィードバック制御して、ロータ１２を回転させている。

次に、検出速度信号Ｒｖ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および速度信号生成部４６に供給される。

速度信号生成部４６は、上述したように位置センサ信号Ｄｅｔを用いて検出速度信号Ｒｖ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したタイミングを生成する。通電タイミング生成部４５には、進角設定部４７から進角量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量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。すなわち、モータ駆動装置４０は、回転制御信号Ｄｄに応じた振幅かつ進角量Ｐに応じた位相の波形信号Ｗｄで巻線１６を通電駆動するように動作する。

次に、進角設定部４７が通電タイミング生成部４５に設定する進角量Ｐについて説明する。

図３は、通電タイミングに相当する進角量とモータ電流との特性例を示した図である。理論的にはある一定な回転数において、図３に示すように進角量を変化させたとき、モータ電流が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。なお、モータ電流が極小値となる進角量は回転数によって変化する。このため、本実施の形態では、進角設定部４７にも回転指令信号Ｒｒが通知され、進角設定部４７は回転指令信号Ｒｒに基づいて回転数に応じた進角量Ｐを生成する構成としている。

本実施の形態では、このような特性を利用して、本ブラシレスモータ１０の通常運転時には、モータ電流が極小値となるような進角量Ｐを通電タイミング生成部４５に設定して効率化を図っている。また、モータ電流が極小値の状態で所望の回転数となるように回転駆動できるため、低騒音化も図ることができる。

さらに、本実施の形態では、電源電圧Ｖｃｃに基づいて進角量Ｐを変更するような構成としている。このような構成とするため、本実施の形態では、電圧測定部５１と過電圧判定部５２とを備えている。

電圧測定部５１は、電源端子５０に供給される電源電圧Ｖｃｃの電圧値を測定し、測定した電源電圧値Ｖｔを過電圧判定部５２に通知する。過電圧判定部５２は、供給される電源電圧Ｖｃｃが所定の電圧を超える過電圧かどうかを判定し、判定結果を過電圧判定信号Ｖｏｖとして進角設定部４７に通知する。過電圧判定部５２は、このような動作を行うため、例えば所定の電圧値である閾値電圧Ｖｔｈを保持している。そして、電圧測定部５１からの電源電圧値Ｖｔが閾値電圧Ｖｔｈを超える電圧値になると過電圧と判定し、電源電圧値Ｖｔが閾値電圧Ｖｔｈを超えない電圧値のときには過電圧ではないと判定し、この判定に基づく過電圧判定信号Ｖｏｖを出力する。

進角設定部４７は、過電圧判定信号Ｖｏｖにおいて過電圧と判定されていないときには、通常運転として、モータ電流が少なくなるような進角量Ｐを通電タイミング生成部４５に設定する。また、進角設定部４７は、過電圧判定信号Ｖｏｖにおいて過電圧と判定されると、巻線１６を通電する電流量が多くなるような進角量Ｐを通電タイミング生成部４５に設定する。すなわち、進角設定部４７は、過電圧と判定されていないとき、図３の進角値Ｐｂのようにモータ電流が最小となる進角量Ｐを設定する。また、進角設定部４７は、過電圧と判定されたとき、図３の進角値Ｐｍのようにモータ電流が多くなる進角量Ｐを設定する。

モータ駆動装置４０は、以上説明したように、過電圧判定部５２が過電圧と判定すると、巻線１６を通電する電流量が多くなるような進角量Ｐを進角設定部４７が通電タイミング生成部４５に設定する構成を備えている。本実施の形態では、モータ駆動装置４０がこのような構成を備えているため、例えば電源ラインにサージやノイズが重畳して電源ラインのコンデンサが充電され電源電圧Ｖｃｃが過電圧となったとき、フィードバック制御により回転数など現状の回転動作を維持しながら、進角量Ｐの変更で電流量を多くして、サージなどによって生じた過電圧のエネルギを吸収する。これによって、電源ラインＰｗの電圧上昇を抑制し、サージやノイズなどの影響による電源電圧Ｖｃｃの変動を低減し、ブラシレスモータ１０の安定な動作とともに、電源ラインＰｗに接続された他の電気機器の安定な動作をも確保している。

以上、過電圧判定部５２および進角設定部４７を備えたモータ駆動装置４０の例を挙げて説明したが、同様の機能を実行するようなモータ駆動方法を備えた構成であってもよい。

図４は、本実施の形態におけるモータ駆動方法の手順の一例を示すフローチャートである。図４において、本モータ駆動方法の処理を開始すると、まず電源電圧Ｖｃｃが所定の電圧を超える過電圧かどうかを判定する（ステップＳ１００）。ステップＳ１００において、過電圧ではないと判定するとステップＳ１０４に進み、過電圧であると判定するとステップＳ１０６に進む（ステップＳ１０２）。過電圧ではないと判定したとき、進角量Ｐとして、図３に例示する電流量が極小となるような進角値Ｐｂを通電タイミング生成部４５に設定する（ステップＳ１０４）。また、過電圧であると判定したとき、進角量Ｐとして、図３に例示する電流量が多くなるような進角値Ｐｍを通電タイミング生成部４５に設定する（ステップＳ１０６）。そして、例えば上位器などから処理の終了を指令されない場合には、ステップＳ１００からステップＳ１０８までの処理を繰り返し、終了が指令されると本モータ駆動方法の処理を終了する（ステップＳ１０８）。

このように、本実施の形態のモータ駆動方法は、モータに供給される電源電圧Ｖｃｃが所定の電圧を超える過電圧かどうかを判定し、過電圧と判定すると、巻線１６を通電する電流量が多くなるように進角量Ｐを変更して、巻線１６を通電駆動する。このようなモータ駆動方法を実行する機能をブラシレスモータ１０に含めることによっても、電源ラインＰｗの電圧上昇を抑制できる。

また、図５は、本実施の形態におけるモータ駆動方法の他の例を示すフローチャートである。図５に示すモータ駆動方法では、まず、進角量Ｐとして、電流量が極小となる進角値Ｐｂを設定しておく（ステップＳ２００）。その後、電源電圧Ｖｃｃが所定の電圧を超える過電圧かどうかを判定する（ステップＳ２０２）。ステップＳ２０２において、過電圧ではないと判定するとステップＳ２０６に進み、過電圧であると判定するとステップＳ２１０に進む（ステップＳ２０４）。

過電圧ではないと判定したときには、進角量Ｐとして進角値Ｐｂが設定されているかどうかをさらに判定する（ステップＳ２０６）。進角量Ｐとして進角値Ｐｂが設定されている場合には、ステップＳ２１２に進む。一方、進角量Ｐとして進角値Ｐｂが設定されていない場合には、現在の進角量Ｐから所定の変更値ｄＰを減算した値を新たな進角量Ｐとして設定し、ステップＳ２１２に進む（ステップＳ２０８）。

また、ステップＳ２０２において過電圧であると判定したときには、現在の進角量Ｐから所定の変更値ｄＰを加算した値を新たな進角量Ｐとして設定し、ステップＳ２１２に進む（ステップＳ２１０）。

そして、例えば上位器などから処理の終了を指令されない場合には、ステップＳ２０２からステップＳ２１２までの処理を繰り返し、終了が指令されると本モータ駆動方法の処理を終了する（ステップＳ２１２）。

図５に示す処理を実行することにより、電源電圧Ｖｃｃが過電圧ではない場合には、進角量Ｐとして電流量が極小となる進角値Ｐｂが設定される。一方、過電圧が発生すると、進角量Ｐが変更値ｄＰずつ増加するように動作し、電流量も順次増加する。そして、電源電圧Ｖｃｃが過電圧ではなくなると、進角量Ｐは、変更値ｄＰずつ減少して、電流量が極小となる進角値Ｐｂとなる。

図５に示すモータ駆動方法も、電源電圧Ｖｃｃが過電圧かどうかを判定し、過電圧と判定すると、巻線１６を通電する電流量が多くなるように進角量Ｐを変更して、巻線１６を通電駆動するため、電源ラインＰｗの電圧上昇を抑制できる。さらに、図５に示すモータ駆動方法は、過電圧と判定すると、進角量Ｐを進角値Ｐｂから徐々にずらせていく手法であるため、急激な進角量Ｐの変化による一時的な回転数の変動やその変動による騒音などを抑制できる。

なお、図４および図５では、過電圧と判定すると進角量Ｐを増加させて電流量を多くする例を挙げて説明したが、進角量Ｐを減少させることで電流量を増やすようにしてもよい。

また、図５に示す処理において、変更値ｄＰを電源電圧Ｖｃｃや過電圧の電圧に応じた値としてもよい。すなわち、例えば、過電圧の電圧が高くなるに従って変更値ｄＰも大きくする。このように動作させることによって、過電圧の電圧に応じて適応的に電源電圧Ｖｃｃの変動を抑制できる。

また、図５に示す処理において、進角量Ｐを変更値ｄＰずつ増加させたときの制限値となる最大進角量Ｐｍａｘを設定しておくことが好ましい。すなわち、増加させた進角量Ｐが最大進角量Ｐｍａｘを超えるとき、進角量Ｐを最大進角量Ｐｍａｘに制限するような処理も加えればよい。

また、本モータ駆動方法を実施する具体的な一つの手法として、例えば回路基板１３にマイコンを搭載してモータ駆動装置４０の機能をプログラムとして組み込み、本モータ駆動方法の各ステップの処理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、本モータ駆動方法を含む各処理をより柔軟に実行することができる。

（実施の形態２）
図６は、実施の形態２におけるモータ駆動装置６０のブロック図である。本実施の形態においても実施の形態１と同様に、モータ駆動装置６０は、図１に示すようなブラシレスモータ１０に内蔵または一体化されている。図６において、図２と同一の構成要素については同一の符号を付しており詳細な説明は省略する。モータ駆動装置６０は、図２に示すモータ駆動装置４０との比較において、タイマ５６と遮断制御部５７とをさらに備えている。

タイマ５６には、過電圧判定部５２から過電圧判定信号Ｖｏｖが通知される。タイマ５６は、過電圧判定信号Ｖｏｖにおいて過電圧と判定されると、判定された時刻からの時間計測を開始する。タイマ５６は、過電圧と判定されている間、最初に過電圧と判定された時刻から現時刻までの時間計測を継続し、過電圧と判定されている期間を測定する。そして、タイマ５６は、過電圧と判定されている期間が判定値Ｔｔｈを超えたときには、遮断指示信号Ｓｉを遮断制御部５７に出力する。ここで、判定値Ｔｔｈは、所定の時間幅を示す値である。また、タイマ５６は、過電圧判定信号Ｖｏｖにおいて過電圧との判定がなくなると時間計測を終了する。

遮断制御部５７は、過電圧と判定されている期間が判定値Ｔｔｈを超えたとする遮断指示信号Ｓｉがタイマ５６から通知されると、インバータ４４の駆動動作を遮断する遮断制御信号Ｓｈｔをインバータ４４に出力する。インバータ４４は、この遮断制御信号Ｓｈｔの通知を受けて、巻線１６を駆動する動作を停止する。

このように、モータ駆動装置６０は、過電圧判定部５２が過電圧と判定した時から所定の時間の経過を計測して判定するタイマ５６と、遮断指示信号Ｓｉに従って巻線１６への通電を遮断する遮断制御部５７とを備えている。そして、タイマ５６は、所定の時間が経過したと判定すると、遮断を指示する遮断指示信号Ｓｉを遮断制御部５７に出力する。

本実施の形態ではこのような構成を有しており、電源電圧が例えばサージやノイズなどの影響で上昇して所定の電圧を超えるような過電圧となったときに、進角量Ｐを変更して電源ラインＰｗの電圧上昇を抑制する。さらに、進角量Ｐを変更するのみでは十分に電圧上昇を抑制できない場合には、真の電圧異常と判定してモータの駆動を停止するため、過電圧によるモータの異常動作を防止できる。

なお、上述の説明では、固定値である判定値Ｔｔｈを用いた例を挙げて説明したが、判定値Ｔｔｈを電源電圧Ｖｃｃや過電圧の電圧に応じた値としてもよい。すなわち、例えば、過電圧の電圧が高くなるに従って判定値Ｔｔｈを小さくする。このように動作させることによって、過電圧の電圧に応じて適応的に電源異常対応処置を図ることができ、例えば極端に高い電圧が加わったときには、すばやく異常処置機能を動作させることができる。

図７は、このような構成をさらに加えたモータ駆動装置７０のブロック図である。図７のモータ駆動装置７０は、図６の構成に対して電圧−時間変換テーブル５８をさらに備えている。電圧−時間変換テーブル５８は、電圧測定部５１からの電源電圧値Ｖｔと判定値Ｔｔｈとを対応づけて記憶した変換テーブルである。このような変換テーブルによって、判定値Ｔｔｈを電源電圧Ｖｃｃや過電圧の電圧に応じた値とすることができる。

以上、タイマ５６および遮断制御部５７や電圧−時間変換テーブル５８をさらに備えたモータ駆動装置６０およびモータ駆動装置７０の例を挙げて説明したが、同様の機能を実行するようなモータ駆動方法を備えた構成であってもよい。

図８は、本実施の形態におけるモータ駆動方法の手順の一例を示すフローチャートである。図８に示すモータ駆動方法では、まず、進角量Ｐとして、電流量が極小となる進角値Ｐｂを設定しておく（ステップＳ２００）。その後、電源電圧Ｖｃｃが所定の電圧を超える過電圧かどうかを判定する（ステップＳ２０２）。ステップＳ２０２において、過電圧ではないと判定するとステップＳ２０６に進み、過電圧であると判定するとステップＳ３０２に進む（ステップＳ２０４）。

過電圧ではないと判定したときには、進角量Ｐとして進角値Ｐｂが設定されているかどうかをさらに判定する（ステップＳ２０６）。進角量Ｐとして進角値Ｐｂが設定されている場合には、ステップＳ２１２に進む。一方、進角量Ｐとして進角値Ｐｂが設定されていない場合には、現在の進角量Ｐから所定の変更値ｄＰを減算した値を新たな進角量Ｐとして設定し、ステップＳ２１２に進む（ステップＳ２０８）。

また、ステップＳ２０２において過電圧であると判定されると、ステップＳ３０２に進み、タイマ５６と同様に、過電圧と判定されている間の時間計測を行い、過電圧期間を測定する（ステップＳ３０２）。そして、過電圧と判定されている期間が所定の期間内であるかどうかを判定し、所定の期間内の場合にはステップＳ３０６に進み、所定の期間を超えた場合にはステップＳ３０８に進む（ステップＳ３０４）。ステップＳ３０４の判定において、所定の期間内の場合には、現在の進角量Ｐから所定の変更値ｄＰを加算した値を新たな進角量Ｐとして設定し、ステップＳ２１２に進む（ステップＳ３０６）。そして、例えば上位器などから処理の終了を指令されない場合には、ステップＳ２０２からステップＳ２１２までの処理を繰り返し、終了が指令されると本モータ駆動方法の処理を終了する（ステップＳ２１２）。

一方、ステップＳ３０４の判定において、所定の期間を超えた場合には、インバータ４４の駆動動作を遮断するように制御し、インバータ４４から巻線１６への駆動を停止する（ステップＳ３０８）。

このように、本実施の形態のモータ駆動方法は、電源電圧が例えばノイズなどの影響で上昇して所定の電圧を超えるような過電圧と判定すると、巻線１６を通電する電流量が多くなるように、所定の期間進角量Ｐを変更し、所定の期間の後、さらに過電圧と判定すると、巻線１６への通電を遮断する。このようなモータ駆動方法を実行する機能をブラシレスモータ１０に含めることによっても、電源ラインＰｗの電圧上昇を抑制でき、さらに、進角量Ｐを変更するのみでは十分に電圧上昇を抑制できない場合には、真の電圧異常と判定してモータの駆動を停止し、過電圧によるモータの異常動作を防止できる。

また、実施の形態１と同様に、本モータ駆動方法を実施する具体的な一つの手法としては、例えば回路基板１３にマイコンを搭載し、各ステップの処理を実行するよう構成すればよい。また、進角量Ｐを減少させることで電流量を増やしたり、変更値ｄＰを電源電圧Ｖｃｃや過電圧の電圧に応じた値としたり、最大進角量Ｐｍａｘのような制限値を設定したりするなどの構成をさらに加えてもよい。

また、遮断制御部５７の機能やステップＳ３０８の処理において、巻線１６への駆動を停止する例を挙げて説明したが、上位器に異常を通知したり、ブラシレスモータ１０への電源供給を停止したりするなど、その他の安全や保護を図るような動作を行うように構成してもよい。

（実施の形態３）
図９は、実施の形態３におけるモータ駆動装置８０のブロック図である。本実施の形態においても実施の形態１や実施の形態２と同様に、モータ駆動装置８０は、図１に示すようなブラシレスモータ１０に内蔵または一体化されている。図９において、図２や図６と同一の構成要素については同一の符号を付しており詳細な説明は省略する。モータ駆動装置８０は、実施の形態１との比較において、２段階に過電圧かどうかを判定する過電圧判定部８２を備え、さらに実施の形態２と同様の遮断制御部５７を備えている。

過電圧判定部８２には、実施の形態１と同様に、電圧測定部５１から電源電圧値Ｖｔが通知される。過電圧判定部８２は、電源電圧値Ｖｔを利用して、電源電圧Ｖｃｃが第１の所定の電圧を超える過電圧かどうか、さらに第２の所定の電圧を超える過電圧かどうかを判定する。ここで、第２の所定の電圧は、第１の所定の電圧よりも高い電圧である。過電圧判定部８２は、電源電圧Ｖｃｃが第１の所定の電圧を超える過電圧かどうかを判定し、実施の形態１と同様に、その判定結果を過電圧判定信号Ｖｏｖとして進角設定部４７に通知する。さらに、過電圧判定部８２は、第２の所定の電圧を超える過電圧と判定すると、この判定結果を遮断指示信号Ｓｉとして遮断制御部５７に通知する。過電圧判定部８２は、このような動作を行うため、第１の所定の電圧としての電圧値である閾値電圧Ｖｔｈ１と、第２の所定の電圧としての電圧値である閾値電圧Ｖｔｈ２とを保持している。ここで、Ｖｔｈ２＞Ｖｔｈ１である。そして、電源電圧値Ｖｔが閾値電圧Ｖｔｈ１を超える電圧値になると、例えば警告レベルとするような過電圧と判定し、電源電圧値Ｖｔがさらに閾値電圧Ｖｔｈ２を超える電圧値になると、例えば異常レベルとするような過電圧と判定する。なお、電源電圧値Ｖｔが閾値電圧Ｖｔｈ１を超えない電圧値のときには過電圧ではないと判定する。

本実施の形態において、モータ駆動装置８０はこのように構成されており、電源電圧Ｖｃｃが第１の所定の電圧を超えない場合、過電圧判定部８２は、通常運転として、モータ電流が少なくなるような進角量Ｐを通電タイミング生成部４５に設定するよう進角設定部４７を制御する。また、電源電圧Ｖｃｃが第１の所定の電圧を超える場合は、過電圧判定部８２は、警告レベルの過電圧と判定して、巻線１６を通電する電流量が多くなるような進角量Ｐを通電タイミング生成部４５に設定するよう進角設定部４７を制御する。さらに、電源電圧Ｖｃｃが第２の所定の電圧を超える場合は、過電圧判定部８２は、異常レベルの過電圧と判定して、インバータ４４の駆動動作を遮断するよう遮断制御部５７を制御する。

本実施の形態ではこのように構成することで、第１の所定の電圧を超える過電圧となったときには、進角量Ｐを変更して電源ラインＰｗの電圧上昇を抑制する。さらに、第２の所定の電圧を超えるような過電圧となったときには、真の電圧異常と判定してモータの駆動を停止するため、過電圧によるモータの異常動作を防止できる。

また、本実施の形態においても、モータ駆動装置８０が、上述と同様の機能を実行するようなモータ駆動方法を備えた構成であってもよい。

図１０は、本実施の形態におけるモータ駆動方法の手順の一例を示すフローチャートである。図１０において、本モータ駆動方法の処理を開始すると、まず電源電圧Ｖｃｃが第１の所定の電圧Ｖｔ１を超える過電圧か、さらに第２の所定の電圧Ｖｔ２を超える過電圧かどうかを判定する（ステップＳ４００）。なお、第２の所定の電圧Ｖｔ２は、第１の所定の電圧Ｖｔ１よりも高い電圧である。ステップＳ４００において、電圧Ｖｔ１を超える過電圧ではないと判定するとステップＳ４０４に進み、電圧Ｖｔ１を超える過電圧であると判定するとステップＳ４０６に進む（ステップＳ４０２）。電圧Ｖｔ１を超える過電圧ではないと判定したとき、進角量Ｐとして、図３に例示する電流量が極小となるような進角値Ｐｂを通電タイミング生成部４５に設定する（ステップＳ４０４）。また、電圧Ｖｔ１を超える過電圧であると判定したとき、進角量Ｐとして、図３に例示する電流量が多くなるような進角値Ｐｍを通電タイミング生成部４５に設定する（ステップＳ４０６）。

次に、ステップＳ４００において電圧Ｖｔ２を超える過電圧ではないと判定した場合、ステップＳ４１２に進む（ステップＳ４０８）。そして、例えば上位器などから処理の終了を指令されない場合には、ステップＳ４００からステップＳ４１２までの処理を繰り返し、終了が指令されると本モータ駆動方法の処理を終了する（ステップＳ４１２）。

一方、ステップＳ４００において電圧Ｖｔ２を超える過電圧であると判定した場合、ステップＳ４１０に進む（ステップＳ４０８）。そして、インバータ４４の駆動動作を遮断するように制御し、インバータ４４から巻線１６への駆動を停止する（ステップＳ４１０）。

このように、本実施の形態のモータ駆動方法は、モータに供給される電源電圧Ｖｃｃが第１の所定の電圧Ｖｔ１を超える過電圧かどうかを判定し、電圧Ｖｔ１を超える過電圧と判定すると、巻線１６を通電する電流量が多くなるように進角量Ｐを変更して、巻線１６を通電駆動する。さらに、モータに供給される電源電圧Ｖｃｃが第２の所定の電圧Ｖｔ２を超える過電圧かどうかを判定し、電圧Ｖｔ２を超える過電圧と判定すると、巻線１６への通電を遮断する。

このようなモータ駆動方法を実行する機能をブラシレスモータ１０に含めることによっても、電源ラインＰｗの電圧上昇を抑制でき、さらに、第２の所定の電圧を超えるような過電圧となったときには、真の電圧異常と判定してモータの駆動を停止でき、過電圧によるモータの異常動作を防止できる。

また、実施の形態１や実施の形態２と同様に、本モータ駆動方法を実施する具体的な一つの手法としては、例えば回路基板１３にマイコンを搭載し、各ステップの処理を実行するよう構成すればよい。また、進角量Ｐを減少させることで電流量を増やしたり、変更値ｄＰずつ進角量Ｐを増減させたりするなどの構成をさらに加えてもよい。

また、遮断制御部５７の機能やステップＳ４１０の処理において、巻線１６への駆動を停止する例を挙げて説明したが、上位器に異常を通知したり、ブラシレスモータ１０への電源供給を停止したりするなど、その他の安全や保護を図るような動作を行うように構成してもよい。

以上、本発明のモータ駆動方法は、モータに供給される電源電圧が所定の電圧を超える過電圧かどうかを判定し、所定の電圧を超える過電圧と判定すると、巻線を通電する電流量が多くなるように進角量を変更して、巻線を通電駆動する。

また、本発明のモータ駆動装置は、過電圧判定部が所定の電圧を超える過電圧と判定すると、巻線を通電する電流量が多くなるような進角量を進角設定部が通電タイミング生成部に設定する構成である。

そして、本発明のブラシレスモータは、上述のモータ駆動装置を内蔵または一体化した構成である。

本発明はこのような構成によって、電源電圧が例えばサージやノイズなどの影響で上昇して所定の電圧を超えるような過電圧となったとき、現状の回転動作を維持しながら進角量の変更で電流量を多くする。そして、この動作によって電圧上昇した過電圧のエネルギを吸収している。したがって、本発明によれば、電源ラインの電圧上昇を抑制でき、安定した電源環境での動作を可能としたモータ駆動方法、モータ駆動装置およびブラシレスモータを提供できる。

本発明のモータ駆動方法、モータ駆動装置およびブラシレスモータは、通電駆動中において発生した電源ラインの電圧上昇を抑制し、安定した電源環境での動作を可能にできるため、電気機器に使用されるモータに有用であり、特に、電源電圧の変動が激しい車載用として利用することが好適である。

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
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
４０，６０，７０，８０ モータ駆動装置
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 速度信号生成部
４７ 進角設定部
５０ 電源端子
５１ 電圧測定部
５２，８２ 過電圧判定部
５６ タイマ
５７ 遮断制御部
５８ 電圧−時間変換テーブル

Claims (12)

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モータにおいて、進角量に基づく位相の通電タイミングで前記巻線をインバータにより通電駆動して前記ロータを回転させる車載用のモータ駆動方法であって、
   車載バッテリの電源ライン自体の変動により前記モータに供給される電源電圧が所定の電圧を超えるかどうかを判定し、
   前記ロータを一定の回転数で回転させる通常運転時において前記所定の電圧を超えたと判定すると、前記ロータを一定の回転数に維持したまま、前記巻線を通電する電流量が多くなるように前記進角量を変更して、前記巻線を通電駆動することを特徴とするモータ駆動方法。
2. 前記電源電圧が所定の電圧を超えないときは、前記電流量が少なくなるように前記進角量を制御し、前記所定の電圧を超えたと判定すると、前記電流量が多くなるように前記進角量を制御することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動方法。
3. 指令回転数に追従して前記ロータが回転するようにフィードバック制御して、前記ロータを回転させることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動方法。
4. 前記所定の電圧を超えたと判定すると、前記巻線を通電する前記電流量が多くなるように、所定の期間前記進角量を変更し、
   前記所定の期間の後、さらに前記所定の電圧を超えたと判定すると、前記巻線への通電を遮断することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動方法。
5. 前記所定の電圧を第１の所定の電圧とし、第２の所定の電圧を前記第１の所定の電圧よりも高い電圧として、
   前記電源電圧が前記第１の所定の電圧を超えるかどうかを判定し、さらに、前記電源電圧が前記第２の所定の電圧を超えるかどうかを判定し、
   前記第１の電圧を超えたと判定すると、前記巻線を通電する電流量が多くなるように前記進角量を変更して前記巻線を通電駆動し、
   前記第２の電圧を超えたと判定すると、前記巻線への通電を遮断することを特徴とする請
   求項１に記載のモータ駆動方法。
6. 請求項１に記載のモータ駆動方法を実行する機能を備え、前記進角量に基づく前記通電タイミングで前記巻線を通電駆動することを特徴とするモータ駆動装置。
7. 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モータにおいて、進角量に基づく位相の通電タイミングで前記巻線を通電駆動して前記ロータを回転させる車載用のモータ駆動装置であって、
   前記進角量に基づく位相の前記通電タイミングを生成する通電タイミング生成部と、
   前記巻線を駆動するための波形信号を生成し、前記通電タイミングに基づくタイミングで前記波形信号を出力する駆動波形生成部と、
   前記駆動波形生成部から供給された前記波形信号によりパルス幅変調した駆動パルス信号を生成するＰＷＭ回路と、
   前記駆動パルス信号に基づいて前記巻線を通電するインバータと、
   車載バッテリの電源ライン自体の変動により前記モータに供給される電源電圧が所定の電圧を超えるかどうかを判定する過電圧判定部と、
   前記進角量を前記通電タイミング生成部に設定する進角設定部とを備え、
   前記進角設定部は、前記過電圧判定部が前記ロータを一定の回転数で回転させる通常運転時において前記所定の電圧を超えたと判定すると、前記ロータを一定の回転数に維持したまま、前記巻線を通電する電流量が多くなるような前記進角量を前記通電タイミング生成部に設定することを特徴とするモータ駆動装置。
8. 前記進角設定部は、前記過電圧判定部が前記所定の電圧を超えたと判定しないときは、前記電流量が少なくなるように前記進角量を制御し、前記過電圧判定部が前記所定の電圧を超えたと判定したときに、前記電流量が多くなるような前記進角量を設定することを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動装置。
9. 指令回転数と検出回転数との偏差に基づく回転制御信号を生成する回転制御部をさらに備え、
   前記駆動波形生成部は、前記回転制御信号に応じた振幅の前記波形信号を生成することを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動装置。
10. 前記過電圧判定部が前記所定の電圧を超えたと判定した時から所定の時間の経過を計測するタイマと、
    遮断指示信号に従って前記巻線への通電を遮断する遮断制御部とをさらに備え、
    前記タイマは、前記所定の時間が経過したと判定すると、遮断を指示する前記遮断指示信号を前記遮断制御部に出力することを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動装置。
11. 前記巻線への通電を遮断する遮断制御部をさらに備え、
    前記過電圧判定部は、前記モータに供給される前記電源電圧が第１の所定の電圧を超えるかどうかを判定し、さらに、前記電源電圧が第２の所定の電圧を超えるかどうかを判定し、
    前記過電圧判定部が前記第１の所定の電圧を超えたと判定すると、前記進角設定部は、前記巻線を通電する電流量が多くなるような前記進角量を前記通電タイミング生成部に設定し、
    前記過電圧判定部が前記第２の所定の電圧を超えたと判定すると、前記遮断制御部は、前記巻線への通電を遮断することを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動装置。
12. 請求項７に記載のモータ駆動装置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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