JP6064202B2 - ブラシレスモータを予熱する方法 - Google Patents

Description

本発明は、ブラシレスモータを予熱する方法に関する。

ブラシレスモータは、通常の運転温度を十分に下回る温度で起動させることが必要な場合がある。比較的低い温度では、モータの軸受内のグリースの粘度が、モータの起動を妨げる又は阻止することがある。さらに、零下の温度では、回転子と固定子との間にアイシングが生じることがあり、これがさらにモータの起動を妨げる又は阻止することがある。
モータを起動できたとしても、そのような条件下でモータを駆動すると、モータの構成要素を破損しかねない。

モータを予熱する手法は既知であるが、通常、１つ又はそれ以上の欠点に悩まされる。
例えば、モータは、起動前にモータを所定温度まで昇温する昇温装置を含むことができる。しかしながら、昇温装置を備えることでモータの価格は上昇する。

本発明は、１つ又はそれ以上の駆動期間にわたりモータの位相巻線を連続して励磁及び非励磁することを含み、位相巻線は各駆動期間全体にわたり同じ方向に励磁され、モータの回転子を位置合わせされた位置にロックする、ブラシレスモータを予熱する方法を提供する。

位相巻線を順次励磁すること及び非励磁することにより、電力損失（例えば、銅損、鉄損、及びスイッチ損）はモータを昇温するように作用する。結果的に、別個の昇温装置を設けることを回避することができる。回転子を位置合わせされた位置にロックする方向で位相巻線を励磁することにより、回転子を固定位置に維持しながら回転子の昇温を実行することができる。結果として、回転子が回転してしまうと生じかねない、モータの構成部品（例えば、軸受）の破損の可能性を回避することができる。

回転子が静止する位置によって、回転子は、位置合わせされた位置において静止する前に、駆動期間の始まりに回転する場合がある。しかし、回転子のいずれの動きも比較的小さいものである。具体的には、回転子は、一回転しないようにされる。従って、回転子が自由な速度で回転してしまうと生じかねない、モータの構成要素の破損の可能性を避けることができる。

モータは、一方向性とすることができ、位相巻線は、モータを逆転駆動する方向に励磁することができる。典型的には、ブラシレスモータの回転子は、回転子の極が固定子の極に対してわずかにずれた位置で静止する。一方向性モータにおいて、典型的に、回転子は、回転子の極が固定子の極のわずか前方の位置で静止する。モータを逆転駆動する方向で位相巻線を励磁することにより、回転子は、位置合わせされた位置において静止する前に、比較的小さい角度を動く。結果的に、予熱中の回転子の動きを最小にすることができる。

本方法が、複数の駆動期間にわたり位相巻線を順次励磁及び非励磁することを含む場合、駆動期間は連続する、すなわち、１つの駆動期間のすぐ後に、別の駆動期間が続くとすることができる。代替的に、駆動期間は、離間されてもよい。具体的には、駆動期間の各対は、位相巻線が非励磁される一時停止期間によって離間することができる。各駆動期間中に発生した熱は、より長い期間をかけて、モータシステムに全体にわたって伝搬する。

本方法は、温度（例えば、モータ内の温度）を感知すること、及び感知した温度を用いて、各駆動期間の長さ及び／又は駆動期間の合計数を定めることを含むことができる。具体的には、本方法は、より低い温度に対して、より長い駆動期間及び／又はより多数の駆動期間を定めることを含むことができ、逆もまた同様である。各駆動期間の長さ及び／又は駆動期間の合計数を温度の関数として定めることによって、モータを安全に起動することができるレベルまでモータの温度を上昇させるのに十分な期間全体にわたり、位相巻線を励磁及び非励磁することができる。

電流は、位相巻線を励磁すると、少なくとも１つのスイッチを通って流れるようにすることができ、電流は、位相巻線を非励磁すると、少なくとも１つの別のスイッチを通って流れるようにすることができる。スイッチに関連付けられる電気抵抗のために、各スイッチは、電流を伝導すると熱を放散する。励磁中は電流が少なくとも１つのスイッチを通って流れ、非励磁中は電流が少なくとも１つの別のスイッチを通って流れることを保証することにより、各駆動期間中に少なくとも２つの異なる熱源が生成される。結果的に、より高速の昇温を実施することができる。電流は、位相巻線を励磁すると、スイッチの第１の対を通って流れるようにすることができ、電流は、位相巻線を非励磁すると、スイッチの第２の、異なる対を通って流れるようにすることができる。結果として、各駆動期間中に４つの熱源が生成される。結果的に、モータの昇温は、より良好に均衡し、かつより迅速になる。

本方法は、位相巻線における電流が電流制限値を超えたことに応じて、位相巻線を非励磁することを含むことができる。この場合、各駆動期間には、異なる電流制限値を採用することができる。例えば、より高い電流制限値を各連続する駆動期間に採用することができる。代替的に、電流制限値は、１つ又はそれ以上の駆動期間中、少なくとも１回上昇させることができる。例えば、本方法は、電流制限値を定期的に上昇させることを含むことができる。両方の場合において、電流制限値は、一定量だけ、又は、例えば、モータ内の温度等の他の何らかの量に応じた量だけ、上昇させることができる。ある期間にわたって電流制限値を徐々に上昇させることにより、モータに熱衝撃を受けさせずに、比較的迅速に昇温を実行することができる。

本方法は、温度を感知すること、感知した温度を用いて電流制限値を定めること、及び位相巻線の電流が電流制限値を超えたことに応じて位相巻線を非励磁することを含むことができる。温度（例えば、モータ内の温度）に依存する電流制限値を定めることにより、モータは、熱衝撃を回避する速度で昇温させることができる。感知温度を用いて、初期電流制限値を定め、後で、初期電流制限値を、一定量だけ又は感知温度の変化に応じた量だけ（例えば、周期的に、又は、各駆動期間の終わりに）上昇させることができる。従って、モータの温度が上昇するに伴い、電流制限値は、比較的迅速な昇温を維持するように上昇させることができる。

本発明は、上記の段落のいずれか１つにおいて記載された方法を実施するブラシレスモータのための制御システムを提供する。

本発明は、ブラシレスモータと上記の段落に記載された制御システムとを含むモータシステムをさらに提供する。

本発明をより容易に理解できるようにするために、本発明の実施形態は、ここで、例示として、添付の図面を参照しながら説明される。

本発明によるモータシステムのブロック図である。 本モータシステムの概略図である。 本モータシステムのコントローラにより出される制御信号に応答したインバータの許容状態の詳細を示す。 本モータシステムの電流制限器の概略図を示す。 本モータシステムにより実装される起動ルーチンのフロー図である。 本モータシステムにより実装される正転駆動ルーチンのフロー図である。 本モータシステムにより実装される予熱ルーチンのフロー図である。

図１及び図２のモータシステムは、ＤＣ電源２により電力供給され、ブラシレスモータ３と制御システム４とを含む。

モータ３は、四極固定子６に対して回転する四極永久磁石回転子５を含む。導電ワイヤが固定子６の周りに巻かれ、互いに結合され（例えば、直列又は並列で）、単一の位相巻線７を形成する。

制御システム４は、ＤＣリンクフィルタ８と、インバータ９と、ゲートドライバモジュール１０と、電流センサ１１と、ホール効果センサ１２と、温度センサ１３と、コントローラ１４と、を含む。

ＤＣリンクフィルタ８は、インバータ９の切り換えにより生じる比較的高周波の脈動を滑らかにするキャパシタＣ１を含む。

インバータ９は、ＤＣリンク電圧を位相巻線７に結合する４つの電源スイッチＱ１−Ｑ４のフルブリッジを含む。スイッチＱ１−Ｑ４の各々は、フリーホイールダイオードを含む。

ゲートドライバモジュール１０は、コントローラ１４から受信した制御信号に応答して、スイッチＱ１−Ｑ４を駆動して開閉させる。

電流センサ１１は、それぞれインバータ９の下方レッグ上に配置された、一対の感知レジスタＲ１、Ｒ２を含む。各レジスタＲ１、Ｒ２にかかる電圧は、電流感知信号Ｉ＿ＳＥＮＳＥ＿１及びＩ＿ＳＥＮＳＥ＿２としてコントローラ１４に出力される。第１の電流感知信号Ｉ＿ＳＥＮＳＥ＿１は、（以下でより詳細に説明されるように）右から左へ駆動されたときの位相巻線７における電流の尺度を与える。第２の電流感知信号Ｉ＿ＳＥＮＳＥ＿２は、左から右へ駆動されたときの位相巻線７における電流の尺度を与える。

ホール効果センサ１２は、固定子６のスロット開口部に配置され、センサ１２を通る磁束の方向に応じて、論理的ハイ又はローのデジタル信号ＨＡＬＬを出力する。従って、ＨＡＬＬ信号は、回転子５の角度位置の指標を与える。

温度センサ１３は、モータシステム１内に配置されるサーミスタＴＨ１を含む。サーミスタＴＨ１にかかる電圧は、温度信号ＴＥＭＰとしてコントローラ１４に出力される。

コントローラ１４は、プロセッサ１５と、メモリデバイス１６と、複数の周辺装置１７（例えば、比較器、タイマー等）と、を有するマイクロコントローラを含む。好適な候補は、Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．社製のＰＩＣ１６Ｆ６９０マイクロコントローラである。メモリデバイス１６は、プロセッサ１５による実行のための命令、並びに、モータシステム１の動作中、プロセッサ１５により採用される制御パラメータ及びルックアップテーブルを格納する。制御装置１４は、モータシステム１の動作の制御を担い、３つの制御信号、ＤＩＲ１、ＤＩＲ２及びＦＷ＃を生成する。制御信号は、ゲートドライバモジュール１０に出力され、ゲートドライバモジュールは、これに応答して、インバータ９のスイッチＱ１−Ｑ４を駆動して開閉させる。

ＤＩＲ１及びＤＩＲ２は、インバータ９を通る電流、従って、位相巻線７を通る電流の方向を制御する。ＤＩＲ１が論理的ハイに引き上げられ、ＤＩＲ２が論理的ローに引き下げられると、ゲートドライバモジュール１０は、スイッチＱ１及びＱ４を閉じ、スイッチＱ２及びＱ３を開き、これにより電流が位相巻線７を左から右に通るように駆動する。逆に、ＤＩＲ２が論理的ハイに引き上げられ、ＤＩＲ１が論理的ローに引き下げられると、ゲートドライバモジュール１０は、スイッチＱ２及びＱ３を閉じ、スイッチＱ１及びＱ４を開き、これにより電流が位相巻線７を右から左に通るように駆動させる。従って、位相巻線７における電流は、ＤＩＲ１及びＤＩＲ２を逆転することにより整流される。ＤＩＲ１及びＤＩＲ２の両方を論理的ローに下げると、ゲートドライブモジュール１０は、全てのスイッチＱ１−Ｑ４を開く。

ＦＷ＃は、位相巻線７をＤＣリンク電圧から切断し、位相巻線７における電流がインバータ９のロー側ループの周りをフリーホイールできるようにするために用いられる。従って、論理的ローにされたＦＷ＃信号に応答して、ゲートドライバモジュール１０は、ハイ側のスイッチＱ１、Ｑ３の両方を開かせる。各電源スイッチＱ１−Ｑ４は、単一方向にのみ伝導する。結果的に、電流は、ロー側のスイッチＱ２、Ｑ４の一方を通り、ロー側の他方のスイッチＱ２、Ｑ４のフリーホイールダイオードを通ってフリーホイールする。特定のタイプの電源スイッチ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）は、両方向に伝導することができる。
つまり、フリーホイールダイオードを通ってフリーホイールするのではなく、両方のロー側のスイッチＱ２、Ｑ４を閉じて、電流が両方のロー側のスイッチＱ２、Ｑ４を通ってフリーホイールさせることができ、すなわち、論理的ローのＦＷ＃信号に応答して、両方のハイ側のスイッチＱ１、Ｑ３を開くことに加えて、両方のロー側のスイッチＱ２、Ｑ４が閉じられる。

図３は、コントローラ１４の制御信号に応答したスイッチＱ１−Ｑ４の許容状態を要約したものである。以下において、用語「セット」及び「クリア」は、それぞれ、信号を論理的ハイ及び論理的ローにされることを示すのに用いられる。

コントローラ１４は、電流制限器２０として構成された多数の周辺装置１７を含む。電流制限器２０は、位相巻線７における電流レベルを監視し、位相巻線７における電流が電流制限値を超えた場合に、電流制限信号を切り換える。

図４に示すように、電流制限器２０は、ＰＷＭモジュール２１と、平滑フィルタ２２と、マルチプレクサ２３と、比較器２４と、を含む。ＰＷＭモジュール２１、マルチプレクサ２３及び比較器２４は、コントローラ１４の周辺装置１７の一部を形成する。一方、平滑フィルタ２２は、コントローラ１４の外部に配置される。

ＰＷＭモジュール２１は、コントローラ１４により出力されるパルス電圧信号を生成する。平滑フィルタ２２は、パルス電圧信号を平滑化し、標準電圧を有する基準信号を生成し、これが次いでコントローラ１４に入力される。ＰＷＭモジュール２１は、定常期間と、プロセッサ１５により設定される可変デューティサイクルとを採用する。従って、基準信号の電圧は、プロセッサ１５により設定されるデューティサイクルによって決まる。

マルチプレクサ２３は、２つの電流感知信号Ｉ＿ＳＥＮＳＥ＿１及びＩ＿ＳＥＮＳＥ＿２の１つを選択するための２つの入力を有する。マルチプレクサ２３により行われる選択は、位相巻線７を通る電流の方向に応じてプロセッサ１５によって制御される。従って、ＤＩＲ１がセットされると、マルチプレクサ２３はＩ＿ＳＥＮＳＥ＿１を選択し、ＤＩＲ２がセットされると、マルチプレクサ２３はＩ＿ＳＥＮＳＥ＿２を選択する。マルチプレクサ２３の出力は比較器２４に送給される。

比較器２４は、電流感知信号Ｉ＿ＳＥＮＳＥ＿１又はＩ＿ＳＥＮＳＥ＿２の電圧を、基準信号の電圧と比較する。電流感知信号の電圧が基準信号の電圧を超えると、比較器２４は、論理的ローにされた電流制限信号を出力する。そうでない場合は、比較器２４は、論理的ハイにされた電流制限信号を出力する。

従って、電流制限器２０は、電流感知信号の電圧が基準信号の電圧を超えると、電流制限信号を切り換える。電流感知信号の電圧は位相巻線７における電流と正比例するので、電流制限器２０は、位相巻線７における電流が電流制限値を超えると、電流制限信号を切り換える。電流制限値は、次いで、コントローラ１４のプロセッサ１５によって設定されるＰＷＭモジュール２１のデューティサイクルによって定まる。

コントローラ１４のメモリデバイス１６は、様々な温度に対する様々な電流制限値（すなわち、様々なデューティサイクル）を含む電流制限値ルックアップテーブルを格納する。以下に説明されるように、コントローラ１４は、起動時にこの表を用いて、モータシステム１内の温度に応じた電流制限値を選択する。

通常運転中、モータシステム１は、公称温度範囲内で動作する。しかしながら、モータシステム１は、公称温度をかなり下回る温度で起動することを要求されることがある。比較的低い温度では、モータシステム１は、モータ３を従来の方法を用いて起動するよう試みると、挙動が不安定になることがある。さらに、モータシステム１の構成要素（例えば、軸受）は、モータ３が低温で駆動されると損傷する場合がある。従って、モータシステム１は、これらの問題に解決するよう意図した起動ルーチンを採用する。

コントローラ１４により採用される起動ルーチンを図５に示す。コントローラ１４は、最初に、モータシステム１内の温度の尺度を与えるＴＥＭＰ信号を感知することにより開始する（ステップＳ３０）。モータシステム１は、下方閾値Ｔ＿ＭＩＮと、上限閾値Ｔ＿ＭＡＸとの間に定まる温度範囲で動作する。従って、モータシステム１内の温度がＴ＿ＭＩＮより低いか、Ｔ＿ＭＡＸより高い場合には（ステップＳ３１）、コントローラ１４は、モータ３を起動しようと試みない。温度が、Ｔ＿ＭＩＮより高く、かつ予熱閾値Ｔ＿ＰＨより低い場合には（ステップ３２）、コントローラ１４は、予熱ルーチンを実行する（ステップＳ３３）。それ以外の場合は、コントローラ１４は、正転駆動ルーチンを実行する（ステップＳ３４）。

正転駆動ルーチンを図６に示す。コントローラ１４は、最初に、電流制限値を上限閾値に設定する、すなわち、コントローラ１４は、位相巻線７における電流が上限閾値を超えると電流制限信号が切り換えられるように、電流制限器２０のＰＷＭモジュール２１のデューティサイクルを設定することで開始する（ステップＳ３５）。次いで、コントローラ１４は、回転子５が静止した位置を判断するためにＨＡＬＬ信号を感知する（ステップＳ３６）。この情報を用いて、コントローラ１４は、回転子５を正転駆動する方向で、位相巻線７を励磁する。本説明の目的のために、ＨＡＬＬ信号が論理的ローであると、位相巻線７が左から右へ励磁されるのに応じて回転子５は正転駆動され、ＨＡＬＬ信号が論理的ハイであると、位相巻線７が右から左へ励磁されるのに応じて回転子５は正転駆動されると仮定される。次いで、ＨＡＬＬ信号が論理的ローであると、位相巻線７が右から左へ励磁されるのに応じて回転子５は逆転駆動され、ＨＡＬＬ信号が論理的ハイであると、位相巻線７が左から右へ励磁されるのに応じて回転子５は逆転駆動される。

回転子５と固定子６との間の空隙は、非対称である。その結果、回転子５は、回転子の極が固定子の極に対してわずかに（例えば、５機械角度）ずれた位置で静止する。このことにより、回転子５を正転させようと意図する方向に位相巻線７を励磁すると、回転子５が正しい方向で回転することが保証される。

コントローラ１４は、回転子を、所定の期間、正転させる（Ｓ３７）。これ以降、正転期間と呼ばれるこの期間中、回転子５が期待通りに正転すれば、ＨＡＬＬ信号にエッジが発生するはずである（ステップＳ３８）。ＨＡＬＬエッジに応じて、コントローラ１４は、ＤＩＲ１とＤＩＲ２を逆にすることにより、位相巻線７を整流する（ステップＳ３９）。位相巻線７が整流されると、コントローラ１４は起動ルーチンを終了させ、回転子５を従来の方法により加速させるルーチンを実行する。正転期間中にＨＡＬＬエッジが検出されない場合には、コントローラ１４は、故障が生じたとみなし、ＤＩＲ１及びＤＩＲ２をクリアすることにより、モータを停止する（ステップＳ４０）。

コントローラ１４が回転子５を正転させると（ステップＳ３７）、位相巻線７を通る電流の大きさは、励磁中上昇する。位相電流が電流制限値を超えると、電流制限器２０は電流制限信号を切り換える。電流制限信号の変化に応じて、コントローラ１４は、ＦＷ＃をクリアすることにより、位相巻線７をフリーホイールさせる。コントローラ１４は、位相巻線７をフリーホイール期間フリーホイールさせ、その間に位相巻線７における電流は、電流制限値を下まわるレベルまで減衰する。フリーホイール期間の終わりに、コントローラ１４は、位相巻線７を再励磁する。従って、コントローラ１４は、正転期間中、位相巻線７を順次励磁させ及びフリーホイールさせる。整流の時点で（すなわち、正転期間中にＨＡＬＬエッジが検出されると）、位相巻線７は、フリーホイールしている場合がある。
従って、ＤＩＲ１とＤＩＲ２を逆にすることに加えて、コントローラ１４は、インバータ９が駆動条件に戻ることを保証するように、ＦＷ＃をセットする。

予熱ルーチンを図７に示す。コントローラ１４は、電流制限値を選択するためにＴＥＭＰ信号から得られた温度を用いて、電流制限値のルックアップテーブルを選択することから開始する（ステップＳ４１）。次いで、コントローラ１４は、ＨＡＬＬ信号を感知し、回転子５が静止する位置を決定する（ステップＳ４２）。次いで、コントローラ１４は、回転子５を逆転させる方向に位相巻線７を励磁する（ステップＳ４３）。

上述のように、回転子５は、回転子の極が固定子の極に対してわずかにずれた位置で静止する。結果的に、回転子５を逆転させることに応じて（ステップＳ４３）、回転子５は、完全に位置合わせされた位置で停止する前に、小さい角度（例えば、５機械角度）だけ逆回転する。

コントローラ１４は、以下で逆転期間と呼ぶ所定の期間、回転子５を逆転駆動する（ステップＳ４３）。この期間中、回転子５は、完全に位置合わせされた位置にロックされる。位相巻線７の励磁に応答して、位相巻線７の電流は上昇する。位相電流が電流制限値を超えると、電流制限器２０は、電流制限信号を切り換える。電流制限信号の変化に応じて、コントローラ１４は、位相巻線７を非励磁する。非励磁により位相巻線７がフリーホイールすることがある。しかしながら、以下に説明する理由により、非励磁は、代わりに、ＤＩＲ１及びＤＩＲ２をクリアすることによりインバータ９の全てのスイッチＱ１−Ｑ４を開にさせる。コントローラ１４は、非励磁期間において位相巻線７を非励磁し、その間に位相巻線７における電流は、電流制限値を下回るレベルまで減衰する。非励磁期間の終わりに、コントローラ１４は、再度、位相巻線７を励磁する。結果的に、コントローラは、逆転期間中、位相巻線７を、順次励磁及び非励磁する。

逆転期間の終わりに、コントローラ１４は、一定量だけ電流制限値を上昇させる（ステップＳ４４）。次いで、コントローラ１４は、電流制限値と、上限閾値つまり正転駆動ルーチンを実行するときにコントローラ１４により用いられる値とを比較する（ステップＳ４５）。電流制限値が上限閾値と一致する場合は、コントローラ１４は、ＤＩＲ及びＤＩＲ２をクリアすることにより、回転子５の駆動を停止する（ステップＳ４６）。空隙の非対称性により、回転子５は、次いで、小さい角度（例えば、５機械角度）だけ正転し、元の静止位置で静止する。次いで、コントローラ１４は、予熱ルーチンを終了させ、正転駆動ルーチンを実行する（ステップＳ３４）。電流制限値が上限閾値より小さい場合は、コントローラ１４は、逆転期間に回転子を逆転させるステップを繰り返す（ステップＳ４３）。従って、回転子５は、位置合わせされた位置でロックされ続ける。しかし、今回は、電流制限値がより大きい。逆転期間の終わりに、コントローラ１４は、再度、電流制限値を上昇させ（ステップＳ４４）、これを上限閾値と比較する（ステップＳ４５）。従って、コントローラ１４は、電流制限値を、上限閾値に達するまで定期的に上昇させ、上限閾値に達した点で、コントローラ１４は予熱ルーチンを終了させ、正転駆動ルーチンを実行する（ステップＳ３４）。

位相巻線７を順次励磁する及び非励磁することにより、位相巻線７に関連する電力損失（銅損）、固定子６に関連する電力損失（鉄損）、及び電源スイッチＱ１−Ｑ４に関連する電力損失（伝導及びスイッチング損失）は、モータシステム１を昇温させるように作用する。各逆転期間全体を通して、回転子５は、位置合わせされた位置でロックされる。結果的に、位置合わせされた位置への初期移動を除いて、回転子５は、モータシステム１の昇温中は回転しない。結果として、回転子５が回転してしまうと生じかねない、モータ３の構成要素（例えば、軸受）の破損の可能性を避けることができる。

コントローラ１４は、１つ又はそれ以上の逆転期間について回転子５を逆転駆動する。
逆転期間の数は、モータシステム１内の初期温度に依存する。具体的には、温度がより低いと、採用される逆転期間の数は、より多くなる。従って、このことにより、モータ３を安全に起動することができるレベルまでモータシステム１の温度を上昇させるのに十分な合計期間にわたって、位相巻線７が励磁及び非励磁されることを保証する。

予熱ルーチンの開始時に、コントローラ１４は、モータシステム１の内部温度に依存する電流制限値を選択する。より特定的には、より低い温度に対しては、より小さい電流制限値が選択される。モータシステム１の初期温度に依存する電流制限値を選択することにより、モータシステム１に対する熱衝撃を避けることができる。例えば、より低い温度に対してより小さい電流制限値を採用することにより、励磁及び非励磁中に生じる電力損失がより小さくなる。結果的に、様々な熱源（例えば、位相巻線７、固定子６及び電源スイッチＱ１−Ｑ４）の温度がより低くなり、従って、モータシステム１の温度勾配がより小さくなる。結果として、熱衝撃を避けることができる。

予熱ルーチンの実行中、コントローラ１４は、上限閾値に達するまで電流制限値を定期的に上昇させる。電流制限値を上昇させることにより、励磁及び非励磁に関連する電力損失が増加する。結果として、様々な熱源の温度が上昇し、従って、より高速の昇温を実行することができる。電流制限値は、様々な熱源の温度の上昇が、モータシステム１の温度の上昇を大幅に超えないことを保証する量だけ定期的に上昇させられる。結果として、熱衝撃は避け続けられる。

電源スイッチＱ１−Ｑ４の電気抵抗により、各電源スイッチＱ１−Ｑ４は、導電すると熱を放散する。位相巻線７の励磁中、電源スイッチの第１の対（例えば、Ｑ１とＱ４）が閉じられる。この場合、電力は、これら２つのスイッチの各々を通って流れ、これにより、例えば、各スイッチに固定されたヒートシンクを介して熱を放散させる。位相巻線７の電流の大きさが電流制限値を超えると、コントローラ１４は位相巻線７を非励磁する。上述のように、非励磁は、位相巻線７をフリーホイールさせることを含むことができる。しかしながら、ここで説明するように、非励磁中にインバータ９の全てのスイッチＱ１−Ｑ４を開くことには利点がある。コントローラ１４が位相巻線７をフリーホイールさせる場合、コントローラ１４は、ハイ側のスイッチ（例えば、Ｑ１）を開く。すると、電流は、インバータ９のロー側のループの周りを流れる。つまり、電流は、既に閉のロー側のスイッチ（例えば、Ｑ４）を通って流れ出て、他方のロー側のスイッチ（例えば、Ｑ２）のダイオードを通って戻る。結果的に、別の電源スイッチ（例えば、Ｑ２）が非励磁中に導電する。このことは、別の熱源を生成する利点を有する。しかしながら、インバータ９の全ての電源スイッチＱ１−Ｑ４が非励磁中に開にされると、位相巻線７の電流は、電源スイッチの他方の対（例えば、Ｑ２及びＱ３）のダイオードを通って強制的に戻される。結果的に、別の２つの電源スイッチが非励磁中に導電し、これにより、２つの付加的な熱源を生成する。従って、モータシステム１の昇温がより良好に均衡する。具体的には、熱源の第１の対（例えば、電源スイッチＱ１とＱ４）は励磁中に生成され、熱源の第２の、異なる対（例えば、電源スイッチＱ２とＱ３）は非励磁中に生成される。より均衡のとれた昇温に加えて、必ずしも熱衝撃のリスクを上昇させることなく、又は、電源スイッチを破損する可能性なしに、モータシステム１をより迅速に昇温させることができる。

上述の実施形態において、コントローラ１４は、各逆転期間の終わりに一定量だけ電流制限値を上昇させる（ステップＳ４４）。次いでコントローラ１４は、電流制限値に対する上限閾値に達すると、予熱ルーチンを終了させる（ステップＳ４５）。代替的に、電流制限値を一定量だけ上昇させるのではなく、コントローラ１４は、各逆転期間の終わりにＴＥＭＰ信号を感知し、次いで、感知した温度を用いて、電流制限値ルックアップテーブルから新しい電流制限値を選択することができる。次いで、コントローラ１４は、電流制限値が上限閾値と一致すると又はモータシステム１の温度が閾値を超えると、予熱ルーチンを終了することができる。この代替的なスキームにより、電流制限値は、モータシステム１の温度の変化に直接応答して調整される。従って、モータシステム１の温度が、予想より早い又は遅い速度で上昇している場合には、コントローラ１４は、適切な電流制限値を選択することにより補償することができる。しかしながら、このスキームに起こり得る問題は、ひとたび昇温が開始すると、温度センサ１３により感知される温度が、モータシステム１の構成要素の温度を正確に反映しない場合があることである。例えば、電源スイッチＱ１−Ｑ４は、温度センサ１３に近接して配置される場合がある。従って、電源スイッチＱ１−Ｑ４により放散される熱は、最初に、おそらく温度センサ１３によって感知される。一方、モータシステム１の他の構成要素は、電源スイッチＱ１−Ｑ４からより遠くに配置される場合がある。結果として、モータシステム１の他の構成要素が温度変化をほとんど又は全く受けなかった場合に、温度センサ１３は大きな温度の変化を記録することがある。元のスキームは、モータシステム１内部の温度に関係なく、ある期間にわたって電流制限値を徐々に上昇させることによって、この潜在的な問題を克服する。

可変の電流制限値（すなわち、時間と共に変化するもの、又は、モータシステム１の温度の変化に応答して変化するもの）を採用する利点にもかかわらず、コントローラ１４は、固定の電流制限値を採用することができると考えられる。この場合、次いでコントローラ１４は、モータシステム１の初期温度に依存する逆転駆動期間を採用する。例えば、コントローラ１４は、異なる温度に対して異なる逆転駆動期間を含むルックアップテーブルを格納することができる。従って、コントローラ１４は、単一の電流制限値であっても、モータシステム１の温度をモータ３を安全に起動することができるレベルまで上昇させるのに十分な期間にわたって回転子５を逆転駆動する。熱衝撃が引き続き懸念される場合は、電流制限値を比較的低いレベルに設定することができる。

上述の実施形態において、各逆転期間の長さは同じである。結果的に、電流制限値の各増分間の期間は同じである。このことは、コントローラ１４により実行される命令を単純化する利点を有する。しかしながら、より低い温度でより長い期間にわたり昇温するのが望ましい場合がある。これにより、例えば熱衝撃をさらに緩和することができる。これを実行する１つの方法は、異なる温度に対して異なる電流制限値及び異なる逆転期間を含むルックアップテーブルを採用することである。従って、コントローラ１４は、予熱ルーチンの開始時及び各逆転期間の終了時に、ＴＥＭＰ信号を用いて電流制限値ルックアップテーブルを指標づけし、電流制限値及び逆転期間を選択することができる。

各逆転期間中、コントローラ１４は、順次位相巻線７を励磁及び非励磁する。結果としてもたらされる電力損失は、次いで、モータシステム１を昇温させるように作用する。様々な熱源に対して良好な熱経路を有するモータシステム１の構成要素（例えば、固定子６、位相巻線７及び電源スイッチＱ１−Ｑ４）は、相対的に素早く昇温する。対照的に、不良な熱経路を有する構成要素は、相対的にゆっくり昇温する。結果的に、予熱ルーチンの終わりに、構成要素の幾つかが、安全な運転温度に達していない可能性がある。代替的に、良好な熱経路を有する構成要素を、より長い期間にわたりより高い温度で保持し、不良な熱経路を有する構成要素が安全な運転温度に達するようにする必要がある。上述の実施形態において、各逆転期間のすぐ後に、別の逆転期間（予熱ルーチンの一部として）、又は正転期間（正転駆動ルーチンの一部として）が続く。代替的な実施形態において、各逆転期間の後には一時停止期間が続き、この間コントローラ１４は、ＤＩＲ及びＤＩＲ２をクリアすることにより回転子５の駆動を停止する。結果として、各逆転期間中に発生した熱は、より長い期間かけて、モータシステム１全体にわたって伝搬し、従って不良な熱経路を有する構成要素を温める。一時停止期間の終わりに、コントローラ１４は、上述したのと同じ様式で進行させ、すなわち、コントローラ１４は、電流制限値を上昇させて（Ｓ４４）電流制限値を上限閾値と比較する（Ｓ４５）。コントローラ１４は、各逆転期間の終わりに、一定の一時停止期間を採用することができる。代替的に、コントローラ１４は、モータシステム１の温度に依存する一時停止期間を採用することができる。例えば、コントローラ１４は、より低い温度では、より長い一時停止期間を採用することができる。

予熱ルーチンを実行する際に、コントローラ１４は、回転子を逆転駆動させる方向に、位相巻線７を励磁する（ステップＳ４３）。このことにより、回転子５が、完全に位置合わせされた位置において静止する前に、比較的小さい角度（例えば、５機械角度）だけ回転するという利点を有する。代替的に、コントローラ１４は、回転子５を正転させる方向で、位相巻線７を励磁する。次いで、回転子５は、完全に位置合わせされた位置において静止する前に、より大きい角度（例えば、８５機械角度）だけ回転する。しかし、回転子５の運動は、比較的小さいままである。具体的には、回転子５は、完全に回転しないようにされる。従って、回転子５が自由な速度で回転すると生じかねない、モータシステム１の構成要素の破損の可能性を避けることができる。

ここまで、単相永久磁石ブラシレスモータ３を予熱することに対して言及した。しかしながら、上述の予熱ルーチンは、多相モータ及びスイッチドリラクタンスモータを含むがこれらに限定されない、他の型式のブラシレスモータを予熱するのにも同様に用いることができる。

以下に本発明の実施態様を記載する。
（実施態様１） ブラシレスモータを予熱する方法であって、１つ又はそれ以上の駆動期間にわたり前記モータの位相巻線を順次励磁及び非励磁するステップを含み、前記位相巻線は前記各駆動期間全体にわたり同じ方向に励磁され、前記モータの回転子を位置合わせされた位置にロックすることを特徴とする方法。
（実施態様２） 前記回転子は、前記各駆動期間中、少なくとも１秒間、前記位置合わせされた位置にロックされることを特徴とする、実施態様１に記載の方法。
（実施態様３） 前記回転子は、前記１つ又はそれ以上の駆動期間中、一回転しないようにされることを特徴とする、実施態様１〜実施態様２のいずれかに記載の方法。
（実施態様４） 前記方法は、温度を感知するステップと、感知した前記温度を用いて前記各駆動期間の長さ又は前記駆動期間の数を定めるステップと、を含むことを特徴とする、実施態様１〜実施態様３のいずれかに記載の方法。
（実施態様５） 前記方法は、より低い感知した温度に対して、より長い前記駆動期間又はより多数の前記駆動期間を定めるステップを含むことを特徴とする、実施態様４に記載の方法。
（実施態様６） 電流は、前記位相巻線を励磁すると、少なくとも１つのスイッチを通って流れるようにされ、電流は、前記位相巻線を非励磁すると、少なくとも１つの別のスイッチを通って流れるようにされることを特徴とする、実施態様１〜実施態様５のいずれかに記載の方法。
（実施態様７） 電流は、前記位相巻線を励磁すると、第１のスイッチの対を通って流れるようにされ、電流は、前記位相巻線を非励磁すると、第２の異なるスイッチの対を通って流れるようにされることを特徴とする、実施態様６に記載の方法。
（実施態様８） 前記方法は、前記位相巻線の電流が電流制限値を超えたことに応じて前記位相巻線を非励磁するステップと、前記１つ又はそれ以上の駆動期間中、少なくとも１回、前記電流制限値を上昇させるステップと、を含むことを特徴とする、実施態様１〜実施態様７のいずれかに記載の方法。
（実施態様９） 前記方法は、前記電流制限値を定期的に上昇させるステップを含むことを特徴とする、実施態様８に記載の方法。
（実施態様１０） 前記方法は、前記位相巻線の電流が前記電流制限値を超えたことに応じて前記位相巻線を非励磁するステップと、各駆動期間に対して異なる電流制限値を採用するステップと、を含むことを特徴とする、実施態様１〜実施態様９のいずれかに記載の方法。
（実施態様１１） 前記方法は、連続する各駆動期間に対して、より高い電流制限値を採用するステップを含むことを特徴とする実施態様１０に記載の方法。
（実施態様１２） 前記方法は、温度を感知するステップと、感知した前記温度を用いて電流制限値を定めるステップと、前記位相巻線の電流が前記電流制限値を超えたことに応じて前記位相巻線を非励磁するステップと、を含むことを特徴とする、実施態様１〜実施態様１１のいずれかに記載の方法。
（実施態様１３） 前記モータは、一方向性であり、前記位相巻線は、前記モータを逆転駆動する方向に励磁されることを特徴とする、実施態様１〜実施態様１２のいずれかに記載の方法。
（実施態様１４） 実施態様１〜実施態様１３のいずれか１項に記載の方法を行うことを特徴とする、ブラシレスモータのための制御システム。

１：モータシステム
２：ＤＣ電源
３：ブラシレスモータ
４：制御システム
５：四極永久磁石回転子
６：四極固定子
７：位相巻線
８：ＤＣリンクフィルタ
９：インバータ
１０：ゲートドライバモジュール
１１：電流センサ
１２：ホール効果センサ
１３：温度センサ
１４：コントローラ
Ｃ１：キャパシタ
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４：スイッチ
Ｒ１、Ｒ２：感知レジスタ
ＴＨ１：サーミスタ
２１：ＰＷＭモジュール
２２：平滑フィルタ
２３：マルチプレクサ
２４：比較器

Claims (12)

1. ブラシレスモータを予熱する方法であって、
   前記モータの温度を感知するステップと、
   １つ又はそれ以上の駆動期間にわたり前記モータの位相巻線を順次励磁及び非励磁するステップと、を含み、
   感知した前記温度は前記各駆動期間の長さ又は前記駆動期間の数を定めるために用いられ、前記位相巻線は、前記モータの回転子を位置合わせされた位置へ移動させてこの位置にロックするように、前記各駆動期間全体にわたり同じ方向に励磁されることを特徴とする方法。
2. 前記回転子は、前記１つ又はそれ以上の駆動期間中、一回転しないようにされることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記方法は、より低い感知した温度に対して、より長い前記駆動期間又はより多数の前記駆動期間を定めるステップを含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 電流は、前記位相巻線を励磁すると、少なくとも１つのスイッチを通って流れるようにされ、電流は、前記位相巻線を非励磁すると、少なくとも１つの別のスイッチを通って流れるようにされることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の方法。
5. 電流は、前記位相巻線を励磁すると、第１のスイッチの対を通って流れるようにされ、電流は、前記位相巻線を非励磁すると、第２の異なるスイッチの対を通って流れるようにされることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 前記方法は、前記位相巻線の電流が電流制限値を超えたことに応じて前記位相巻線を非励磁するステップと、前記１つ又はそれ以上の駆動期間中、少なくとも１回、前記電流制限値を上昇させるステップと、を含むことを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の方法。
7. 前記方法は、前記電流制限値を定期的に上昇させるステップを含むことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 前記方法は、前記位相巻線の電流が電流制限値を超えたことに応じて前記位相巻線を非励磁するステップと、各駆動期間に対して異なる電流制限値を採用するステップと、を含むことを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の方法。
9. 前記方法は、連続する各駆動期間に対して、より高い電流制限値を採用するステップを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記方法は、温度を感知するステップと、感知した前記温度を用いて電流制限値を定めるステップと、前記位相巻線の電流が前記電流制限値を超えたことに応じて前記位相巻線を非励磁するステップと、を含むことを特徴とする、請求項１〜請求項９のいずれかに記載の方法。
11. 前記モータは、一方向性であり、前記位相巻線は、前記モータを逆転駆動する方向に励磁されることを特徴とする、請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の方法。
12. 請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の方法を行うことを特徴とする、ブラシレスモータのための制御システム。

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