JP5945715B2

JP5945715B2 - モータ駆動装置およびブラシレスモータ

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Publication number: JP5945715B2
Application number: JP2012027252A
Authority: JP
Inventors: 峰明磯田; 豊鴨木
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2012-02-10
Publication date: 2016-07-05
Anticipated expiration: 2032-02-10
Also published as: JP2013165575A

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モータ駆動装置およびこのモータ駆動装置を備えたブラシレスモータに関し、特に、磁気センサを利用したモータ駆動装置および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ために磁気センサを備えている。そして、磁気センサにより検出された回転位置情報に基づく転流タイミングでステータの巻線が通電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、例えば磁気センサの取付け位置がずれたりすると回転ムラなどが生じ、これによって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、磁気センサからのセンサ信号を補正し、この補正したセンサ信号に基づいて転流タイミングを生成することで、磁気センサの取付け位置のずれによる影響を抑制した技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

一方、誘起電圧を利用した磁気センサレスや、磁気センサの個数を削減するとともに、回転ムラの低減を図るような技術が提案されている。このような技術の一例として、従来、３相駆動のブラシレスモータに対して、磁気センサと誘起電圧とによる位置情報を利用して、各相への励磁を切替えるための転流タイミングを生成し、回転ムラを図ったブラシレスモータ駆動装置がある（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２のような従来の技術では、次のような構成によって回転ムラを低減している。すなわち、まず、ロータの着磁パターンを磁気センサで読取ってロータの位置情報を得るとともに、回転中にステータの巻線から生じる誘起電圧を検出している。そして、モータの起動から所定時間までの間は、磁気センサによる位置情報から暫定の転流タイミングを設定する。所定時間後は、誘起電圧検出により得た位置情報で磁気センサによる位置情報を補正し、この補正された位置情報に基づいて転流タイミングを設定する。このような構成とすることにより、所定時間後の定常運転時には、誘起電圧に基づく位置情報によって回転制御するため、着磁パターンの誤差による回転ムラが抑制されることになる。

特開２００５−１１０３６３号公報特開２０００−２９５８９０号公報

しかしながら、従来の特許文献１のようなブラシレスモータ駆動装置では相ごとに位置信号を補正する。このため、補正によって回転精度は高まるものの、位置信号の基となる磁気センサの取付誤差に起因するセンサ信号のタイミング誤差を完全にゼロには補正できないため、この相間の残留タイミング誤差に起因する回転変動が音となって現れ、騒音を高めるおそれがあった。この相間のタイミング誤差に起因する騒音は３相全波駆動モータの場合ロータの着磁極数の高調波となり、相間のタイミング誤差が無い場合の騒音の周波数であるロータの着磁極数の３倍の高調波に比べて、多くの高調波が発生するため耳障りな騒音となる。特に、ブラシレスモータを車載用の送風機に利用するような場合、搭乗者に近い位置に空気の吸入口や吹き出し口が設定されることが少なくないためより低騒音化が重要である。

また、従来の特許文献２のようなブラシレスモータ駆動装置では、誘起電圧を検出する必要があり、この誘起電圧を正確に検出しないとその検出誤差が回転ムラに影響するという課題があった。さらに、誘起電圧を正確に検出しようとすると、巻線への通電を停止した状態でモータを惰走させる必要がある。このように通電を停止させると、通電波形に歪が生じ、この歪が騒音を引き起こすという課題もあった。特に、特許文献２のような手法では、定常運転中に通電停止させる必要があり、騒音として認識されやすかった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、磁気センサ取付け位置のずれや位置検出の誤差などに基づく騒音を抑制するようにモータ駆動するモータ駆動装置およびこのモータ駆動装置を備えたブラシレスモータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のモータ駆動装置は、永久磁石を保持したロータと相ごとの巻線を巻回したステータとを備えたブラシレスモータを駆動するモータ駆動装置であって、永久磁石に対向して配置した複数の磁気センサのセンサ信号に基づいて、転流のタイミングを示す転流タイミング信号を生成して出力する転流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、転流タイミング信号のタイミングに従って波形信号を出力する駆動波形生成部と、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を備える。さらに、転流タイミング生成部は、磁気センサからの相ごとのセンサ信号に基づき、転流タイミング信号を生成する第１のタイミング生成部と、磁気センサからの１つのセンサ信号に基づき、転流タイミング信号を生成する第２のタイミング生成部とを有する。そして、転流タイミング生成部は、ロータの回転速度が変化状態のときには、第１のタイミング生成部で生成した転流タイミング信号を出力し、ロータの回転速度が定常状態のときには、第２のタイミング生成部で生成した転流タイミング信号を出力する構成である。

また、本発明のブラシレスモータは、このようなモータ駆動装置を備えている。

この構成により、モータ起動時など回転速度が変化している期間は、各相に対応させた磁気センサを利用して回転数の変化に追従し、精度よく回転制御できる。さらに、回転速度が一定となる定常運転時には、１つの磁気センサに基づく位置情報によって回転制御するため、磁気センサごとの残留タイミング誤差に基づく騒音の発生も抑制できる。

本発明のモータ駆動装置およびブラシレスモータによれば、回転速度の変化時や定常時に適応させて回転制御するため、磁気センサの位置ずれや検出誤差などに基づく騒音を抑制したモータ駆動装置およびブラシレスモータを提供できる。

本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置を備えたブラシレスモータの断面を示す図同モータ駆動装置を備えたブラシレスモータのモータケースの内部を上面から示す図同モータ駆動装置の構成を示すブロック図同モータ駆動装置の転流タイミング生成部の構成を示すブロック図同モータ駆動装置の転流タイミング生成部の他の構成例を示すブロック図

以下、本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置およびそれを備えた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）
図１は、本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置を備えたブラシレスモータ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１０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動作する。

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磁気センサ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、磁気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。

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を巻回していない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、永久磁石１８の下面に配置された磁気センサ３８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。

さらに、永久磁石１８の下面側には回路基板１３が配置されており、回路基板１３上に永久磁石１８と対面するように３つの磁気センサ３８が実装されている。磁気センサ３８は、図２に示すように、Ｕ相に対応した磁気センサ３８Ｕ、Ｖ相に対応した磁気センサ３８Ｖ、およびＷ相に対応した磁気センサ３８Ｗで構成され、それぞれ周方向に等間隔に配置されている。

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３は、本実施の形態におけるモータ駆動装置４０の構成を示すブロック図である。

モータ駆動装置４０は、回転制御部４１、駆動波形生成部４２、ＰＷＭ回路４３、インバータ４４、位置検出部４５、速度算出部４６および転流タイミング生成部４７を備える。モータ駆動装置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）を指令する速度指令信号Ｖｒが通知される。さらに、モータ駆動装置４０には、磁気センサ３８Ｕ、３８Ｖおよび３８Ｗからそれぞれ、その相に対応するセンサ信号Ｓｓが供給される。また、モータ駆動装置４０において、速度指令信号Ｖｒは、回転制御部４１および転流タイミング生成部４７に通知される。さらに、センサ信号Ｓｓは、位置検出部４５に供給される。

モータ駆動装置４０において、位置検出部４５は、ロータ１２の回転に伴う磁極変化に応じて変化するセンサ信号Ｓｓから、各相の位置情報を検出する。例えば、位置検出部４５は、磁極変化時点においてセンサ信号Ｓｓ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Ｓｐを出力する。位置検出信号Ｓｐ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４５は、それぞれの相に対応した位置検出信号Ｓｐを、速度算出部４６および転流タイミング生成部４７に供給する。

速度算出部４６は、位置検出信号Ｓｐに基づいてロータ１２の回転位置を検出し、さらに、検出した回転位置に基づき、例えば微分演算などによりロータ１２の回転速度を算出する。速度算出部４６は、算出した回転速度を速度検出信号Ｖｄとして回転制御部４１に供給する。

回転制御部４１は、速度指令信号Ｖｒと速度検出信号Ｖｄ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、速度指令を示す速度指令信号Ｖｒと、検出した速度を示す速度検出信号Ｖｄ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。騒音となる不要な高調波トルクの発生を抑制するため、本実施の形態では、波形信号Ｗｄは正弦波信号を使用する。そして、波形信号ＷｄをＰＷＭ回路４３に供給するタイミングは、転流タイミングとして、転流タイミング生成部４７からの転流タイミング信号Ｄｐに基づき決定される。このタイミングは、基本的にはＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれが電気角で１２０度位相が異なっている。このように、１２０度ごとに通電が切替わるように各相の巻線１６通電駆動することで、転流制御が行われる。また、位置検出信号Ｓｐが示す回転位置検出のタイミングを基準のタイミングとしている。なお、例えば、進角制御をする場合、転流タイミング信号Ｄｐが示すタイミングは、基準タイミングから所定の位相だけ進角したタイミングとなる。また、磁気センサ３８の実装位置などがずれると、基準タイミングもずれることになるため、検出位置誤差や転流タイミング誤差を招き回転ムラなどの原因となる。

ＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）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、速度指令信号Ｖｒに従ってロータ１２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、転流タイミングを示す転流タイミング信号Ｄｐを生成する転流タイミング生成部４７の詳細な構成およびその動作について説明する。

図４は、本実施の形態における転流タイミング生成部４７の構成を示すブロック図である。

図４に示すように、転流タイミング生成部４７には位置検出部４５から位置検出信号Ｓｐとして、Ｕ相に対応した位置検出信号Ｓｐｕ、Ｖ相に対応した位置検出信号Ｓｐｖ、Ｗ相に対応した位置検出信号Ｓｐｗが供給される。また、外部の上位器などから速度指令信号Ｖｒが通知される。さらに、転流タイミング生成部４７には、デジタル処理などを行うためのクロック信号Ｃｋが供給されている。

図４に示すように、転流タイミング生成部４７は、転流タイミング信号Ｄｐを生成するために、第１のタイミング生成部５１と第２のタイミング生成部５２とを備えている。第１のタイミング生成部５１は、各磁気センサ３８からの相ごとのセンサ信号Ｓｓに基づく位置検出信号Ｓｐｕ、Ｓｐｖ、Ｓｐｗを用いて、それぞれ第１の転流タイミング信号Ｄｐを生成している。また、第２のタイミング生成部５２は、１つの磁気センサ３８Ｕからの１つのセンサ信号Ｓｓに基づく位置検出信号Ｓｐｕを用いて、第２の転流タイミング信号Ｄｐを生成している。

さらに、転流タイミング生成部４７は、第１のタイミング生成部５１が生成した転流タイミング信号Ｄｐと、第２のタイミング生成部５２が生成した転流タイミング信号Ｄｐとを切替えて出力するために、セレクタ５３ｖ、５３ｗを備えている。そして、速度指令信号Ｖｒに応じて、セレクタ５３ｖ、５３ｗの切替制御を行うため、速度監視部５７を備える。すなわち、セレクタ５３ｖ、５３ｗによる信号の選択は、速度監視部５７からの選択信号Ｓｅｌによって切替えられる。

また、本実施の形態では、転流タイミングを補正するために、第１のタイミング生成部５１が、Ｕ相に対応する補正部５１ｕ、Ｖ相に対応する補正部５１ｖ、Ｗ相の対応する補正部５１ｗを備える。さらに、第２のタイミング生成部５２が、入力信号と約１２０度位相がずれた信号を生成する遅延器５２ｖ、５２ｗを備える。そして、転流タイミング生成部４７は、速度指令信号Ｖｒに応じて、補正部５１ｕ、５１ｖ、５１ｗへの補正値、および遅延器５２ｖ、５２ｗへの遅延値を設定する設定部５５と、補正値や遅延値を記憶したメモリ５６とを備えている。

より詳細には、Ｕ相に対応する位置検出信号Ｓｐｕは、補正部５１ｕに供給される。補正部５１ｕは、位置検出信号Ｓｐｕが示すタイミングを補正し、補正した信号が、Ｕ相の転流タイミング信号Ｄｐｕとして出力されるとともに、遅延器５２ｖに供給される。

遅延器５２ｖは、補正部５１ｕにより補正された信号を電気角で約１２０度に相当する遅延量だけ時間シフトさせる。遅延器５２ｖにより時間シフトした信号は、セレクタ５３ｖの一方の入力端子とともに、遅延器５２ｗに供給される。遅延器５２ｗは、供給された信号をさらに電気角で約１２０度に相当する遅延量だけ時間シフトさせる。遅延器５２ｗにより時間シフトした信号は、セレクタ５３ｗの一方の入力端子に供給される。

Ｖ相に対応する位置検出信号Ｓｐｖは、補正部５１ｖに供給される。補正部５１ｖは、位置検出信号Ｓｐｖが示すタイミングを補正し、補正した信号が、セレクタ５３ｖの他方の入力端子に供給される。Ｗ相に対応する位置検出信号Ｓｐｗは、補正部５１ｗに供給される。補正部５１ｗは、位置検出信号Ｓｐｗが示すタイミングを補正し、補正した信号が、セレクタ５３ｗの他方の入力端子に供給される。

セレクタ５３ｖは、遅延器５２ｖと補正部５１ｖとの出力信号のいずれかを、選択信号Ｓｅｌに応じて選択し、選択した信号をＶ相の転流タイミング信号Ｄｐｖとして出力する。セレクタ５３ｗは、遅延器５２ｗと補正部５１ｗとの出力信号のいずれかを、選択信号Ｓｅｌに応じて選択し、選択した信号をＷ相の転流タイミング信号Ｄｐｗとして出力する。

図４に示す転流タイミング生成部４７の構成において、まず、メモリ５６には、位置検出信号Ｓｐに基づくタイミングを所望のタイミングに補正するための補正値などが記憶されている。この補正値は、例えば、進角制御を行う場合、その進角量に相当する値である。また、磁気センサ３８を実装したときに生じた位置ずれを補正するような値であってもよい。メモリ５６には、このような補正値が、各相および回転数に対応づけて記憶されている。さらに、メモリ５６には、遅延器５２ｖ、５２ｗの遅延量を設定する遅延値も同様に記憶されている。これらの補正値などは、例えば、ブラシレスモータ１０製造での調整工程などにおいて設定されている。ブラシレスモータ１０の個体ごとに進角値や位置ずれ補正値などを設定することにより、その個体に最適な進角とともに、磁気センサ３８の実装位置など組立によるばらつきや永久磁石１８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転流制御を可能としている。

設定部５５は、速度指令信号Ｖｒが示す回転数に応じた補正値や遅延値をメモリ５６から読み出し、読み出した各補正値を補正部５１ｕ、５１ｖ、５１ｗに、回転速度に応じたシフト量としての各遅延値を遅延器５２ｖ、５２ｗに設定する。なお、メモリ５６には、代表的な回転数に応じた補正値のみを記憶しておき、速度指令信号Ｖｒに応じた補正値や位相値を補間演算などにより算出するような構成としてもよい。

補正部５１ｕは、位置検出信号Ｓｐｕが示すＵ相の基準タイミングに対して、設定部５５からの補正値ＶＣｕだけ位相をずらせた信号を生成する。補正部５１ｕは、この生成した信号を、Ｕ相の転流タイミングを示す転流タイミング信号Ｄｐｕとして出力する。これによって、基準タイミングに対して補正値ＶＣｕだけ補正されたタイミングを示す転流タイミング信号Ｄｐｕが出力される。ここで、例えば進角量を示す補正値ＶＣｕとした場合、転流タイミング信号Ｄｐが示すタイミングは、基準タイミングから補正値ＶＣｕの位相だけ進角したタイミングとなる。すなわち、補正値ＶＣｕとして進角値を設定した場合には、基準タイミングに対して補正値ＶＣｕだけ進角したタイミングを示す転流タイミング信号Ｄｐｕが出力されることになる。そして、この転流タイミング信号Ｄｐｕのタイミングに基づいて、ＰＷＭ回路４３およびインバータ４４を介し、巻線１６Ｕが通電駆動される。

同様に、補正部５１ｖは、位置検出信号Ｓｐｖが示すＶ相の基準タイミングに対して、設定部５５からの補正値ＶＣｖだけ位相をずらせた信号を生成して出力する。補正部５１ｗは、位置検出信号Ｓｐｗが示すＷ相の基準タイミングに対して、設定部５５からの補正値ＶＣｗだけ位相をずらせた信号を生成して出力する。

また、補正部５１ｕから出力された転流タイミング信号Ｄｐｕは、遅延器５２ｖにも供給される。さらに、遅延器５２ｖから出力された信号は、遅延器５２ｗに供給される。ここで、遅延器５２ｖ、５２ｗは、入力信号が示すタイミングに対して、電気角で約１２０度の位相に相当する遅延量だけ遅延させたタイミングを示す信号を生成し出力する。すなわち、このような構成により、遅延器５２ｖは、転流タイミング信号Ｄｐｕが示すタイミングに対して、電気角で約１２０度位相をずらせた信号を出力し、遅延器５２ｗは、転流タイミング信号Ｄｐｕが示すタイミングに対して、電気角で約２４０度位相をずらせた信号を出力する。本実施の形態では、遅延器５２ｖ、５２ｗが、設定部５５からの遅延値ＶＰｖ、ＶＰｗだけ位相をずらせた信号を生成する構成としており、この構成により、１２０度や２４０度の位相差の微調整を可能としている。また、遅延器５２ｖ、５２ｗのより具体的な構成として、遅延器５２ｖ、５２ｗにはクロック信号Ｃｋが供給されており、遅延器５２ｖ、５２ｗが遅延値に応じたクロック数をカウントすることで、所望の位相量だけ遅延させるような構成としている。

セレクタ５３ｖには、補正部５１ｖの出力信号と遅延器５２ｖの出力信号とが供給され、セレクタ５３ｖは、速度監視部５７からの選択信号Ｓｅｌに従って、いずれかの出力信号を選択して出力する。また、セレクタ５３ｗには、補正部５１ｗの出力信号と遅延器５２ｗの出力信号とが供給され、セレクタ５３ｗは、速度監視部５７からの選択信号Ｓｅｌに従って、いずれかの出力信号を選択して出力する。

速度監視部５７は、速度指令信号Ｖｒに基づき、ロータ１２の回転速度が変化状態であるか定常状態であるかを検出し、検出した結果を選択信号Ｓｅｌとしてセレクタ５３ｖ、５３ｗへと出力する。セレクタ５３ｖは、選択信号Ｓｅｌに応じて、回転速度が変化状態のとき、補正部５１ｖの出力信号を選択し、回転速度が定常状態のとき、遅延器５２ｖの出力信号を選択する。そして、セレクタ５３ｖは、選択した出力信号を、Ｖ相の転流タイミングを示す転流タイミング信号Ｄｐｖとして出力する。また、セレクタ５３ｗは、選択信号Ｓｅｌに応じて、回転速度が変化状態のとき、補正部５１ｗの出力信号を選択し、回転速度が定常状態のとき、遅延器５２ｗの出力信号を選択する。そして、セレクタ５３ｗは、選択した出力信号を、Ｗ相の転流タイミングを示す転流タイミング信号Ｄｐｗとして出力する。

以上説明したように、転流タイミング生成部４７は、磁気センサ３８からの相ごとのセンサ信号Ｓｓに基づき、転流タイミング信号Ｄｐを生成する第１のタイミング生成部５１と、磁気センサ３８からの１つのセンサ信号Ｓｓに基づき、転流タイミング信号Ｄｐを生成する第２のタイミング生成部５２とを有している。そして、ロータ１２の回転速度が変化状態のときには、第１のタイミング生成部５１で生成した転流タイミング信号Ｄｐを出力し、ロータ１２の回転速度が定常状態のときには、第２のタイミング生成部５２で生成した転流タイミング信号Ｄｐを出力する構成である。本実施の形態では、このような構成とすることにより、例えば、ブラシレスモータ１０の起動時や速度変更時など、ロータ１２の回転速度が変化中のときには、相ごとのセンサ信号Ｓｓに基づく転流タイミングで巻線１６を駆動することで、回転数の変化に追従させて、精度よく回転制御している。一方、補正部５１ｕ、５１ｖ、５１ｗにより、転流タイミングの誤差を完全にゼロには補正できず、相間のタイミングにはタイミング誤差が残留する。このため、本実施の形態では、ロータ１２の回転速度が一定となる定常運転時には、１つのセンサ信号Ｓｓに基づく転流タイミングで巻線１６を駆動することで、残留タイミング誤差をより低く抑え、磁気センサ３８ごとの残留タイミング誤差に基づく騒音の発生を抑制している。

なお、転流タイミング生成部４７の構成として、図４に示す構成例を挙げて説明したが、その他の変形した構成とすることも可能である。

図５は、図４の転流タイミング生成部４７を変形した構成例を示す図である。図５に示す転流タイミング生成部４７１は、Ｕ相の構成において、電気角で０度から微小な遅延量だけ時間シフトさせる遅延器５２ｕ、および遅延器５２ｕと補正部５１ｕとのいずれかの出力信号を選択するセレクタ５３ｕをさらに設けるように変形している。ここで、遅延器５２ｕには位置検出信号Ｓｐｕが供給され、遅延器５２ｕの出力信号が遅延器５２ｖに供給される。図５のような構成によっても、回転速度が変化中のときには、相ごとのセンサ信号Ｓｓに基づく転流タイミングで巻線１６を駆動することで精度よく回転制御し、定常運転時には、１つのセンサ信号Ｓｓに基づく転流タイミングで巻線１６を駆動することで騒音の発生を抑制することができる。また、図４や図５の構成以外にも、例えば、位置検出信号Ｓｐｕを約０度、約１２０度、約２４０度それぞれ並列に遅延させセレクタに供給するような変形構成が可能である。さらに、位置検出信号Ｓｐｖや位置検出信号Ｓｐｗを遅延させて第２のタイミングを生成するような構成としてもよい。要するに、ロータ１２の回転速度が変化状態のときには、相ごとのセンサ信号Ｓｓに基づく転流タイミングでその相ごとに巻線１６を駆動し、回転速度が定常状態のときには、１つのセンサ信号Ｓｓに基づき生成した転流タイミングで相ごとに巻線１６を駆動するような構成とすればよい。

また、以上の説明では、モータ駆動装置４０の構成を機能ブロックによるブロック図を用いて説明したが、例えば、制御や処理を行うブロックをマイクロコンピュータ（以下、マイコンと呼ぶ）を用いた処理で構成してもよい。すなわち、回転制御部４１、駆動波形生成部４２、ＰＷＭ回路４３、速度算出部４６、転流タイミング生成部４７などの機能を、メモリ５６に記憶されたプログラムとし、そのプログラムをマイコンが読込み、実行するような構成とすることも可能である。また、このようなマイコンを、回路部品３１の一つとして回路基板１３上に実装し、このような回路基板１３をモータケース１４の内部に内蔵したブラシレスモータ１０としてもよい。特に、磁気センサ３８の実装などで生じた位置ずれに対し、その位置ずれを補正するための補正値を補正部５１ｕ、５１ｖ、５１ｗへ設定するプログラムをマイコンに組み込んでおくことにより、ブラシレスモータ１０単体で完結して補正値を生成できる。そして、ブラシレスモータ１０製造での調整工程などにおいて、各ブラシレスモータ１０毎にあらかじめ補正値を設定しておくことができる。

以上説明したように、本発明のモータ駆動装置は、永久磁石に対向して配置した複数の磁気センサのセンサ信号に基づいて、転流のタイミングを示す転流タイミング信号を生成して出力する転流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、転流タイミング信号のタイミングに従って波形信号を出力する駆動波形生成部と、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を備える。さらに、転流タイミング生成部は、磁気センサからの相ごとのセンサ信号に基づき、転流タイミング信号を生成する第１のタイミング生成部と、磁気センサからの１つのセンサ信号に基づき、転流タイミング信号を生成する第２のタイミング生成部とを有する。そして、転流タイミング生成部は、ロータの回転速度が変化状態のときには、第１のタイミング生成部で生成した転流タイミング信号を出力し、ロータの回転速度が定常状態のときには、第２のタイミング生成部で生成した転流タイミング信号を出力する構成である。

この構成により、モータ起動時など回転速度が変化している期間は、各相に対応させた磁気センサを利用して回転数の変化に追従し、精度よく回転制御できる。さらに、回転速度が一定となる定常運転時には、１つの磁気センサに基づく位置情報によって回転制御するため、磁気センサごとの残留タイミング誤差に基づく騒音の発生も抑制できる。したがって、本発明によれば、回転速度の変化時や定常時に適応させて回転制御するため、磁気センサの位置ずれや検出誤差などに基づく騒音を抑制したモータ駆動装置およびブラシレスモータを提供できる。

本発明に係るモータ駆動装置およびブラシレスモータは、磁気センサ取付け位置のずれや位置検出の誤差などに基づく騒音を抑制できるため、ファンモータやブロアなどの送風機、さらに家電製品や電装品など、低騒音が求められるモータ駆動装置およびブラシレスモータに有用である。

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
１６，１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗ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
３８，３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗ磁気センサ
４０モータ駆動装置
４１回転制御部
４２駆動波形生成部
４３ＰＷＭ回路
４４インバータ
４５位置検出部
４６速度算出部
４７，４７１転流タイミング生成部
５１第１のタイミング生成部
５１ｕ，５１ｖ，５１ｗ補正部
５２第２のタイミング生成部
５２ｕ，５２ｖ，５２ｗ遅延器
５３ｕ，５３ｖ，５３ｗセレクタ
５５設定部
５６メモリ
５７速度監視部

Claims

永久磁石を保持したロータと相ごとの巻線を巻回したステータとを備えたブラシレスモータを駆動するモータ駆動装置であって、
前記永久磁石に対向して配置した複数の磁気センサのセンサ信号に基づいて、転流のタイミングを示す転流タイミング信号を生成して出力する転流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、前記転流タイミング信号のタイミングに従って前記波形信号を出力する駆動波形生成部と、
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を備え、
前記転流タイミング生成部は、
前記磁気センサからの相ごとの前記センサ信号に基づき、前記転流タイミング信号を生成する第１のタイミング生成部と、
前記磁気センサからの１つの前記センサ信号に基づき、前記転流タイミング信号を生成する第２のタイミング生成部とを有し、
前記ロータの回転速度が変化状態のときには、前記第１のタイミング生成部で生成した転流タイミング信号を出力し、
前記ロータの回転速度が定常状態のときには、前記第２のタイミング生成部で生成した転流タイミング信号を出力し、
前記第１のタイミング生成部は、各モータ毎にあらかじめ設定された補正値によって相ごとに、前記センサ信号に基づくタイミングを補正し、補正したタイミングを示す転流タイミング信号を生成し、
前記第２のタイミング生成部は、
前記１つのセンサ信号に基づく信号の前記補正値にあらかじめ設定された遅延値によりタイミングを時間シフトし、時間シフトしたタイミングを示す信号を生成し、
前記１つのセンサ信号の前記補正値に基づく信号とともに、前記時間シフトしたタイミングを示す信号を転流タイミング信号とし、
前記転流タイミング生成部は、
前記回転速度に応じた前記補正値と前記回転速度に応じた前記遅延値とを記憶するメモリと、
前記補正値と前記遅延値とを設定する設定部とをさらに有し、
前記設定部は、前記回転速度に応じた前記補正値を前記第１のタイミング生成部に設定し、前記回転速度に応じた前記遅延値を前記第２の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。
永久磁石を保持したロータと相ごとの巻線を巻回したステータとを備えたブラシレスモータを駆動するモータ駆動装置であって、
前記永久磁石に対向して配置した複数の磁気センサのセンサ信号に基づいて、転流のタイミングを示す転流タイミング信号を生成して出力する転流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、前記転流タイミング信号のタイミングに従って前記波形信号を出力する駆動波形生成部と、
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を備え、
前記転流タイミング生成部は、
前記磁気センサからの相ごとの前記センサ信号に基づき、前記転流タイミング信号を生成する第１のタイミング生成部と、
前記磁気センサからの１つの前記センサ信号に基づき、前記転流タイミング信号を生成する第２のタイミング生成部とを有し、
前記ロータの回転速度が変化状態のときには、前記第１のタイミング生成部で生成した転流タイミング信号を出力し、
前記ロータの回転速度が定常状態のときには、前記第２のタイミング生成部で生成した転流タイミング信号を出力し、
前記第１のタイミング生成部は、各モータ毎にあらかじめ設定された補正値によって相ごとに、前記センサ信号に基づくタイミングを補正し、補正したタイミングを示す転流タイミング信号を生成し、
前記第２のタイミング生成部は、
前記１つのセンサ信号に基づく信号にあらかじめ設定された遅延値によりタイミングを時間シフトし、時間シフトしたタイミングを示す信号を生成し、
前記時間シフトしたタイミングを示す信号を転流タイミング信号とし、
前記転流タイミング生成部は、
前記回転速度に応じた前記補正値と前記回転速度に応じた前記遅延値とを記憶するメモリと、
前記補正値と前記遅延値とを設定する設定部とをさらに有し、
前記設定部は、前記回転速度に応じた前記補正値を前記第１のタイミング生成部に設定し、前記回転速度に応じた前記遅延値を前記第２の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。
請求項１または請求項２に記載のモータ駆動装置を備えたことを特徴とするブラシレスモータ。