JP6681366B2 - モータ駆動制御装置及びモータの駆動制御方法 - Google Patents

モータ駆動制御装置及びモータの駆動制御方法 Download PDF

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Description

この発明は、モータ駆動制御装置及びモータの駆動制御方法に関し、特に、複数相のコイルの通電パターンを順次切り替えるモータ駆動制御装置及びモータの駆動制御方法に関する。
複数のスイッチング素子を動作させることでモータの複数相のコイルに駆動電流を流してモータを駆動するモータ駆動制御装置がある。この種のモータ駆動制御装置では、モータに過大な負荷が加わったときなどにおいて、コイルに過大な電流が流れると、モータの故障が発生する可能性がある。これを防止するため、駆動電流が所定の大きさを超える過電流状態になったときに、スイッチング素子のオン・オフ動作を停止させて駆動電流の通電を一時的に停止させる電流制限動作が行われる。
ところで、過電流状態は、モータに過大な負荷が加わったときだけではなく、例えば一部のスイッチング素子が故障してショート状態になったときなどにも発生する場合がある。このようなモータ駆動制御装置の故障などによって過電流状態となる場合において、上記のような電流制限動作が行われても、過電流状態からの回復が期待できないことがある。しかしながら、従来、過大な負荷が加わったときなどに発生する過電流状態と、モータ駆動制御装置の故障などにより発生する過電流状態とは区別できないため、モータ駆動制御装置の故障によって、モータの駆動が異常状態になったときに、モータを停止させるなどの適切な異常対応動作を行うことができないという問題があった。
このような問題に関し、下記特許文献1には、スイッチング素子をオン・オフさせることによりブラシレスモータの駆動を制御するブラシレスモータ駆動装置において、電源ライン側のスイッチング素子に流れる電流とグランドライン側のスイッチング素子から流れる電流とがそれぞれ異常電流であることを検出し、各電流供給線又はブラシレスモータにショート故障が生じていることを検出すると共にそのショート故障の種類を判定することが開示されている。
特開2011−125113号公報
ところで、上記の特許文献1に記載されているような、各スイッチング素子について異常電流が流れることを検出するための構成を用いる場合には、モータ駆動制御装置の構成が複雑になり、モータ駆動制御装置の製造コストが高くなるという問題がある。
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、簡素な回路構成でモータの駆動が異常状態であることを判別することができるモータ駆動制御装置及びモータの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、電源に接続された複数のスイッチング素子を有し、モータの複数相のコイルに駆動電流を流すモータ駆動部と、複数のスイッチング素子を動作させる駆動制御信号をモータ駆動部に出力することにより、複数相のコイルの通電パターンを順次切り替える制御回路部と、駆動電流の大きさに対応する電圧値を検出する電流検出回路とを備え、制御回路部は、通電パターンの切り替えが行われる度に、電圧値に基づいて、駆動電流の大きさが所定の過電流閾値を超える過電流状態であるか否かを判定する第1判定手段と、複数の通電パターンについての第1判定手段の判定結果に基づいて、モータの駆動が異常状態であるか否かを判定する第2判定手段とを有する。
好ましくは、制御回路部は、複数相のコイルの通電パターンを所定の順序でひととおり切り替える1巡の切替制御を繰り返して行い、第2判定手段は、1巡の切替制御が行われる度に、1巡の切替制御が行われる間の第1判定手段の判定結果に基づいて、異常状態であるか否かを判定する。
好ましくは、第2判定手段は、1巡の切替制御が行われた場合において、1巡の切替制御が行われる間の第1判定手段によって、全ての通電パターンについて過電流状態であると判定されたとき、異常状態であると判定することを控える。
好ましくは、第2判定手段は、1巡の切替制御が行われる度に、1巡の切替制御が行われる間の第1判定手段の判定結果に基づく評価値と、それまでの評価値に基づいて算出された判定値とに基づいて、新たな判定値を算出し、新たな判定値と所定の異常判定閾値とを比較した結果に基づいて、異常状態であるか否かを判定する。
好ましくは、駆動制御信号は、PWM(パルス幅変調)信号を含み、第2判定手段は、PWM信号のデューティ比に基づいて、所定の異常判定閾値及び評価値の少なくとも一方を変更する。
好ましくは、制御回路部は、第2判定手段による判定結果に基づいて、モータの駆動を停止させる制御を行う駆動停止手段をさらに有する。
好ましくは、制御回路部は、モータの回転位置に応じて通電パターンを切り替えるための信号を出力する通電切替回路と、電流検出回路で検出された電圧値が入力され、過電流状態であるか否に対応する信号を出力する過電流検出回路と、過電流検出回路から出力された信号に基づいて異常状態であるか否かに対応する信号を出力する異常検出回路と、通電切替回路から出力された信号と異常検出回路から出力された信号とに基づいて、駆動制御信号を出力する制御信号生成回路とを有する。
この発明の他の局面に従うと、モータの駆動制御方法は、電源に接続された複数のスイッチング素子を有し、モータの複数相のコイルに駆動電流を流すモータ駆動部と、複数のスイッチング素子を動作させる駆動制御信号をモータ駆動部に出力することにより、複数相のコイルの通電パターンを順次切り替える制御回路部と、駆動電流の大きさに対応する電圧値を検出する電流検出回路とを備えるモータ駆動制御装置を用いてモータを駆動するモータの駆動制御方法であって、通電パターンの切り替えが行われる度に、電圧値に基づいて、駆動電流の大きさが所定の過電流閾値を超える過電流状態であるか否かを判定する第1判定ステップと、複数の通電パターンについての第1判定ステップの判定結果に基づいて、モータの駆動が異常状態であるか否かを判定する第2判定ステップとを有する。
これらの発明に従うと、簡素な回路構成でモータの駆動が異常状態であることを判別することができるモータ駆動制御装置及びモータの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回路構成を示す図である。 制御回路部の構成を示すブロック図である。 制御回路部の動作を示すフローチャートである。 通電切替回数管理処理を示すフローチャートである。 過電流検出処理を示すフローチャートである。 異常検出処理を示すフローチャートである。 スイッチング素子が故障したときに過電流状態となる通電パターンについて説明する表である。 W相のハイサイド(WH)のスイッチング素子が故障してショート状態となっている場合の電源電流の推移を説明する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の回路構成を示す図である。
図1に示すように、モータ駆動制御装置1は、モータ20に駆動電流を流し、モータ20を駆動させるように構成されている。本実施の形態において、モータ20は、例えば、U相、V相、W相のコイルLu,Lv,Lwを有する3相のブラシレスモータである。
モータ駆動制御装置1は、モータ20のロータの回転に対応する信号に基づいて、モータ20の各相のコイルLu,Lv,Lwに駆動電流を流すことで、モータ20を回転させる。
本実施の形態において、モータ20には、各相のコイルLu,Lv,Lwに対応して、ホール素子25u,25v,25wが配置されている。3つのホール素子25u,25v,25wは、例えば、互いに略等間隔(隣り合うものと120度の間隔で)でモータ20の回転子の回りに配置されている。ホール素子25u,25v,25wは、それぞれ、ロータの磁極を検出し、出力信号Hu,Hv,Hw(以下、ホール信号Hu,Hv,Hwということがある。)を出力する。ホール信号Hu,Hv,Hwは、モータ20のロータの回転に対応する信号である。ホール信号Hu,Hv,Hwに基づいて、ロータの回転位置を推定することができる。
モータ駆動制御装置1は、直流の電源Vccに接続された複数のスイッチング素子Q1−Q6を有し、モータ20の複数相のコイルLu,Lv,Lwに駆動電流を流すモータ駆動部2と、複数のスイッチング素子Q1−Q6を動作させる駆動制御信号Sdをモータ駆動部2に出力することにより、複数相のコイルLu,Lv,Lwの通電パターンを順次切り替える制御回路部4と、駆動電流の大きさに対応する電圧値を検出する電流検出回路6とを備えている。なお、図1に示されているモータ駆動制御装置1の構成要素は、全体の一部であり、モータ駆動制御装置1は、図1に示されたものに加えて、他の構成要素を有していてもよい。
本実施の形態において、モータ駆動制御装置1は、その全部がパッケージ化された集積回路装置(IC)である。なお、モータ駆動制御装置1の一部が1つの集積回路装置としてパッケージ化されていてもよいし、他の装置と一緒にモータ駆動制御装置1の全部又は一部がパッケージ化されて1つの集積回路装置が構成されていてもよい。
モータ駆動部2は、モータ20の複数相のコイルに選択的に通電する。モータ駆動部2は、インバータ回路2aと、プリドライブ回路2bとを有している。インバータ回路2aは、プリドライブ回路2bから出力される出力信号R1から出力信号R6に基づいてモータ20の各相のコイルLu,Lv,Lwを選択的に通電し、モータ20を回転させる。
本実施の形態において、インバータ回路2aは、モータ20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、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、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2bは、制御回路部4による制御に基づいて、インバータ回路2aを駆動するための出力信号を生成し、インバータ回路2aに出力する。プリドライブ回路2bは、インバータ回路2a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。プリドライブ回路2bは、制御回路部4から出力された駆動制御信号Sdに応じて、各出力端子から出力信号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。これらの出力信号R1−R6が出力されることで、それぞれの出力信号R1−R6に対応するスイッチング素子Q1−Q6がオン、オフ動作を行い、モータ20に駆動信号が出力されてモータ20の各相に電力が供給される。
本実施の形態において、制御回路部4には、ホール素子25u,25v,25wから出力されるホール信号Hu,Hv,Hwと、回転速度指令信号Scと、スタート信号Ssとが入力される。
ホール信号Hu,Hv,Hwは、モータ20から制御回路部4に入力される。制御回路部4は、ホール信号Hu,Hv,Hwを用いてモータ20のロータの実際の回転数に関する実回転数情報を得て、モータ20の駆動を制御する。また、制御回路部4は、ホール信号Hu,Hv,Hwを用いてモータ20のロータの回転位置を検出し、モータ20の駆動を制御する。
なお、制御回路部4には、このようなホール信号Hu,Hv,Hwに加えて、モータ20の回転状態に関する他の情報が入力されるように構成されていてもよい。例えば、モータ20の回転子の回転に対応するFG信号として、回転子の側にある基板に設けたコイルパターンを用いて生成される信号(パターンFG)が入力されるようにしてもよい。また、モータ20の各相(U、V、W相)に誘起する逆起電圧を検出する回転位置検出回路の検出結果に基づいてモータ20の回転状態が検知されるように構成されていてもよい。エンコーダやレゾルバなどを設け、それによりモータ20の回転速度等の情報が検出されるようにしてもよい。
回転速度指令信号Scは、例えば、制御回路部4の外部から入力される。回転速度指令信号Scは、モータ20の回転速度に関する信号である。例えば、回転速度指令信号Scは、モータ20の目標回転速度に対応するPWM(パルス幅変調)信号である。換言すると、回転速度指令信号Scは、モータ20の回転速度の目標値に対応する情報である。なお、回転速度指令信号Scとして、クロック信号が入力されてもよい。
スタート信号Ssは、例えば、制御回路部4の外部から入力される。スタート信号Ssは、モータ20の駆動制御を行うか、駆動制御を行わないスタンバイ状態となるかを設定するための信号である。
制御回路部4は、例えば、マイクロコンピュータやデジタル回路等で構成されている。制御回路部4は、モータ20を駆動させるための駆動制御信号Sdをモータ駆動部2に出力し、モータ20の回転制御を行う。制御回路部4は、複数のスイッチング素子Q1−Q6を動作させる駆動制御信号Sdをモータ駆動部2に出力することにより、複数相のコイルLu,Lv,Lwの通電パターンを順次切り替える。すなわち、制御回路部4は、ホール信号Hu,Hv,Hwと、回転速度指令信号Scと、スタート信号Ssとに基づいて、駆動制御信号Sdをプリドライブ回路2bに出力する。制御回路部4は、駆動制御信号Sdを出力することでモータ20の回転制御を行い、モータ20を回転速度指令信号Scに対応する回転数で回転させる。
モータ20は3相のコイルLu,Lv,Lwを有しているので、6つの通電パターンがある。すなわち、(1)ハイサイドU相及びローサイドV相の組合せの第1通電パターン、(2)ハイサイドU相及びローサイドW相の組合せの第2通電パターン、(3)ハイサイドV相及びローサイドW相の組合せの第3通電パターン、(4)ハイサイドV相及びローサイドU相の組合せの第4通電パターン、(5)ハイサイドW相及びローサイドU相の組合せの第5通電パターン、及び(6)ハイサイドW相及びローサイドV相の組合せの第6通電パターンがある。
モータ20を所定の方向に回転させるとき、制御回路部4は、6つの通電パターンの全てを所定の順序でひととおり切り替える1巡の切替制御を繰り返して行う。所定の順序は、例えば、第1通電パターン、第2通電パターン、第3通電パターン、第4通電パターン、第5通電パターン、及び第6通電パターンの順番である。
モータ20を上記の所定の方向とは逆の方向に回転させるとき、制御回路部4は、6つの通電パターンの全てを、第1通電パターンから第6通電パターンまでを、所定の順序とは逆の順序で(第6通電パターンから第1通電パターンまで遡る順序で)ひととおり切り替える1巡の切替制御を繰り返して行う。
電流検出回路6は、モータ20の駆動電流の大きさに対応する電圧値を検出する。本実施の形態では、電流検出回路6は、インバータ回路2aと接地電位(電源Vccの負極)との間に配置される電流検出抵抗を含んでおり、モータ20のコイル電流に対応する電圧値を検出する。すなわち、モータ20のコイルLu,Lv,Lwの各相に流れたコイル電流は、インバータ回路2aを通り、電流検出抵抗を通って、接地電位へ流れる。電流検出回路6は、電流検出抵抗の両端の電圧から、モータ20のコイル電流の大きさを電圧値として検出することができる。電流検出回路6は、検出結果である検出電圧信号(電圧値の一例)Vdを出力する。検出電圧信号Vdは、制御回路部4に入力される。
[制御回路部4の説明]
本実施の形態において、制御回路部4は、モータ20の駆動が異常状態であるか否かを判定する異常判定機能を有している。すなわち、制御回路部4は、通電パターンの切り替えが行われる度に、電流検出回路6で検出された電圧値に基づいて、モータ20の駆動電流の大きさが所定の過電流閾値を超える過電流状態(以下、単に、過電流状態ということもある)であるか否かを判定する(第1判定手段の一例)。そして、複数の通電パターンについての過電流状態であるか否かの判定結果に基づいて、モータ20の駆動が異常状態であるか否かを判定する(第2判定手段の一例)。換言すると、制御回路部4は、通電パターンの切り替えが行われる度に、電流検出回路6で検出された電圧値に基づいて、駆動電流の大きさが所定の過電流閾値を超える過電流状態であるか否かを判定する第1判定ステップと、複数の通電パターンについての過電流状態であるか否かの判定結果に基づいて、モータ20の駆動が異常状態であるか否かを判定する第2判定ステップとを有するモータの駆動制御方法を実行する。制御回路部4は、異常であるか否かの判定結果に基づいて、モータ20の駆動を停止させる制御を行う(駆動停止手段の一例)。以上のように、制御回路部4は、3相(複数相の一例)のコイルLu,Lv,Lwの6つの通電パターンを所定の順序でひととおり切り替える1巡の切替制御を繰り返して行い、第2判定手段は、1巡の切替制御が行われる度に、1巡の切替制御が行われる間の第1判定手段の判定結果に基づいて、モータ20の駆動が異常状態であるか否かを判定する。
図2は、制御回路部4の構成を示すブロック図である。
図2において、制御回路部4の構成、各回路間での信号や情報等の送受については、主に、異常判定機能に関する説明に係るものが示されている。ホール素子25u,25v,25wについては、1つのホール素子25として簡略化されて示されている。
図2に示されるように、制御回路部4は、速度制御回路31と、通電切替回路32と、過電流検出回路(第1判定手段の一例)33と、異常検出回路(第2判定手段の一例)34と、制御信号生成回路(駆動停止手段の一例)35とを含む。
速度制御回路31には、回転速度指令信号Scが入力される。速度制御回路31は、回転速度指令信号Scに基づいて、モータ20が回転速度指令信号Scに対応する回転数で回転するように回転速度信号S1を出力する。速度制御回路31は、制御回路部4に入力されたホール信号Hu,Hv,Hwに基づいて得られるモータ20のロータの実際の回転数に関する実回転数情報(図示せず)に基づいて、回転速度信号S1を出力する。
通電切替回路32には、ホール信号Hu,Hv,Hwが入力される。通電切替回路32は、モータ20の回転位置に応じて通電パターンを切り替えるための通電切替指示信号S2を出力する。すなわち、通電切替回路32は、通電切替指示信号S2を出力することで通電パターンの切替制御を行う。通電切替指示信号S2は、例えば、ホール信号Hu,Hv,Hwの出力がハイとローとに互いに切り替わるタイミングが判別可能な信号であるが、これに限られるものではない。
過電流検出回路33は、第1判定手段として、通電パターンの切り替えが行われる度に、電流検出回路6で検出された電圧値に基づいて、駆動電流の大きさが所定の過電流閾値を超える過電流状態であるか否かを判定する。過電流検出回路33には、電流検出回路6で検出された電圧値が入力される。過電流検出回路33は、モータ20の駆動電流の大きさが所定の過電流閾値を超える過電流状態であるか否に基づいて生成される過電流検出信号S3を出力する。具体的には、過電流検出回路33には、電流検出回路6の検出電圧信号Vdが、電流検出抵抗を用いて入力される。過電流検出回路33は、例えば、コンパレータ等を含む電圧比較回路を用いて検出電圧信号Vdを所定の過電流閾値と比較して、駆動電流の大きさが過電流閾値を超える過電流状態であるか否かを判定できる。また、過電流検出回路33には、通電切替指示信号S2が入力される。過電流検出回路33は、後述のように、通電切替回数管理処理と、過電流検出処理とを行う。過電流検出回路33は、通電切替指示信号S2に基づいて通電回数値C1を生成する。また、過電流検出回路33は、過電流状態であるか否に基づいて過電流検出値N1を生成する。過電流検出回路33は、過電流検出値N1と通電回数値C1とを、過電流検出信号S3として出力する。
異常検出回路34は、第2判定手段として、1巡の切替制御が行われる度に、1巡の切替制御が行われる間の過電流検出回路33の判定結果に基づいて、モータ20の駆動が異常状態であるか否かを判定する。異常検出回路34は、過電流検出回路33から出力された信号に基づいて、モータ20の駆動が異常状態(以下、単に、異常状態ということもある)であるか否かに対応する異常判定信号S4を出力する。異常検出回路34には、過電流検出回路33から出力された過電流検出信号S3が入力される。異常検出回路34は、過電流検出信号S3に含まれる過電流検出値N1と通電回数値C1とに基づいて、後述のようにして異常検出処理を行い、異常判定信号S4を出力する。
制御信号生成回路35は、速度制御回路31から出力された回転速度信号S1と、通電切替回路32から出力された通電切替指示信号S2と、異常検出回路34から出力された異常判定信号S4とに基づいて、駆動制御信号Sdを出力する。すなわち、異常検出回路34からモータ20の駆動が異常状態であることに対応する異常判定信号S4が出力されていないとき、制御信号生成回路35は、速度制御回路31から出力された回転速度信号S1に応じて駆動制御信号Sdを生成し、モータ駆動部2に出力する。このとき、制御信号生成回路35は、通電切替回路32から出力された通電切替指示信号S2に応じて駆動信号の通電パターンを順次切り替えて、駆動制御信号Sdを生成する。
本実施の形態において、駆動制御信号Sdは、PWM(パルス幅変調)信号である。駆動制御信号Sdのデューティ比を調整することにより、モータ20のトルクを調整することができる。
本実施の形態において、制御信号生成回路35は、駆動停止手段として、異常検出回路34による判定結果に基づいて、モータ20の駆動を停止させる制御を行う。すなわち、異常検出回路34からモータ20の駆動が異常状態であることに対応する異常判定信号S4が出力されると、制御信号生成回路35は、異常判定信号S4に応じて駆動制御信号Sdを出力し、異常対応動作を行う。例えば、制御信号生成回路35は、駆動停止手段として機能し、異常対応動作として、モータ20の駆動を停止させる。制御信号生成回路35は、例えば、駆動制御信号Sdを出力することで全てのスイッチング素子Q1−Q6をオフとして、モータ20の駆動を停止させることができる。
図3は、制御回路部4の動作を示すフローチャートである。
モータ駆動制御装置1が動作しているとき、制御回路部4は、以下の動作を行う。
図3に示されるように、ステップS11において、制御回路部4は、ホール信号Hu,Hv,Hwのハイとローとが切り替わったか否かを判断する。ホール信号Hu,Hv,Hwのハイとローとが切り替わったと判断されると、ステップS12において、制御回路部4は、通電パターンを切り替える。これにより、通電パターンが次の通電パターンに切り替えられる。すなわち、制御信号生成回路35は、通電切替回路32から出力される通電切替指示信号S2に基づいて、ホール信号Hu,Hv,Hwのハイとローとが切り替わったタイミングに応じて通電パターンを切り替えて、駆動制御信号Sdを出力する。
通電パターンの切り替えが行われると、その度に、少なくとも以下のステップS13からステップS15の処理が行われる。
ステップS13において、過電流検出回路33は、通電切替回数管理処理を行う。
ステップS14において、過電流検出回路33は、過電流検出処理を行う。
ステップS15において、異常検出回路34は、過電流検出回路33から出力された過電流検出信号S3に含まれる通電回数値C1に基づいて、6回通電済みであるか否かを判断する。
後述のように、通電回数値C1は1つの通電パターンでの通電が行われる度に加算されるカウンタである。通電回数値C1は、1巡の切替制御すなわち6回の通電パターンの切り替えが行われる度にゼロにリセットされる。異常検出回路34は、通電回数値C1が0から5のうち所定の値になったとき(例えば、C1=5となったとき)、6回通電済みである(YES)と判断する。通電回数値C1が所定の値以外である場合には、ステップS11の処理に戻る。
異常検出回路34は、ステップS15で6回通電済みであると判断すると(YES)、ステップS16及びステップS17の処理を行う。すなわち、異常検出回路34は、1巡の切替制御が行われる度に、モータ20の駆動が異常状態であるか否かを判定する処理を行う。
すなわち、ステップS16において、異常検出回路34は、異常検出処理を行う。
ステップS17において、異常検出回路34は、異常状態であるか否かを判断する。異常状態であるか否かは、後述のようにして異常検出回路34で異常フラグが立てられたか否か(異常フラグが1であるか否か)によって判断される。
ステップS17において異常状態でないと判断された場合には(NO)、ステップS11の処理に戻る。すなわち、異常検出回路34から異常状態であることに対応する異常判定信号S4が出力されなかったときには、引き続きモータ20の駆動が停止される。
ステップS17において異常状態であると判断された場合には(YES)、ステップS18に進む。ステップS18では、制御回路部4は、異常対応動作を行う。すなわち、異常検出回路34から異常状態であることに対応する異常判定信号S4が出力されると、制御信号生成回路35は、上述のように異常対応動作を行う。これにより、例えばモータ20の駆動が停止される。
図4は、通電切替回数管理処理を示すフローチャートである。
図4に示されるように、ステップS31において、過電流検出回路33は、通電回数値C1に1を加算する。
ステップS32において、過電流検出回路33は、通電回数値C1が5より大きいか否かを判断する。通電回数値C1が5より大きい場合には(YES)、ステップS33に進む。通電回数値C1が5より大きくない場合には(NO)、通電切替回数管理処理を終了する。
ステップS33において、過電流検出回路33は、通電回数値C1をゼロにリセットし、通電切替回数管理処理が終了する。
すなわち、本実施の形態において、通電回数値C1は、0,1,2,3,4,5のいずれかの値を取る。通電回数値C1は、通電パターンの切替制御が1回行われる度に1ずつインクリメントされ、6回の切替制御が行われる度に同一の値となる。1巡の切替制御が行われる度に、通電回数値C1のカウントが繰り返される。
図5は、過電流検出処理を示すフローチャートである。
過電流検出処理では、モータ20の駆動電流の大きさが所定の過電流閾値を超える過電流状態であるか否かの検出結果に従って、過電流検出値N1を計数する。過電流検出値N1は、過電流状態であるか否かの判定結果に基づいて増減されるカウンタである。なお、後述するように、過電流検出値N1は、1巡の切替制御が行われる度にゼロにリセットされる。
図5に示されるように、過電流検出回路33は、ステップS41において、過電流状態であるか否かを検出する。すなわち、過電流検出回路33は、検出電圧信号Vdが所定の過電流閾値を超えているか否かを判断し、超えている場合には、過電流状態であることを検出する。過電流状態ではない場合には(NO)、ステップS42に進み、過電流状態である場合には(YES)、ステップS43に進む。
ステップS42において、過電流検出回路33は、過電流検出値N1に1を加算する。
他方、ステップS43において、過電流検出回路33は、過電流検出値N1から1を減算する。
ステップS42又はステップS43の処理が行われると、過電流検出処理が終了する。計数された過電流検出値N1は、通電回数値C1と共に、過電流検出信号S3として異常検出回路34に出力される。図3に示されるように、異常検出回路34は、通電回数値C1の値に基づいて、6回通電が行われたか否か、すなわち1巡の切替制御が行われたか否かを判断できる(ステップS15)。1巡の切替制御が行われる度に(YES)、ステップS16の異常検出処理が行われる。
図6は、異常検出処理を示すフローチャートである。
異常検出処理では、1巡の切替制御が行われる間の過電流状態であるか否かの判定結果に基づいて、モータ20の駆動が異常状態であるか否かが判定される。本実施の形態では、1巡の切替制御が行われる間(6つの通電パターンがひととおり切り替えられる間)において、一部の通電パターンについて過電流状態であると判断されたことが継続した場合に、異常状態であると判定される。
異常検出回路34は、第2判定手段として、1巡の切替制御が行われる度に、1巡の切替制御が行われる間の過電流検出回路33の第1判定手段としての判定結果に基づく評価値と、それまでの評価値に基づいて算出された判定値とに基づいて、新たな判定値を算出し、新たな判定値と所定の異常判定閾値とを比較した結果に基づいて、モータ20の駆動が異常状態であるか否かを判定する。すなわち、過電流検出回路33における過電流検出処理では、1巡の切替制御が行われる間の全ての通電パターン(6つの通電パターン)について、過電流状態であるか否かが判定され、その判定結果が過電流検出値N1として出力される。すなわち、1巡の切替制御が行われて出力される過電流検出値N1は、1巡の切替制御が行われる間の過電流状態であるか否かの判定結果に対応する値である。本実施の形態においては、1巡の切替制御が行われる度に、過電流検出値N1に基づく評価値と、それまでの評価値に基づいて算出された判定値(以下、異常カウントG1ということがある)とに基づいて、新たな判定値(新たな異常カウントG1)が算出される。そして、新たな異常カウントG1と、所定の異常判別閾値とを比較した結果に基づいて、異常状態であるか否かが判定される。本実施の形態においては、異常カウントG1が所定の異常判別閾値を超えた場合に、異常状態であると判定される。
図6に示されるように、ステップS51において、異常検出回路34は、6回の通電パターンの通電中に、1回から5回だけ過電流状態であると判断されたか否かを判断する。
異常検出回路34は、過電流検出値N1の値に基づいて、この判断を行う。すなわち、1巡の切替制御が行われる間に6回連続して過電流状態であると判断されなかったとき(1巡の切替制御が行われる間の全ての通電パターンについて過電流状態であると判断されなかったとき)には、過電流検出値N1の値が「プラス6」となる。他方、1巡の切替制御が行われる間に6回連続して過電流状態であると判断されたとき(1巡の切替制御が行われる間の全ての通電パターンについて過電流状態であると判断されたとき)には、過電流検出値N1の値が「マイナス6」となる。そのため、ステップS51においては、異常検出回路34は、過電流検出値N1の値が「プラス6」ではないという条件と、過電流検出値N1の値が「マイナス6」ではないという条件とが、共に満たされるか否かを判断する。
6回の通電パターンの通電中に、1回から5回だけ過電流状態であると判断されなかった場合には(NO)、ステップS52に進む。ステップS52において、異常検出回路34は、異常カウントG1の値から、1(評価値の一例)を減算する。
他方、6回の通電パターンの通電中に、1回から5回だけ過電流状態であると判断された場合には(YES)、ステップS53に進む。ステップS53において、異常検出回路34は、異常カウントG1の値に、3(評価値の一例)を加算する。すなわち、異常検出回路34は、一部の通電パターンについて過電流状態であると判断された場合には、異常カウントG1の値に3を加算する。
本実施の形態において、一部の通電パターンについて過電流状態であると判断された場合に異常カウントG1に加算される評価値「3」は、そうでない場合に異常カウントG1から減算される評価値「1」よりも大きく重み付けされている。
ステップS54において、異常検出回路34は、過電流検出値N1をゼロにリセットする。これにより、次の1巡の切替制御についての過電流検出値N1の計数がゼロから開始される。
ステップS55において、異常検出回路34は、1巡の切替制御が行われる間に一部の通電パターンについて過電流状態であると判断されることが一定期間連続して発生したか否かを判断する。すなわち、異常検出回路34は、異常カウントG1の値を所定の異常判別閾値(例えば、300)より大きいか否かを判断する。
一部の通電パターンについて過電流状態であると判断されることが一定期間連続して発生したと判断された場合(すなわち、異常カウントG1の値が300よりも大きい場合)には(YES)、ステップS56に進む。
ステップS56において、異常検出回路34は、異常フラグを1にセットする(異常フラグを立てる)。そして、ステップS57において、異常検出回路34は、異常カウントG1をゼロにリセットし、異常検出処理が終了する。このように異常フラグが1にセットされて異常検出処理が終了すると、異常検出回路34は、図3に示されるように、異常状態であると判定する(ステップS17においてYES)。これにより、異常対応動作が行われる(ステップS18)。
他方、ステップS55において、一部の通電パターンについて過電流状態であると判断されることが一定期間連続して発生したと判断されなかった場合(すなわち、異常カウントG1の値が300よりも大きくない場合)には(NO)、異常検出処理を終了する。そのため、異常検出回路34は、異常状態であるとの判定を行わない。すなわち、異常検出回路34は、異常検出処理が開始されたときに過電流検出値N1の値が「プラス6」又は「マイナス6」であるときには、異常状態であると判定することを控える。換言すると、制御回路部4は、1巡の切替制御が行われた場合において、1巡の切替制御が行われる間の全ての通電パターンについて過電流状態であると判定されなかったとき、異常状態であると判定することを控える。また、制御回路部4は、1巡の切替制御が行われる間の全ての通電パターンについて過電流状態であると判定されたとき、異常状態であると判定することを控える。すなわち、異常検出回路34は、第2判定手段として、1巡の切替制御が行われた場合において、1巡の切替制御が行われる間の第1判定手段である過電流検出回路33によって、全ての通電パターンについて過電流状態であると判定されたとき、異常状態であると判定することを控える。
なお、この場合、次の1巡の切替制御が行われたときには、このときの異常カウントG1に対して、1巡の切替制御が行われる間の過電流検出処理の結果に応じて、所定値の加減算(3の加算又は1の減算)が行われる。
以上のように、制御回路部4が異常判定機能を有しているので、次のような異常状態が発生したとき、異常対応動作が行われる。
すなわち、モータ駆動制御装置1において、インバータ回路2aに設けられている6つのスイッチング素子Q1−Q6のうち、少なくともいずれかが故障して、ショート状態になることがある。このような故障が発生すると、6つの通電パターンのうち、故障したスイッチング素子Q1−Q6に対応する一部の通電パターンについてのみ、過電流状態が発生することがある。異常判定機能によれば、このような異常状態が発生したときに、異常状態が発生したと判定し、異常対応動作を行うことができる。
図7は、スイッチング素子Q1−Q6が故障したときに過電流状態となる通電パターンについて説明する表である。
図7において、スイッチング素子Q1−Q6のそれぞれが故障したときの、検出電圧信号Vdが正常となる通電パターン(○印)と、過電流状態となる通電パターン(△印又は×印)とが示されている。
過電流状態となる通電パターンには、正常となる通電パターン(○印)よりも急に電流が増加して過電流状態となるもの(△印)と、△印のときの通電パターンよりも急激な電流変化が発生して過電流状態となるもの(×印)とがある。すなわち、故障したスイッチング素子Q1−Q6がオンとなる通電パターンにおいては、○印のときの通電パターンよりも急に電流が増加して過電流状態となる(△印)。他方、故障したスイッチング素子Q1−Q6と同じ相で対をなすスイッチング素子がオンとなる通電パターンにおいては、電源Vccと接地電位とがショート状態となるため、△印のときの通電パターンよりも急激な電流変化が発生して過電流状態となる(×印)。
一例として、W相のハイサイド(WH)のスイッチング素子Q5が故障してショート状態となっている場合について説明する。
図8は、W相のハイサイド(WH)のスイッチング素子Q5が故障してショート状態となっている場合の電源電流の推移を説明するタイミングチャートである。
図8において、上段に、通電パターンと1相のホール信号の推移とが示され、中段に、正常時の駆動電流の波形例が模式的に示され、下段に、スイッチング素子Q5が故障しているときの駆動電流の波形例が模式的に示されている。
この場合、W相のスイッチング素子Q5,Q6がオン状態とならない(1)第1通電パターンと(4)第4通電パターンにおいては、過電流状態が発生しない。
故障しているスイッチング素子Q5が本来オン状態とされる(5)第5通電パターンと(6)第6通電パターンにおいては、(1)と(4)の通電パターンのときよりも急に駆動電流が上昇して過電流状態となる。
故障しているスイッチング素子Q5と対をなす、同じW相のローサイド(WL)のスイッチング素子Q6がオンとされる(2)第2通電パターンと(3)第3通電パターンにおいては、(5)と(6)の通電パターンのときよりも急激に駆動電流が上昇して過電流状態となる。
このように、スイッチング素子Q1−Q6のうち1つが故障した異常状態が発生したとき、1巡の切替制御が行われる間に、4つの通電パターンについて過電流状態であると判断される。このような周期的に過電流状態であると判断される状態が一定期間継続することにより、異常カウントG1の値が異常判別閾値を超える。そうすると、制御回路部4によりモータ20の駆動が異常状態であると判定され、異常対応動作が行われる。
以上説明したように、本実施の形態においては、モータ駆動制御回路1の故障などにより発生する過電流状態(モータ20の駆動が異常状態であること)を、過大な負荷などによって生じる過電流状態とは区別して判定することができる。したがって、モータ20の駆動が異常状態となったときに、適切に異常対応動作を行うことができる。例えば、モータ20の駆動を停止させることができるので、モータ駆動制御回路1について、修理や交換作業等を行うことができる。特別な回路を追加することなく、簡素な回路構成で、モータ20の駆動が異常状態であることを的確に判別することができる。したがって、モータ駆動制御装置1の製造コストを低くすることができる。
1巡の切替制御が行われる毎に、異常カウントG1の値に評価値の加減算が行われ、異常カウントG1の値に基づいて異常状態についての判定が行われる。そのため、例えば検出電圧信号Vdの大きさに乱れがあっても、異常状態であるとの判定が直ちに行われることはない。過電流状態が定期的に発生するような異常状態に陥った場合に、確実に異常状態であると判定することができる。
また、異常カウントG1の値に加減算される評価値は、上記のように重み付けされているので、間欠的に過電流状態が検出されるような場合においても、異常状態であると検出されやすくなる。そのため、異常状態に陥っている可能性が高い場合に、速やかに異常状態であると判定することができ、異常対応動作が行われるようになる。なお、異常カウントG1に加算される評価値や減算される評価値は、本実施の形態の値に限定されるものではなく、適宜、設定すればよい。また、場合によっては、重み付けをしないようにしてもよい。
1巡の切替制御が行われる間の全ての通電パターンについて過電流状態であると判定されたときには、異常カウントG1の値が加算されず、異常状態であると判定することが控えられる。したがって、スイッチング素子Q1−Q6の故障などの異常状態が発生したことを的確に検出して、必要な場合にのみモータの駆動を停止させることができる。モータ20に過大な負荷が加わったことにより過電流状態が発生する場合のように、モータ20の駆動を停止させる必要がない場合には、モータ20の駆動を停止させないようにすることができる。
なお、上記においては、主に特定のスイッチング素子Q1−Q6のショート故障が発生した場合を異常状態として説明したが、異常状態はこれに限られるものではない。例えば、脱調が発生し、本来の通電パターンとは異なる通電パターンで通電が行われて過電流状態が周期的に発生した場合や、通電パターンのばらつきが発生した場合などにも、これらを異常状態として検出されることにより、モータ20の駆動を停止させるなどの異常対応動作が実行される。
[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。
上述の実施の形態において、駆動制御信号Sdのデューティ比に基づいて、所定の異常判定閾値及び評価値の少なくとも一方を変更するようにしてもよい。すなわち、デューティ比が比較的小さい(オン時間が短い)場合には、過電流状態になりにくい。そのため、デューティ比が比較的小さい場合には、異常判定閾値を小さくしたり、異常カウントG1の値に加算される評価値を大きくしたりしてもよい。これにより、異常状態の発生に基づいて過電流状態が発生したときには速やかにそれを判定することができる。他方、デューティ比が比較的大きい場合には、駆動電流も比較的大きくなるため、過大な負荷が加わることなどにより過電流状態が発生しやすい。そのため、デューティ比が比較的大きい場合には、異常判定閾値を大きくしたり、異常カウントG1の値に加算される評価値を小さくしたりしてもよい。これにより、負荷の変動などによる影響を回避して、過大な負荷が加わり始めた時点で異常状態であると誤判定が行われることを防止することができる。
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、ブラシレスモータに限られず、他の種類のモータであってもよい。
また、モータの相数は、3相に限定されない。すなわち、通電パターンの数は、上述のものに限られない。また、考えられる通電パターン(通電される相の組み合わせ)のうち、一部の通電パターンのみが所定の順序で切り替えられてモータが駆動されるように構成されていてもよい。その場合、所定の順序で通電パターンがひととおり切り替えられる度に(1巡の切替制御が行われる度に)、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。
制御回路部に入力される回転速度指令信号は、モータ駆動制御装置の内部で生成されたものであってもよい。
ロータ位置検出方法、回転数検出方法は特に問わない。ホール素子とは異なる検出器を用いて、モータの位置検出信号が得られるようにしてもよい。例えば、ホールIC等を用いてもよい。また、例えば、ホール素子の数は、3個に限られない。1つのホール素子を用いて、いわゆるワンセンサ方式で駆動が行われてもよい。
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、制御部は、マイコンに限定されない。制御部の内部の構成は、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 モータ駆動部、2a インバータ回路、2b プリドライブ回路、4 制御回路部、6 電流検出回路、20 モータ、25(25u,25v,25w) ホール素子、31 速度制御回路、32 通電切替回路、33 過電流検出回路(第1判定手段の一例)、34 異常検出回路(第2判定手段の一例)、35 制御信号生成回路(駆動停止手段の一例)、Hu,Hv,Hw ホール信号、Lu,Lv,Lw コイル、Q1−Q6 スイッチング素子、Sc 回転速度指令信号、Sd 駆動制御信号、S1 回転速度信号、S2 通電切替指示信号、S3 過電流検出信号、S4 異常判定信号、Vcc 電源、Vd 検出電圧信号(電圧値の一例)、C1 通電回数値、N1 過電流検出値、R1−R6 出力信号

Claims (7)

  1. 電源に接続された複数のスイッチング素子を有し、モータの複数相のコイルに駆動電流を流すモータ駆動部と、
    前記複数のスイッチング素子を動作させる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、前記複数相のコイルの通電パターンを順次切り替える制御回路部と、
    前記駆動電流の大きさに対応する電圧値を検出する電流検出回路とを備え、
    前記制御回路部は、
    前記通電パターンの切り替えが行われる度に、前記電圧値に基づいて、前記駆動電流の大きさが所定の過電流閾値を超える過電流状態であるか否かを判定する第1判定手段と、
    複数の通電パターンについての前記第1判定手段の判定結果に基づいて、前記モータの駆動が異常状態であるか否かを判定する第2判定手段とを有
    前記制御回路部は、前記複数相のコイルの通電パターンを所定の順序でひととおり切り替える1巡の切替制御を繰り返して行い、
    前記第2判定手段は、前記1巡の切替制御が行われる度に、前記1巡の切替制御が行われる間の前記第1判定手段の判定結果に基づいて、前記異常状態であるか否かを判定する
    モータ駆動制御装置。
  2. 前記第2判定手段は、前記1巡の切替制御が行われた場合において、前記1巡の切替制御が行われる間の前記第1判定手段によって、全ての通電パターンについて前記過電流状態であると判定されたとき、前記異常状態であると判定することを控える、請求項に記載のモータ駆動制御装置。
  3. 前記第2判定手段は、前記1巡の切替制御が行われる度に、
    前記1巡の切替制御が行われる間の前記第1判定手段の判定結果に基づく評価値と、それまでの評価値に基づいて算出された判定値とに基づいて、新たな判定値を算出し、
    前記新たな判定値と所定の異常判定閾値とを比較した結果に基づいて、前記異常状態であるか否かを判定する、請求項1又は2に記載のモータ駆動制御装置。
  4. 前記駆動制御信号は、PWM(パルス幅変調)信号を含み、
    前記第2判定手段は、前記PWM信号のデューティ比に基づいて、前記所定の異常判定閾値及び前記評価値の少なくとも一方を変更する、請求項に記載のモータ駆動制御装置。
  5. 前記制御回路部は、前記第2判定手段による判定結果に基づいて、前記モータの駆動を停止させる制御を行う駆動停止手段をさらに有する、請求項1から4のいずれかに記載のモータ駆動制御装置。
  6. 電源に接続された複数のスイッチング素子を有し、モータの複数相のコイルに駆動電流を流すモータ駆動部と、
    前記複数のスイッチング素子を動作させる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、前記複数相のコイルの通電パターンを順次切り替える制御回路部と、
    前記駆動電流の大きさに対応する電圧値を検出する電流検出回路とを備え、
    前記制御回路部は、
    前記通電パターンの切り替えが行われる度に、前記電圧値に基づいて、前記駆動電流の大きさが所定の過電流閾値を超える過電流状態であるか否かを判定する第1判定手段と、
    複数の通電パターンについての前記第1判定手段の判定結果に基づいて、前記モータの駆動が異常状態であるか否かを判定する第2判定手段とを有し、
    前記制御回路部は、
    前記モータの回転位置に応じて前記通電パターンを切り替えるための信号を出力する通電切替回路と、
    前記電流検出回路で検出された電圧値が入力され、前記過電流状態であるか否に基づいて生成される信号を出力する過電流検出回路と、
    前記過電流検出回路から出力された信号に基づいて前記異常状態であるか否かに対応する信号を出力する異常検出回路と、
    前記通電切替回路から出力された信号と前記異常検出回路から出力された信号とに基づいて、前記駆動制御信号を出力する制御信号生成回路とを有する、
    モータ駆動制御装置。
  7. 電源に接続された複数のスイッチング素子を有し、モータの複数相のコイルに駆動電流を流すモータ駆動部と、
    前記複数のスイッチング素子を動作させる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、前記複数相のコイルの通電パターンを順次切り替える制御回路部と、
    前記駆動電流の大きさに対応する電圧値を検出する電流検出回路とを備えるモータ駆動制御装置を用いて前記モータを駆動するモータの駆動制御方法であって、
    前記通電パターンの切り替えが行われる度に、前記電圧値に基づいて、前記駆動電流の大きさが所定の過電流閾値を超える過電流状態であるか否かを判定する第1判定ステップと、
    複数の通電パターンについての前記第1判定ステップの判定結果に基づいて、前記モータの駆動が異常状態であるか否かを判定する第2判定ステップとを有
    前記制御回路部は、前記複数相のコイルの通電パターンを所定の順序でひととおり切り替える1巡の切替制御を繰り返して行い、
    前記第2判定ステップは、前記1巡の切替制御が行われる度に、前記1巡の切替制御が行われる間の前記第1判定ステップの判定結果に基づいて、前記異常状態であるか否かを判定する
    モータの駆動制御方法。
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