JP6622249B2 - モータ駆動制御装置及びモータ駆動制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、モータ駆動制御装置及びモータ駆動制御方法に関し、特に、いわゆる１センサ駆動を行うことができるモータ駆動制御装置及びモータ駆動制御方法に関する。

モータの駆動を制御するモータ駆動制御装置には、いわゆる１センサ駆動によりモータを駆動させるものがある。例えば、モータの磁極位置を検出するためのホールセンサを１つだけ用いてモータを駆動するものがある。

１センサ駆動によりモータを駆動する場合、複数のセンサを用いる場合とは異なり、磁極位置を特定することができない。

下記特許文献１には、ロータの磁極位置検出センサを１個しか使用しないファンモータ駆動制御装置の構成が記載されている。このファンモータ駆動制御装置においては、ブラシレスモータの起動前に、磁極位置検出センサの出力信号に基づいて、インバータ回路の正電圧側及び負電圧側のいずれか一方の１個のスイッチング素子及びいずれか他方の２個のスイッチング素子をＰＷＭ通電してロータを所定位置に位置決めする制動制御が実行される。

特開２００４−１４０９６２号公報

ところで、１センサ駆動では、駆動前に、モータの回転軸に外的負荷が加わって回転軸が逆回転している状態などの異常状態が発生したとき、問題が発生することがある。

具体例について説明する。ファンモータにおいて、ファンを逆回転させる負荷がかかり、ファンモータが強制的に逆回転させられる状態が発生することがある。例えば、使用環境によっては、駆動されていないファンモータが、強い外風により、強制的に回転指示方向とは逆方向に回転してしまう場合がある。また、複数のファンモータが設けられている装置において、駆動中の他のファンモータの影響により、装置の内外の気圧差が大きくなり、駆動されていないファンモータが強制的に逆回転することがある。このように逆回転しているモータが起動されるとき、起動時のトルクでは回転軸を正回転させることが不可能であり、そのまま強制的に逆方向に回転する状態が継続してしまうという場合がある。

このようにモータが異常状態であるとき、それを検知してモータの起動を停止させることができればよいが、１センサ駆動方式では、異常状態であることを検出することができない場合がある。

この発明はそのような問題点を解決するためになされたものであり、モータの異常状態を精度良く速やかに検知することができるモータ駆動制御装置及びモータ駆動制御方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、モータ駆動制御装置は、モータの複数相のコイルに選択的に通電するモータ駆動部と、内部で決定した指令回転数に基づいて生成した駆動制御信号をモータ駆動部に出力することにより、モータ駆動部の動作を制御する制御回路部と、複数相のうちいずれか１相に対応し、モータのロータの位置に対応して位相が変化する位置信号を出力する位置検出器とを備え、制御回路部は、モータの起動を開始するとき、位置信号に基づいて求めた実回転数に応じて指令回転数を決定するとともに、所定の期間に、所定の判定条件に基づいてモータが異常状態であるか否かを判定し、モータが異常状態であると判定したとき、駆動制御信号をモータ駆動部に出力することによりモータを停止させる制御を行い、異常状態は、起動成功時の回転方向とは逆の方向に回転する逆回転状態を含む。

好ましくは、異常状態は、ハンチング状態を含む。

好ましくは、所定の判定条件は、モータが過電流状態であることを含む。

好ましくは、制御回路部は、モータの起動を開始してから第１の所定時間が経過した第１のタイミングの前まで、モータに流れる電流と第１電流閾値との比較結果に基づいてモータが過電流状態であるか否かを判定し、第１のタイミングからモータに流れる電流と第１電流閾値よりも小さい第２電流閾値との比較結果に基づいてモータが過電流状態であるか否かを判定する。

好ましくは、所定の期間が第１のタイミングから第２のタイミングまでの期間であって、制御回路部は、所定の期間に、モータに流れる電流と第２電流閾値との比較結果に基づいてモータが過電流状態であるか否かを判定する。

好ましくは、制御回路部は、所定の期間に、モータに流れる電流が第２電流閾値に到達した回数に基づいてモータが過電流状態であるか否かを判定する。

好ましくは、制御回路部は、第２のタイミングより後で、モータに流れる電流と第２電流閾値よりも大きい第３電流閾値との比較結果に基づいてモータが過電流状態であるか否かを判定する。

好ましくは、所定の判定条件は、所定の期間に実回転数が第１回転数閾値未満であるか否かを含む。

好ましくは、制御回路部は、モータの起動を開始するとき、実回転数が第２回転数閾値よりも小さいときには、指令回転数を制御回路部に入力される入力指令回転数に決定し、実回転数が第２回転数閾値以上であるときには、指令回転数を予め設定された設定回転数に決定する。

好ましくは、制御回路部は、モータが異常状態であると判定しなかったとき、指令回転数を制御回路部に入力される入力指令回転数に決定してモータ駆動部を制御する。

好ましくは、制御回路部は、モータに流れる電流を監視してモータ電流情報を出力する電流監視部と、位置信号に基づいて実回転数情報を出力する回転数監視部と、モータ電流情報と実回転数情報とに基づいて、モータが異常状態であるか否かを判定し、判定情報を出力する状態判定部と、判定情報と、実回転数情報に応じて決定した指令回転数とに基づいて、駆動指令信号を生成して出力する回転数制御部と、駆動指令信号に基づいて駆動制御信号を出力するモータ制御部とを有する。

この発明の他の局面に従うと、モータの複数相のコイルに選択的に通電するモータ駆動部と、内部で決定した指令回転数に基づいて生成した駆動制御信号をモータ駆動部に出力することにより、モータ駆動部の動作を制御する制御回路部と、複数相のうちいずれか１相に対応し、モータのロータの位置に対応して位相が変化する位置信号を出力する位置検出器とを備えるモータ駆動制御装置を用いてモータの駆動を制御するモータ駆動制御方法は、モータの起動を開始するとき、位置信号に基づいて求めた実回転数に応じて指令回転数を決定し、所定の期間に、所定の判定条件に基づいてモータが異常状態であるか否かを判定し、モータが異常状態であると判定したとき、駆動制御信号をモータ駆動部に出力することによりモータを停止させる制御を行い、異常状態は、起動成功時の回転方向とは逆の方向に回転する逆回転状態を含む。

これらの発明に従うと、モータの異常状態を精度良く速やかに検知することができるモータ駆動制御装置及びモータ駆動制御方法を提供することができる。

本発明の実施の形態の１つにおけるモータ駆動制御装置の構成を示す図である。 同期モータの起動時に行われる制御回路部の動作を説明するフローチャートである。 第１のタイミングから第２のタイミングまでの期間について所定の判定条件が満たされるか否かの判断手順について説明するフローチャートである。 指令回転数を決定する処理について説明するフローチャートである。 指令回転数決定処理について説明するフローチャートである。 同期モータの起動時の第１の動作例を示すタイミングチャートである。 同期モータの起動時の第２の動作例を示すタイミングチャートである。 同期モータの起動時の第３の動作例を示すタイミングチャートである。 同期モータの起動時の第４の動作例を示すタイミングチャートである。 同期モータの起動時の第５の動作例を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施の形態におけるモータ駆動制御装置について説明する。

［実施の形態］

図１は、本発明の実施の形態の１つにおけるモータ駆動制御装置１の構成を示す図である。

図１に示されるように、モータ駆動制御装置１は、制御回路部３と、位置検出器５と、モータ駆動部９とを備える。モータ駆動制御装置１は、同期モータ（モータの一例）１０に駆動電力を供給し、同期モータ１０を駆動させる。なお、本実施の形態における同期モータ１０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗを有する３相モータである。

位置検出器５は、同期モータ１０の複数相のうちいずれか１相に対応し、同期モータ１０のロータの位置に対応して位相が変化する位置信号を出力する。具体的には、位置検出器５は、例えば、ホール素子やホールＩＣなどの磁気センサであり、位置信号としてホール信号が出力される。位置検出器５から出力される位置信号は、制御回路部３に入力される。位置検出器５は、同期モータ１０の１箇所においてロータの位置を検出し、位置信号を出力する。例えば、位置検出器５は、Ｕ相のコイルＬｕに対して１つが設けられている。位置信号は、ロータが１回転する間に、所定の位置をロータが通過したとき（ロータが第１の回転位置になったとき）にローからハイになり（立上り；立上りエッジ）、それとは別の所定の位置をロータが通過したとき（ロータが第２の回転位置になったとき）にハイからローに戻る（立下り；立下りエッジ）。位置信号は、ロータの回転に応じて周期的にハイ、ローとなる信号である。位置検出器５は、同期モータ１０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれか１相に対応している。すなわち、第１の回転位置と第２の回転位置は、同期モータ１０のいずれか１相に対応する位置である。位置信号は、ロータの位置に応じて、すなわち同期モータ１０のいずれか１相とロータとの位置関係に応じて、位相が変化する信号である。なお、位置信号として、周期的にハイ、ローを繰り返す信号が直接位置検出器５から出力されてもよいし、位置検出器５から出力されたアナログの位置信号が制御回路部３に入力された後に、周期的にハイ、ローとなる信号に変換されるようにしてもよい（以下の説明において、このようにアナログの位置信号が変換された後の信号も位置信号と呼ぶ）。

本実施の形態において、１つの位置検出器５のみが設けられている。すなわち、同期モータ１０のうち１箇所のみで検出された位置信号が制御回路部３に入力される。なお、複数の相のそれぞれに対応する複数の位置検出器５が設けられており、そのうち１箇所の位置検出器５のみから出力された位置信号が制御回路部３に入力されて用いられるようにしてもよい。すなわち、本実施の形態においては、１つの位置検出器５から出力された位置信号が制御回路部３に入力される。モータ駆動制御装置１は、ロータの位置を検出するための位置検出器５を１つのみ使用する１センサ方式で、同期モータ１０を駆動する。

モータ駆動部９は、同期モータ１０の複数相のコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗを選択的に通電する。モータ駆動部９は、インバータ回路２と、プリドライブ回路４とを有している。モータ駆動部９には、制御回路部３から出力される駆動制御信号Ｃ１が入力される。

インバータ回路２は、プリドライブ回路４から出力される６種類の駆動信号Ｒ１−Ｒ６に基づいて同期モータ１０の３相のコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗを選択的に通電し、同期モータ１０の回転を制御する。

本実施の形態において、インバータ回路２は、同期モータ１０のコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗのそれぞれに駆動電流を供給するための６個のスイッチング素子Ｑ１−Ｑ６を備えている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５は、直流電源Ｖｃｃの正極側に配置されたＰチャンネルのＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）からなるハイサイドスイッチング素子である。スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６は、直流電源Ｖｃｃの負極側に配置されたＮチャンネルのＭＯＳＦＥＴからなるローサイドスイッチング素子である。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の組み合わせ、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の組み合わせ、及びスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の組み合わせのそれぞれにおいて、２つのスイッチング素子が直列に接続されている。そして、これらの３組の直列回路が並列に接続されて、ブリッジ回路が構成されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点がＵ相のコイルＬｕに接続され、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続点がＶ相のコイルＬｖに接続され、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の接続点がＷ相のコイルＬｗに接続されている。

プリドライブ回路４は、インバータ回路２の６個のスイッチング素子Ｑ１−Ｑ６のそれぞれのゲート端子に接続される複数の出力端子を備えている。各出力端子から駆動信号Ｒ１−Ｒ６を出力して、スイッチング素子Ｑ１−Ｑ６のオン／オフ動作を制御する。制御回路部３から出力される駆動制御信号Ｃ１は、プリドライブ回路４に入力される。プリドライブ回路４は、駆動制御信号Ｃ１に基づいて、駆動信号Ｒ１−Ｒ６を出力することにより、インバータ回路２を動作させる。すなわち、インバータ回路２は、駆動制御信号Ｃ１に基づいて、同期モータ１０の各相のコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに選択的に通電する。

制御回路部３は、後述のように内部で決定した指令回転数に基づいて生成した駆動制御信号Ｃ１をモータ駆動部９に出力することにより、モータ駆動部９の動作を制御する。制御回路部３は、モータ駆動部９に駆動制御信号Ｃ１を出力することにより、複数相のコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの通電相を所定の順序で切り替える。制御回路部３は、例えば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、マイクロコンピュータなどのプログラマブルデバイスを用いて構成することができるが、これに限られるものではない。詳細は後述するが、制御回路部３は、同期モータ１０の起動を開始するとき、位置信号に基づいて求めた実回転数に応じて指令回転数を決定するとともに、所定の期間中に、所定の判定条件に基づいて同期モータ１０が異常状態であるか否かを判定し、同期モータ１０が異常状態であると判定したとき、駆動制御信号Ｃ１をモータ駆動部９に出力することによりモータ１０を停止させる制御を行う。

制御回路部３は、回転数監視部３１と、電流監視部３２と、回転数制御部３３と、状態判定部３４と、モータ制御部３５とを有している。

回転数監視部３１には、位置検出器５から出力される位置信号が入力される。回転数監視部３１は、位置信号に基づいて実回転数情報Ｓ１を出力する。実回転数情報Ｓ１は、同期モータ１０の実際の回転数に対応する実回転数を表す。

電流監視部３２は、同期モータ１０に流れる電流を監視してモータ電流情報Ｓ２を出力する。モータ電流情報Ｓ２は、同期モータ１０のコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流れるコイル電流の大きさを表す。

回転数制御部３３は、判定情報Ｓ５と、実回転数情報Ｓ１とに基づいて、駆動指令信号Ｓｃを生成して出力する。回転数制御部３３には、実回転数情報Ｓ１が入力される。また、回転数制御部３３には、モータ電流情報Ｓ２が入力される。また、回転数制御部３３には、外部から入力指令回転数Ｓｓが入力される。回転数制御部３３は、状態判定部３４に、同期モータ１０についての状態情報Ｓ３を出力する。状態情報Ｓ３には、例えば、実回転数情報Ｓ１と、モータ電流情報Ｓ２と、駆動指令信号Ｓｃとが含まれる。回転数制御部３３には、状態判定部３４から出力された計時情報Ｓ４と判定情報Ｓ５とが入力される。

状態判定部３４は、状態情報Ｓ３に基づいて、同期モータ１０が異常状態であるか否かを判定し、判定情報Ｓ５を出力する。状態判定部３４には、回転数制御部３３から出力された状態情報Ｓ３が入力される。状態判定部３４には、過電流状態を判定するための過電流閾値（第１電流閾値、第２電流閾値、第３電流閾値）や、回転数について判定を行うための回転数閾値（第１回転数閾値、第２回転数閾値）が設定されている。状態判定部３４は、例えば、クロック信号等を計数することにより計時を行うことができる。状態判定部３４は、後述のようにして同期モータ１０が異常状態であるか否かを判定する。そして、判定結果に対応する判定情報Ｓ５と、計時情報Ｓ４とを出力する。

モータ制御部３５は、駆動指令信号Ｓｃに基づいて駆動制御信号Ｃ１を出力する。すなわち、モータ制御部３５は、駆動指令信号Ｓｃに基づいて駆動制御信号Ｃ１を生成し、生成した駆動制御信号Ｃ１をモータ駆動部９のプリドライブ回路４に出力する。

次に、モータ駆動制御装置１の動作について説明する。同期モータ１０の起動時において、モータ駆動制御装置１は、大まかに、通電タイミング調整を行った後、１センサ駆動を行って通常駆動へと移行する。

モータ駆動制御装置１は、同期モータ１０の起動時において、同期モータ１０の強制転流を行う。この同期モータ１０の起動時に、モータ駆動制御装置１は、通電タイミング調整を行う。すなわち、制御回路部３は、同期モータ１０の起動時に、位置信号に基づいて通電相を調整することにより、位置信号の位相の変化タイミングと通電相とを適合させる。すなわち、制御回路部３は、同期モータ１０のロータの回転と各通電相の通電タイミングとの同期をとる。そして、モータ駆動制御装置１は、１センサ駆動（１センサ方式による同期モータ１０の通常駆動）を行う。すなわち、制御回路部３は、位置信号の周期に応じて駆動制御信号Ｃ１を出力する（通常駆動を開始する）。これにより、制御回路部３は、モータ駆動部９により通電されるコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの通電相を、所定の順序で切り替える。

ここで、本実施の形態において、制御回路部３は、同期モータ１０の起動を開始するとき、後述するように、位置信号に基づいて求めた実回転数に応じて、指令回転数を決定する処理を行う。また、制御回路部３は、所定の判定条件に基づいて、同期モータ１０が異常状態であるか否かを判定する処理を行う。制御回路部３は、同期モータ１０が異常状態であると判定したとき、駆動制御信号Ｃ１をモータ駆動部９に出力することにより、同期モータ１０を停止させる制御を行う。

なお、本実施の形態において、異常状態とは、同期モータ１０の起動成功時の回転方向とは逆の方向にロータが回転する逆回転状態を含む。

また、異常状態とは、同期モータ１０がハンチング状態である状態を含むようにすることも可能である。ハンチング状態は、モータを駆動させるための駆動指令がある場合において、モータのロータが特定の回転位置より先には回転しないまま、特定の回転位置とその手前の位置との間で往復回転動作を繰り返し、モータが完全に停止するには至らなくなった状態をいう。例えば、モータによりファン等の被駆動体を回転させる場合において、被駆動体が、順方向に回転して特定の回転位置まで来たときに障害物などに当たり、その反動でわずかに逆回転し、再びモータの駆動力により障害物などに当たるまで順方向に回転することを繰り返すような場合に、ハンチング状態となる。

すなわち、本実施の形態において、制御回路部３は、所定の判定条件に基づいて、同期モータ１０がハンチング状態又は逆回転状態であるか否かを判定する。同期モータ１０がハンチング状態又は逆回転状態であると判定したとき、制御回路部３は、同期モータ１０を停止させる。回転数制御部３３が通電停止指令を行うための駆動指令信号Ｓｃを出力することにより、モータ制御部３５が、駆動制御信号Ｃ１をモータ駆動部９に出力する。なお、本実施の形態において、異常状態は、少なくともロータの逆回転状態を含むものであるが、ハンチング状態を検出対象として含めるか否かは特に限定しない。

本実施の形態において、所定の判定条件は、同期モータ１０に流れる電流の大きさに関する条件を含む。具体的には、所定の判定条件は、同期モータ１０が過電流状態であるか否かを含む。

また、所定の判定条件は、所定の期間における実回転数の大きさに関する条件を含む。具体的には、所定の判定条件は、所定の期間に実回転数が第１回転数閾値未満であるか否かを含む。所定の期間は、例えば、第１のタイミングＴ１（同期モータ１０の起動を開始してから第１所定時間が経過したタイミング）から第２のタイミングＴ２（同期モータ１０の起動を開始してから第１所定時間が経過し、さらに第２所定時間が経過したタイミング）までの期間である。すなわち、所定の判定条件は、第１のタイミングＴ１から第２のタイミングＴ２までに、実回転数が第１回転数閾値未満であるか否かを含む。

制御回路部３において、状態判定部３４は、第１のタイミングＴ１から第２のタイミングＴ２までの期間（所定の期間の一例）について、同期モータ１０が過電流状態であり、かつ、同期モータ１０の実回転数が所定値未満（第１回転数閾値未満）であるとき、同期モータ１０が異常状態であると判定する。すなわち、制御回路部３は、所定の期間において、同期モータ１０が過電流状態であり、かつ、同期モータ１０の実回転数が所定値未満であるとき、所定の判定条件が満たされた（所定の停止条件が成立した）と判定する。制御回路部３は、このように同期モータ１０が過電流状態であり、かつ、同期モータ１０の実回転数が所定値未満であるとき、同期モータ１０を停止させる制御を行う。

同期モータ１０が過電流状態であるか否かは、次のようにして判定される。制御回路部３は、同期モータ１０の起動を開始してから第１のタイミングＴ１の前まで、同期モータ１０に流れる電流と、第１電流閾値との比較結果に基づいて同期モータ１０が過電流状態であるか否かを判定する。また、制御回路部３は、第１のタイミングＴ１から、同期モータ１０に流れる電流と、第１電流閾値よりも小さい第２電流閾値との比較結果に基づいて同期モータ１０が過電流状態であるか否かを判定する。この場合、具体的には、制御回路部３は、第１のタイミングＴ１から第２のタイミングＴ２まで、同期モータ１０に流れる電流と第２電流閾値との比較結果に基づいて同期モータ１０が過電流状態であるか否かを判定する。制御回路部３は、第２のタイミングＴ２より後においては、同期モータ１０に流れる電流と第２電流閾値よりも大きい第３電流閾値との比較結果に基づいて同期モータ１０が過電流状態であるか否かを判定する。これらの判定は、例えば状態判定部３４によって行われる。

本実施の形態においては、第１のタイミングＴ１から第２のタイミングＴ２までの期間に、状態判定部３４は、同期モータ１０に流れる電流が第２電流閾値に到達した回数が所定の回数よりも多いとき、同期モータ１０が過電流状態であると判定する。状態判定部３４は、同期モータ１０に流れる電流が第２電流閾値に到達した回数を過電流カウンタによってカウントし、上記の判定を行う。換言すると、第１のタイミングＴ１から第２のタイミングＴ２までの期間においては、状態判定部３４は、同期モータ１０に流れる電流が第２電流閾値に到達しても、必ずしも過電流状態であるとは判定しない。

図２は、同期モータ１０の起動時に行われる制御回路部３の動作を説明するフローチャートである。

図２に示されるように、制御回路部３において、状態判定部３４は、同期モータ１０の起動が開始されると、ステップＳ１１において、第１のタイミングＴ１の計時を行うためのカウントを開始する。

ステップＳ１２において、状態判定部３４は、カウントを開始してから第１所定時間が経過したか否かを判断する。すなわち、同期モータ１０の起動を開始してから第１所定時間が経過したか否か（第１のタイミングＴ１が到来したか否か）を判断する。第１所定時間が経過した場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１３に進む。第１所定時間が経過していない場合（ＮＯ）、ステップＳ１２の動作を一定周期毎に繰り返す。

なお、第１のタイミングＴ１が到来するまでに、同期モータ１０に流れる電流が第１電流閾値に到達した場合には、状態判定部３４は、同期モータ１０が過電流状態であると判定する。この場合、状態判定部３４は、同期モータ１０が異常状態であると判定する。これにより、制御回路部３によって、同期モータ１０への通電を停止させる制御が行われる。

ステップＳ１３において、状態判定部３４は、第１のタイミングＴ１から第２のタイミングＴ２までの期間（所定の期間）において、過電流状態の判定を行うための過電流閾値の設定を行う。すなわち、本実施の形態においては、第１電流閾値から、第１電流閾値よりも低い第２電流閾値に、過電流閾値を変更する。

ステップＳ１４において、状態判定部３４は、第２のタイミングＴ２の計時を行うためのカウントを開始する。

ステップＳ１５において、状態判定部３４は、同期モータ１０に流れる電流が第２電流閾値に到達したか否かを判断する。電流が第２電流閾値に到達した場合には、ステップＳ１６に進み、到達していない場合には、ステップＳ１７に進む。

ステップＳ１６において、状態判定部３４は、過電流カウンタをインクリメントする（過電流カウンタアップ）。なお、このとき、制御回路部３は、モータへの通電を一時的に停止させる。

ステップＳ１７において、状態判定部３４は、計時カウントを開始してから第２所定時間が経過したか否かを判断する。すなわち、同期モータ１０の起動を開始してから第１所定時間が経過し、さらに第２所定時間が経過したか否か（第２のタイミングＴ２が到来したか否か）を判断する。第２所定時間が経過した場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１８に進む。第２所定時間が経過していない場合（ＮＯ）、モータへの通電を行ってステップＳ１５からの処理を行う。ステップＳ１５からの処理は、例えば、一定周期（例えば２ミリ秒）毎に行われればよい。

ステップＳ１８において、状態判定部３４は、第２のタイミングＴ２より後における過電流閾値（第３電流閾値）を設定する。第３電流閾値は、同期モータ１０が定常駆動している状態を想定した過電流閾値として、第２電流閾値よりも大きい値に設定される。なお、本実施の形態においては、第３電流閾値は、具体例として、元の第１電流閾値と同じ値となるように変更している（図６及び以降の図参照）。ただし、第３電流閾値は、必ずしも、第１電流閾値と同じである必要はない。なお、ステップＳ１８の処理は、この順番に限られず、ステップＳ２０，Ｓ２１の後に行われるようにしてもよい。

ステップＳ１９において、状態判定部３４は、後述するように、第１のタイミングＴ１から第２のタイミングＴ２までの期間について、所定の判定条件が満たされるか否か、すなわち所定の停止条件が成立するか否かを判断する。判定条件が成立したときには、状態判定部３４から判定結果に対応する判定情報Ｓ５が出力され、ステップＳ２０に進む。他方、判定条件が成立していないときには、その旨の判定情報Ｓ５が出力され、ステップＳ２１に進む。

ステップＳ２０において、回転数制御部３３には、状態判定部３４から出力された、判定条件が成立したことに対応する判定情報Ｓ５が入力される。そうすると、回転数制御部３３は、同期モータ１０への通電が停止されるように、駆動指令信号Ｓｃを出力する。これにより、モータ制御部３５から駆動制御信号Ｃ１が出力され、同期モータ１０の駆動が停止される。

ステップＳ２１において、回転数制御部３３は、同期モータ１０への通電が行われるように、後述のようにして決定した指令回転数と実回転数とに基づいて、駆動指令信号Ｓｃを出力する。

なお、ステップＳ２１の動作が行われ、その後同期モータ１０の駆動が継続して行われるとき、同期モータ１０に流れる電流が第３電流閾値（本実施の形態では、第１電流閾値と同じ値）に到達した場合には、状態判定部３４は、同期モータ１０が過電流状態であると判定する。

図３は、第１のタイミングＴ１から第２のタイミングＴ２までの期間について所定の判定条件が満たされるか否かの判断手順について説明するフローチャートである。

ステップＳ３１において、状態判定部３４は、過電流カウンタが所定値（例えば１以上の整数）以上であるか否かを判断する。過電流カウンタが所定値以上であれば、ステップＳ３２に進む。

ステップＳ３２において、状態判定部３４は、実回転数が所定の第１回転数閾値未満であるか否かを判断する。実回転数が第１回転数閾値未満であれば、ステップＳ３３に進む。

ステップＳ３３において、状態判定部３４は、判定条件が成立したと判定する。すなわち、状態判定部３４は、同期モータ１０が異常状態であると判定する。

他方、ステップＳ３１において過電流カウンタが所定値以上でないとき（ＮＯ）、又はステップＳ３２において回転数が第１回転数未満でないとき（ＮＯ）、ステップＳ３４において、状態判定部３４は、判定条件が不成立であると判断する。すなわち、状態判定部３４は、同期モータ１０が異常状態ではないと判定する。

このようにして第１のタイミングＴ１から第２のタイミングＴ２までの期間について判定条件が満たされるか否かの判断が状態判定部３４で行われることにより、図２のステップＳ１９のように判定が行われる。

本実施の形態においては、回転数制御部３３は、以下のようにして、位置信号に基づいて求めた実回転数に応じて、指令回転数を決定する処理を行う。すなわち、制御回路部３は、同期モータ１０の起動を開始するとき、同期モータ１０の実回転数が第２回転数閾値よりも小さいときには、指令回転数を制御回路部３に入力される入力指令回転数に決定する。また、同期モータ１０の実回転数が第２回転数閾値以上であるときには、指令回転数を予め設定された設定回転数に決定する。本実施の形態において、予め設定された設定回転数は、第２回転数閾値と同一であるが、これに限られるものではない。

図４は、指令回転数を決定する処理について説明するフローチャートである。

図４に示されるように、同期モータ１０の起動が開始されるとき、ステップＳ４１において、回転数制御部３３は、指令回転数決定処理を行う。これにより、指令回転数が、設定回転数以上に維持される。

図５は、指令回転数決定処理について説明するフローチャートである。

図５に示されるように、ステップＳ５１において、回転数制御部３３は、同期モータ１０の実回転数が、第２回転数閾値（本実施の形態においては、設定回転数）以上であるか否かを判断する。

ステップＳ５１において実回転数が設定回転数以上であるとき（ＹＥＳ）、ステップＳ５２において、回転数制御部３３は、指令回転数を制御回路部３に入力される入力指令回転数Ｓｓに決定する。

他方、ステップＳ５１において実回転数が設定回転数以上でないとき（ＮＯ）、ステップＳ５３において、回転数制御部３３は、指令回転数を予め設定された設定回転数に決定する。

このように指令回転数決定処理が行われることにより、指令回転数が設定回転数以上に維持される。

図４に戻って、ステップＳ４２において、後述のようにして回転数制御部３３は、状態判定部３４から出力される計時情報Ｓ４に基づき、第２のタイミングＴ２が到来したか否かを判断する。第２のタイミングＴ２が到来していないときには（ＮＯ）、ステップＳ４１の処理を行う。第２のタイミングＴ２が到来すると（ＹＥＳ）、ステップＳ４３の処理を行う。

ステップＳ４３において、回転数制御部３３は、指令回転数を制御回路部３に入力される入力指令回転数Ｓｓに決定する。すなわち、制御回路部３は、第２のタイミングＴ２において同期モータ１０が異常状態であると判定しなかったとき、その後は、指令回転数を制御回路部３に入力される入力指令回転数Ｓｓに決定してモータ駆動部９を制御する。

図６は、同期モータ１０の起動時の第１の動作例を示すタイミングチャートである。

図６及び以降の図においては、上から、過電流閾値、モータ電流、指令回転数、実回転数のそれぞれの推移が示されている。時刻ｔ０は同期モータ１０の起動開始時である。時刻ｔ１は、第１のタイミングＴ１すなわち時刻ｔ０から第１所定時間が経過した時刻である。時刻ｔ２は、すなわち第２のタイミングＴ２すなわち時刻ｔ１から第２所定時間が経過した時刻である。本実施の形態において、第１所定時間は、例えば１秒であり、第２所定時間は、例えば３秒である。第１所定時間や第２所定時間はこれに限られず、適宜設定することができる。

図６及び以降の図に示される動作例において、第１電流閾値は、例えば４アンペアであり、第２電流閾値は、例えば２アンペアである。第１電流閾値は、同期モータ１０の巻線やその周囲の部材等が過熱されて同期モータ１０が破損することがないような値に設定されている。また、先述したように、本実施の形態においては、第３電流閾値は、第１電流閾値と同じ値としている。第１回転数閾値は、例えば１４０００ｒｐｍ（回転／分）である。第２回転数閾値は、例えば２００００ｒｐｍである。入力指令回転数Ｓｓは、例えば１００００ｒｐｍであるとする。設定回転数は、例えば２００００ｒｐｍである。

なお、第１−３電流閾値や、設定回転数は、これらの値に限られず、適宜設定することができる。例えば、第１のタイミングＴ１から第２のタイミングＴ２までの期間において異常状態であるか否かを的確に判定することができるように、設定回転数を低すぎない値に設定し、また、第２電流閾値は、異常時に過電流と判定しやすい値に設定することができる。

図６に示される第１の動作例は、起動時の実回転数が第１回転数閾値未満であるが、異常状態とは判定されない場合の例である。時刻ｔ０に起動が開始されると、入力指令回転数Ｓｓが設定回転数に満たないので、指令回転数を設定回転数に決定する。決定された指令回転数で回転するように、同期モータ１０が通電され、同期モータ１０が加速する。時刻ｔ１において、第１電流閾値から第２電流閾値に過電流閾値が下げられ、モータ電流が第２電流閾値に到達するか否かが判断される。時刻ｔ２になると、過電流閾値が、第２電流閾値から、第１電流閾値（第３電流閾値の一例）に戻される。時刻ｔ２において、状態判定部３４によって、所定の判定条件が満たされたか否かが判断される。この場合、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に（第１のタイミングＴ１から第２のタイミングＴ２までの間に）、実回転数が第１回転数閾値に達していないが、過電流は発生していない。そのため、判定条件が不成立であると判断され、異常状態であるとは判定されない。したがって、時刻ｔ２以降は、指令回転数を入力指令回転数Ｓｓに決定して、同期モータ１０が駆動される。

図７は、同期モータ１０の起動時の第２の動作例を示すタイミングチャートである。

第２の動作例は、起動時において第１のタイミングＴ１から第２のタイミングＴ２までの間に過電流が発生するが、異常状態であるとは判定されない場合の例である。図７に示されるように、時刻ｔ０に起動が開始されると、第１の動作例と同様に、同期モータ１０が通電され、同期モータ１０が加速する。時刻ｔ１において、第１電流閾値から第２電流閾値に過電流閾値が下げられ、モータ電流が第２電流閾値に到達するか否かが判断される。第２の動作例では、時刻ｔ２が到来するまでに、モータ電流が第２電流閾値に達し、過電流カウンタがインクリメントされる。時刻ｔ２が到来するまでに、モータ電流が第２電流閾値に達する度に、モータ電流の通電が一時停止されてモータ電流が若干下がった後に再度通電されることが繰り返される。モータ電流が第２電流閾値に達する度に、過電流カウンタがインクリメントされる。時刻ｔ２になると、過電流閾値が、第２電流閾値から、第１電流閾値（第３電流閾値の一例）に戻される。時刻ｔ２に、状態判定部３４により、所定の判定条件が満たされたか否かが判断される。この場合、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に、実回転数が第１回転数閾値に達し、第１回転数閾値を超えている。そのため、過電流状態であると判定さる場合であっても、判定条件が不成立であると判断され、異常状態であるとは判定されない。したがって、時刻ｔ２以降は、指令回転数を入力指令回転数Ｓｓに決定して、同期モータ１０が駆動される。

図８は、同期モータ１０の起動時の第３の動作例を示すタイミングチャートである。

第３の動作例は、起動時において第１のタイミングＴ１から第２のタイミングＴ２までの間に、過電流が発生せず、かつ、実回転数が第１回転数閾値に達しており、異常状態であるとは判定されない場合の例である。図８に示されるように、時刻ｔ０に起動が開始されると、第１の動作例と同様に、同期モータ１０が通電され、同期モータ１０が加速する。時刻ｔ１において、第１電流閾値から第２電流閾値に過電流閾値が下げられ、モータ電流が第２電流閾値に到達するか否かが判断される。時刻ｔ２になると、過電流閾値が、第２電流閾値から、第１電流閾値（第３電流閾値の一例）に戻される。時刻ｔ２に、状態判定部３４により、所定の判定条件が満たされたか否かが判断される。この場合、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に、過電流は発生していない。また、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に、実回転数が第１回転数閾値に達し、第１回転数閾値を超えている。そのため、判定条件が不成立であると判断され、異常状態であるとは判定されない。したがって、時刻ｔ２以降は、指令回転数を入力指令回転数Ｓｓに決定して、同期モータ１０が駆動される。

図９は、同期モータ１０の起動時の第４の動作例を示すタイミングチャートである。

第４の動作例は、起動時において第１のタイミングＴ１から第２のタイミングＴ２までの間に、過電流が所定回数以上発生し、かつ、実回転数が第１回転数閾値に達しておらず、異常状態であると判定される場合の例である。図９に示されるように、時刻ｔ０に起動が開始されると、第１の動作例と同様に、同期モータ１０が通電され、同期モータ１０が加速する。時刻ｔ１において、第１電流閾値から第２電流閾値に過電流閾値が下げられ、モータ電流が第２電流閾値に到達するか否かが判断される。第４の動作例では、第２の動作例と同様に、時刻ｔ２が到来するまでに、モータ電流が第２電流閾値に達し、モータ電流が第２電流閾値に達する度に、過電流カウンタがインクリメントされる。時刻ｔ２になると、過電流閾値が、第２電流閾値から、第１電流閾値（第３電流閾値の一例）に戻される。時刻ｔ２に、状態判定部３４により、所定の判定条件が満たされたか否かが判断される。この場合、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に、過電流が所定回数以上発生しており、過電流状態であると判定される。また、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に、実回転数が第１回転数閾値に達していない。そのため、判定条件が成立したと判断され、異常状態であると判定される。したがって、時刻ｔ２以降は、通電が行われず、モータ電流がゼロとなる。同期モータ１０は減速し、その後停止する。

以上説明したように、本実施の形態においては、同期モータ１０の起動時において、逆回転状態及びハンチング状態を含む異常状態を精度良く検出することができる。

第１のタイミングＴ１から第２のタイミングＴ２までの過電流状態を判定するための期間において、過電流閾値が通常の第１電流閾値から、それより低い第２電流閾値に変更される。したがって、通常とは異なる異常状態であることに起因する過電流状態が発生することを確実に検出することができる。

異常状態が判定される期間が開始される第１のタイミングＴ１の前に、第１所定期間が設けられている。第１所定期間は、同期モータ１０への通電開始直後の電流変動（オーバーシュートなど）があってもこの期間内に電流変動が収束するように設定されている。そのため、同期モータ１０への通電開始直後の電流変動があっても、第１のタイミングＴ１から第２のタイミングＴ２までの異常状態の判定期間にはその影響を受けず、安定した状態で正確に異常状態であるか否かを判定することが可能となる。

第２所定時間すなわち第１のタイミングＴ１から第２のタイミングＴ２までの期間（所定の期間の一例）内に第１電流閾値に到達した回数が所定回数以上となった場合に過電流状態と判定されるので、ノイズや一時的な外乱等の影響を受けにくく、高い判定精度で異常状態の判定が行われる。

異常状態であるか否かを判定するための所定の判定条件に、実回転数が第１回転数閾値未満であるか否かが含まれているので、判定の精度を高くすることができる。例えば同期モータ１０が起動開始時に逆回転をしている場合、実回転数が第１回転数閾値以上にならないため、これを異常状態であるとして判定できる。また、ハンチング状態であるとき、過電流状態と判定されやすく、かつ、実回転数が上がらずに第１回転数閾値以上にならないため、これを異常状態であるとして判定できる。

同期モータ１０が正転しているか逆転しているかを判断するためにコイル電圧を監視する必要がなくなるため、そのための回路を追加する必要がなくなる。したがって、モータ駆動制御装置１や同期モータ１０の小型化や部品点数削減を実現することができる。

本実施の形態においては、起動開始時に実回転数が第２回転数閾値以上のとき、指令回転数が第２回転数閾値以上の高い設定回転数に設定される。そのため、同期モータ１０が逆回転時で回転させられている場合、負荷が通常よりも大きくかかることとなり、多くの電流が流れる。そうすると、特に、所定の期間である、第１のタイミングＴ１から第２のタイミングＴ２までの期間において、過電流状態と判定されやすくなるため、異常状態であることを容易にかつ速やかに検出できる。同期モータ１０が起動開始時に正回転している場合は、負荷が小さくなるため、過電流制限にはかからない。

［その他］

モータ駆動制御装置は、上述の実施の形態やその変形例に示されるような回路構成に限定されない。本発明の目的に適合するように構成された、様々な回路構成が適用できる。

図１０は、同期モータ１０の起動時の第５の動作例を示すタイミングチャートである。

なお、指令回転数決定処理において、指令回転数を常に入力指令回転数Ｓｓと決定するようにしてもよい。この場合において、入力指令回転数Ｓｓが高いとき（本例では、２５０００ｒｐｍ）には、指令回転数を、あえて設定回転数に変更せずに、入力指令時回転数に決定するようにしてもよい。図１０に示されるように、この場合においても、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に、実回転数が第１回転数閾値に達しておらず、過電流状態であるとも判定されないときには、異常状態であるとは判定されない。したがって、時刻ｔ２以降も、指令回転数を入力指令回転数Ｓｓに決定して、同期モータ１０が駆動される。

また、他の変形例としては、第２所定期間中（第２のタイミングＴ２が到来するまでの期間）において、過電流の発生が所定回数カウントされ、過電流状態が成立した時点で、異常状態であるか否かの判定が行われるようにしてもよい。このとき、第２のタイミングＴ２が到来してから判定を行う場合よりも第１回転数閾値を低い回転数として、その時点における実回転数が第１回転数閾値以上であるかを判定するようにしてもよい。

また、位置検出器を配置する相は、限定されない。本実施の形態のモータ駆動制御装置により駆動されるモータは、３相のブラシレスモータに限定されず、２相以上の複数相のコイルを備える種々のモータであってもよい。また、例えばＦＧセンサ等によりモータの回転数を検出するモータなども、本実施の形態のモータ駆動制御装置の駆動制御対象とすることができる。

モータが過電流状態であることのみを所定の判定条件として、異常状態であるか否かが判定されるようにしてもよい。また、他の条件が加えられていてもよい。

過電流状態であるか否かを、過電流が発生した回数のカウントアップとカウントダウンとを組み合わせて判定するようにしてもよい。

上述のフローチャートなどは、動作を説明するための一例を示すものであって、これに限定されない。フローチャートの各図に示したステップは具体例であって、このフローに限定されるものではなく、例えば、各ステップの順番が変更されたり各ステップ間に他の処理が挿入されたりしてもよいし、処理を並列化してもよい。

上述の実施の形態における処理の一部又は全部が、ソフトウエアによって行われるようにしても、ハードウエア回路を用いて行われるようにしてもよい。例えば、制御回路部は、マイコンに限定されない。制御回路部の内部の構成は、少なくとも一部がソフトウエアで処理されるようにしてもよい。

上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ モータ駆動制御装置
２ インバータ回路
３ 制御回路部
４ プリドライブ回路
５ 位置検出器
９ モータ駆動部
１０ 同期モータ
３１ 回転数監視部
３２ 電流監視部
３３ 回転数制御部
３４ 状態判定部
３５ モータ制御部
Ｌｕ Ｕ相のコイル
Ｌｖ Ｖ相のコイル
Ｌｗ Ｗ相のコイル
Ｃ１ 駆動制御信号
Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５ ハイサイドスイッチング素子
Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６ ローサイドスイッチング素子
Ｓ１ 実回転数情報
Ｓ２ モータ電流情報
Ｓ３ 状態情報
Ｓ４ 計時情報
Ｓ５ 判定情報
Ｓｃ 駆動指令信号
Ｓｓ 入力指令回転数
Ｔ１ 第１のタイミング
Ｔ２ 第２のタイミング

Claims (11)

1. モータの複数相のコイルに選択的に通電するモータ駆動部と、
   内部で決定した指令回転数に基づいて生成した駆動制御信号を前記モータ駆動部に出力することにより、前記モータ駆動部の動作を制御する制御回路部と、
   前記複数相のうちいずれか１相に対応し、前記モータのロータの位置に対応して位相が変化する位置信号を出力する１つのみの位置検出器とを備え、
   前記制御回路部は、前記モータの起動を開始するとき、
   前記位置信号に基づいて求めた実回転数に応じて前記指令回転数を決定するとともに、
   所定の期間に、所定の判定条件に基づいて前記モータが異常状態であるか否かを判定し、
   前記モータが前記異常状態であると判定したとき、前記駆動制御信号を前記モータ駆動部に出力することにより前記モータを停止させる制御を行い、
   前記異常状態は、起動成功時の回転方向とは逆の方向に回転する逆回転状態を含み、
   前記所定の判定条件は、前記モータが過電流状態であることを含む、
   モータ駆動制御装置。
2. 前記異常状態は、ハンチング状態を含む、
   請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
3. 前記制御回路部は、
   前記モータの起動を開始してから第１の所定時間が経過した第１のタイミングの前まで、前記モータに流れる電流と第１電流閾値との比較結果に基づいて前記モータが過電流状態であるか否かを判定し、
   前記第１のタイミングから前記モータに流れる電流と前記第１電流閾値よりも小さい第２電流閾値との比較結果に基づいて前記モータが過電流状態であるか否かを判定する、
   請求項１または２に記載のモータ駆動制御装置。
4. 前記所定の期間が前記第１のタイミングから第２のタイミングまでの期間であって、前記制御回路部は、前記所定の期間に、前記モータに流れる電流と前記第２電流閾値との比較結果に基づいて前記モータが過電流状態であるか否かを判定する、
   請求項３に記載のモータ駆動制御装置。
5. 前記制御回路部は、前記所定の期間に、前記モータに流れる電流が前記第２電流閾値に到達した回数に基づいて前記モータが過電流状態であるか否かを判定する、
   請求項４に記載のモータ駆動制御装置。
6. 前記制御回路部は、前記第２のタイミングより後で、前記モータに流れる電流と前記第２電流閾値よりも大きい第３電流閾値との比較結果に基づいて前記モータが過電流状態であるか否かを判定する、
   請求項５に記載のモータ駆動制御装置。
7. 前記所定の判定条件は、前記所定の期間に前記実回転数が第１回転数閾値未満であるか否かを含む、
   請求項１から６のいずれか１項に記載のモータ駆動制御装置。
8. 前記制御回路部は、前記モータの起動を開始するとき、
   前記実回転数が第２回転数閾値よりも小さいときには、前記指令回転数を前記制御回路部に入力される入力指令回転数に決定し、
   前記実回転数が前記第２回転数閾値以上であるときには、前記指令回転数を予め設定された設定回転数に決定する、
   請求項１から７のいずれか１項に記載のモータ駆動制御装置。
9. 前記制御回路部は、前記モータが前記異常状態であると判定しなかったとき、前記指令回転数を前記制御回路部に入力される入力指令回転数に決定して前記モータ駆動部を制御する、
   請求項１から８のいずれか１項に記載のモータ駆動制御装置。
10. 前記制御回路部は、
    前記モータに流れる電流を監視してモータ電流情報を出力する電流監視部と、
    前記位置信号に基づいて実回転数情報を出力する回転数監視部と、
    前記モータ電流情報と前記実回転数情報とに基づいて、前記モータが異常状態であるか否かを判定し、判定情報を出力する状態判定部と、
    前記判定情報と、前記実回転数情報に応じて決定した前記指令回転数とに基づいて、駆動指令信号を生成して出力する回転数制御部と、
    前記駆動指令信号に基づいて前記駆動制御信号を出力するモータ制御部とを有する、
    請求項１から９のいずれか１項に記載のモータ駆動制御装置。
11. モータの複数相のコイルに選択的に通電するモータ駆動部と、
    内部で決定した指令回転数に基づいて生成した駆動制御信号を前記モータ駆動部に出力することにより、前記モータ駆動部の動作を制御する制御回路部と、
    前記複数相のうちいずれか１相に対応し、前記モータのロータの位置に対応して位相が変化する位置信号を出力する１つのみの位置検出器とを備えるモータ駆動制御装置を用いて前記モータの駆動を制御するモータ駆動制御方法であって、
    前記モータの起動を開始するとき、
    前記位置信号に基づいて求めた実回転数に応じて前記指令回転数を決定し、
    所定の期間に、所定の判定条件に基づいて前記モータが異常状態であるか否かを判定し、
    前記モータが前記異常状態であると判定したとき、前記駆動制御信号を前記モータ駆動部に出力することにより前記モータを停止させる制御を行い、
    前記異常状態は、起動成功時の回転方向とは逆の方向に回転する逆回転状態を含み、
    前記所定の判定条件は、前記モータが過電流状態であることを含む、
    モータ駆動制御方法。

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