JP7120237B2 - モータ制御装置、センサレスブラシレスモータ、及び、送風装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置、センサレスブラシレスモータ、及び、送風装置に関する。

センサレスブラシレスモータは、ホール素子等の回転センサを有しない。このために、センサレスブラシレスモータにおいては、起動開始時にロータの回転位置を検出することができない。このために、起動時には、ロータの回転位置にかかわらず、予め定められた順序で切り替えられる複数の通電パターンに従ってモータコイルに電力を供給する強制転流が行われる。しかし、例えばロータの偏心によって、ロータとステータとの位置関係にばらつきが生じことがあり、また、ベアリングの劣化等の影響によって、ロータの静止摩擦が大きくなり、強制転流によってロータが正常起動に達しないことがある。

日本国公開公報２０１５－１５７８８号公報には、ブラシレスモータの制御装置において、強制転流時に、より確実にロータを回転させる技術が開示される。当該ブラシレスモータの制御装置が備えるマイコンは、強制転流において、１セットの通電動作内に時間経過とともにブラシレスモータの出力トルクが増大するようにデューティ比（ブラシレスモータの印加電圧）を大きくさせる。これにより、ロータの静止摩擦が大きい場合であっても、デューティ比が大きくなることで、より確実にブラシレスモータのロータを回転させることが可能となる。

日本国公開公報特開２０１５－１５７８８号公報の構成では、大きなデューティ比でコイルに通電する時間が長くなる可能性がある。大きなデューティ比でコイルに通電する時間が長くなると、ロータの振動が大きくなり易い。すなわち、モータの起動時に発生する振動が大きくなる可能性がある。

本発明は、センサレスブラシレスモータの起動時に発生する振動を抑制することができる技術を提供することを目的とする。

本発明の例示的なモータ制御装置は、複数の磁極を有するマグネットを含むロータと、複数相のコイルを含むステータと、を有するセンサレスブラシレスモータの回転を制御するモータ制御装置であって、所定の順序で切り替えられる複数の通電パターンに従って前記コイルに電力を供給する処理を行う制御部を有する。前記制御部は、前記ロータを強制的に回転させる強制転流処理を行う第１モードと、前記ロータを所定の回転数で回転させる第２モードと、を有する。前記制御部は、前記第１モードにおいて、印加電圧を制御して、各前記通電パターンの電流の応答波形を、通電開始から最大値となるまでの経過時間が前記最大値から通電終了となるまでの経過時間に比べて短くなる波形とする。前記制御部は、前記第１モードによって前記ロータが正常起動に達しなかったときに前記第１モードの再通電を行い、前記第１モードによって前記ロータが正常起動に達したときに前記第１モードから前記第２モードへの切替え処理を行う。前記制御部は、前記第１モードの再通電時に前記コイルに通電される電流の総和を、直前の前記第１モードの通電時に前記コイルに通電された電流の総和より大きくする。

例示的な本発明は、センサレスブラシレスモータの起動時に発生する振動を抑制することができる技術を提供する。

図１は、本発明の実施形態に係る掃除機の斜視図である。 図２は、本発明の実施形態に係る送風装置の斜視図である。 図３は、本発明の実施形態に係る送風装置の垂直断面図である。 図４は、本発明の第１実施形態に係るモータ制御装置の構成を示すブロック図である。 図５は、第２モードにおけるスイッチング回路の入力信号と通電パターンとの関係を示す図である。 図６は、センサレスブラシレスモータの起動処理時の制御フローを示すフローチャートである。 図７は、本発明の第１実施形態に係るモータ制御装置における第１モードの詳細を説明するための図である。 図８は、本発明の第１実施形態に係るモータ制御装置の第１変形例を説明するための図である。 図９は、本発明の第１実施形態に係るモータ制御装置の第２変形例を説明するための図である。 図１０は、本発明の第２実施形態に係るモータ制御装置における第１モードの詳細を説明するための図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本明細書では、センサレスブラシレスモータ１及び送風装置１００において、センサレスブラシレスモータ１の中心軸Ｃと平行な方向を「軸方向」、センサレスブラシレスモータ１の中心軸Ｃに直交する方向を「径方向」、センサレスブラシレスモータ１の中心軸Ｃを中心とする円弧に沿う方向を「周方向」とそれぞれ称する。

また、本明細書では、送風装置１００において、軸方向を上下方向とし、センサレスブラシレスモータ１に対して羽根車２側を上として、各部の形状や位置関係を説明する。上下方向は単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係及び方向を限定しない。

また本明細書では、掃除機２００において、図１の床面Ｆ（被清掃面）に近づく方向を「下方」とするとともに床面Ｆから離れる方向を「上方」として、各部の形状や位置関係を説明する。なお、これらの方向は単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係及び方向を限定しない。

また、「上流」及び「下流」は羽根車２を回転させた際に吸気口１０２から吸い込まれる空気の流通方向の上流及び下流をそれぞれ示す。

＜１．掃除機の構成＞
本発明の例示的な実施形態の送風装置を搭載した掃除機について以下説明する。図１は、本発明の実施形態に係る掃除機２００の斜視図である。掃除機２００は所謂スティック型の電気掃除機である。なお、掃除機２００は、所謂ロボット型、キャニスター型またはハンディ型の電気掃除機でもよい。

掃除機２００は、下面及び上面にそれぞれ吸気部２０２及び排気部２０３が設けられた筐体２０１を有する。掃除機２００は、充電式のバッテリ（不図示）を有し、当該バッテリから供給される電力によって作動する。ただし、掃除機２００は、電源コード（不図示）を有し、居室の壁面に設けられた電源コンセント（不図示）に接続された電源コードを介して供給される電力によって作動してもよい。

筐体２０１内には吸気部２０２と排気部２０３とを連結する空気通路（不図示）が形成される。空気通路内には吸気部２０２（上流）から排気部２０３（下流）に向かって集塵部（不図示）、フィルタ（不図示）及び送風装置１００が順に配置される。空気通路内を流通する空気に含まれる塵埃等のゴミはフィルタにより捕集され、容器状に形成される集塵部内に集塵される。集塵部及びフィルタは筐体２０１に対して着脱可能に構成される。

筐体２０１の上部には把持部２０４及び操作部２０５が設けられる。使用者は把持部２０４を把持して掃除機２００を移動させることができる。操作部２０５は複数のボタン２０５ａを有する。使用者は、ボタン２０５ａの操作によって掃除機２００の動作設定を行う。例えば、ボタン２０５ａの操作により、送風装置１００の駆動開始、駆動停止、及び回転数の変更等が指示される。吸気部２０２には棒状の吸引管２０６が接続される。吸引管２０６の上流端には吸引ノズル２０７が吸引管２０６に対して着脱可能に取り付けられる。なお、吸引管２０６の上流端は、図１において吸引管２０６の下端である。

＜２．送風装置の構成＞
本発明の例示的な実施形態のセンサレスブラシレスモータ１を有する送風装置について以下説明する。図２は、本発明の実施形態に係る送風装置１００の斜視図である。図３は、本発明の実施形態に係る送風装置１００の垂直断面図である。送風装置１００は、掃除機２００に搭載されて空気を吸引する。送風装置１００は、センサレスブラシレスモータ１と、羽根車２とを有する。

送風装置１００は、水平断面円形の筒状のファンケーシング１０１を有する。ファンケーシング１０１は、センサレスブラシレスモータ１及び羽根車２を内部に収納する。ファンケーシング１０１の上部には、上下方向に開口する吸気口１０２が設けられる。吸気口１０２には、上端から径方向内側に傾斜して下方に延びるベルマウス１０２ａが設けられる。これにより、吸気口１０２の直径は上方から下方に向かうに従って滑らかに小さくなる。ファンケーシング１０１の下面は上下方向に開口する。

センサレスブラシレスモータ１は、水平断面円形の筒状のモータハウジング１０を有する。ファンケーシング１０１とモータハウジング１０との隙間に、流路１０３が形成される。流路１０３は上端（上流端）で羽根車２に連通し、流路１０３の下端（下流端）には排気口１０４が形成される。後述のステータ１１の下方には、円板状の下蓋１０ｂが配置される。下蓋１０ｂによりモータハウジング１０の下面が覆われる。下蓋１０ｂは、不図示の螺子によってモータハウジング１０に取り付けられる。

モータハウジング１０の外周面には、複数の静翼１０ａが周方向に並んで設けられる。静翼１０ａは、板状に構成される。静翼１０ａは、上方へ行くほど羽根車２の回転方向Ｒ（図２参照）と反対方向に向かって傾斜する。静翼１０ａは、上側が凸に湾曲する。複数の静翼１０ａの外縁は、ファンケーシング１０１の内面に接する。静翼１０ａは、送風装置１００の駆動によって、矢印Ｓに示すように気流を下方に案内する。

（２－１．センサレスブラシレスモータの構成）
センサレスブラシレスモータ１はインナーロータ型のブラシレスＤＣモータである。センサレスブラシレスモータ１は２極３スロットの３相ブラシレスＤＣモータである。ただし、これらは例示である。センサレスブラシレスモータ１はアウターロータ型のブラシレスＤＣモータであってよい。センサレスブラシレスモータ１の極数及びスロット数は、ブラシレスＤＣモータとして駆動可能な他の極数及びスロット数に変更されてよい。センサレスブラシレスモータは、例えば、４極６スロット又は６極９スロット等の３相ブラシレスＤＣモータ等であってよい。センサレスブラシレスモータ１は、ステータ１１、ロータ１２、軸受部１３、及び、回路基板１４を有する。

なお、センサレスブラシレスモータ１は、ロータ１２の回転位置を検出する位置検出用のセンサが省略されたセンサレス方式のブラシレスモータである。位置検出用のセンサとしては、例えばホール素子等が挙げられる。

ステータ１１は、ロータ１２の径方向外方に配置される。ステータ１１は、ステータコア１１１、インシュレータ１１２、及び、コイル１１３を有する。ステータコア１１１は、電磁鋼板が軸方向に積層された積層鋼板からなる。ステータコア１１１は、環状のコアバック１１１ａと、複数のティース１１１ｂと、を有する。複数のティース１１１ｂは、コアバック１１１ａの内周面から径方向内方に延びて放射状に配置される。複数のティース１１１ｂは、周方向に等間隔に配列される。

インシュレータ１１２は、樹脂等の絶縁材料により構成され、ステータコア１１１の少なくとも一部を覆う。コイル１１３は、インシュレータ１１２を介してティース１１１ｂの周囲に導線を巻き回して構成される。すなわち、コイル１１３とティース１１１ｂとの間には、インシュレータ１１２が配置される。インシュレータ１１２により、ティース１１１ｂとコイル１１３とが絶縁される。ステータ１１は複数相のコイル１１３を含む。本実施形態では、コイル１１３の数は３つである。３つのコイル１１３はそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相を構成する。

ロータ１２は、シャフト１２０とロータハウジング１２１とを有する。シャフト１２０は中心軸Ｃに沿って配置される。シャフト１２０は、軸方向からの平面視において円形状である。シャフト１２０は柱状又は筒状であってよい。ロータハウジング１２１は円筒形状である。ロータハウジング１２１はシャフト１２０を保持する。ロータハウジング１２１は磁性材によって構成される。

ロータハウジング１２１の外周面には、マグネット１２２が配置される。すなわち、ロータ１２は、複数の磁極を有するマグネット１２２を含む。マグネット１２２は、複数マグネット片で構成されてよい。この場合、各マグネット片の径方向外側の面は、各ティース１１１ｂの径方向内側の端面と対向する。複数のマグネット片は、Ｎ極の磁極面とＳ極の磁極面とが交互に並び、周方向に等間隔に配置されればよい。別の例として、マグネット１２２は環状マグネットであってもよい。この場合、マグネットの外周面にＮ極とＳ極とが周方向に交互に着磁されればよい。なお、本実施形態では、磁極の数は２つである。

軸受部１３は、ロータハウジング１２１に保持されたシャフト１２０を回転可能に支持する。シャフト１２０は、中心軸Ｃを中心としてロータハウジング１２１とともに回転する。回転方向は、図２に示すＲ方向である。上方の軸受部１３ａは、モータハウジング１０の上部の中央部に支持される。下方の軸受部１３ｂは、下蓋１０ｂの中央部に支持される。本実施形態では、上方の軸受部１３ａはボールベアリングを有し、下方の軸受部１３ｂはすべり軸受を有する。なお、上下の軸受部１３ａ、１３ｂは他の方式の軸受を有してもよい。例えば、上下の軸受部１３ａ、１３ｂは、いずれもボールベアリングを有してもよい。

回路基板１４は、下蓋１０ｂの下方に配置される。回路基板１４は、円形状であり、例えばエポキシ樹脂等の樹脂により形成される。回路基板１４上には、電子部品１４１が配置される。電子部品１４１には、本発明の例示的な実施形態に係るモータ制御装置３が含まれる。換言すると、センサレスブラシレスモータ１はモータ制御装置３を有する。回路基板１４は、不図示の接続端子によってステータ１１と電気的に接続される。モータ制御装置３に含まれるインバータを介してコイル１１３に電力が供給されることによって、センサレスブラシレスモータ１は駆動する。なお、電源が充電式のバッテリではなく商用電源である場合には、商用電源から供給される交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータが回路基板１４に配置されてよい。

センサレスブラシレスモータ１は、後述のモータ制御装置３を有するために、強制転流によってロータ１２を回転させることができる確率を向上できる。センサレスブラシレスモータ１は、後述のモータ制御装置３を有するために、起動時における振動の発生を抑制することができる。

（２－２．羽根車の構成）
羽根車２は所謂斜流インペラである。ただし、羽根車２は軸流型、遠心型等の他の形状のインペラであってよい。羽根車２は、ベース部２０及び複数の羽根２１を有する。ベース部２０の直径は下方に向かうにつれて大きくなる。すなわち、ベース部２０は下方に向かって漸次拡径する。ベース部２０の上端部（先端部）はベルマウス１０２ａの下端と略同じ高さに配置される。複数の羽根２１はベース部２０の外周面上に周方向に並んで配置される。羽根２１の上部は羽根２１の下部よりも回転方向Ｒ前方に配置される。

羽根車２はロータ１２に取り付けられる。本実施形態では、羽根車２はシャフト１２０に取り付けられる。詳細には、羽根車２は、ベース部２０の中心軸Ｃが通る中心部の下部側に設けられるボス部２２を有する。シャフト１２０の上端部は、ボス部２２の軸方向に延びる孔部２２ａに圧入される。孔部２２ａの中心は中心軸Ｃに一致する。なお、羽根車２は、例えばロータハウジング１２１等、ロータ１２を構成するシャフト１２０以外の部材に取り付けられてもよい。

センサレスブラシレスモータ１が駆動すると、シャフト１２０と共に羽根車２が中心軸Ｃを中心として回転する。これにより、送風装置１００は風の流れを発生させる。なお、送風装置１００は、後述のモータ制御装置３を有するために、強制転流によって羽根車２を回転させることができる確率を向上できる。送風装置１００は、後述のモータ制御装置３を有するために、起動時における振動の発生を抑制することができる。

＜３．モータ制御装置の構成＞
次に、本発明の例示的な実施形態のモータ制御装置３について詳細に説明する。

（３－１．第１実施形態）
図４は、本発明の実施形態に係るモータ制御装置３の構成を示すブロック図である。なお、図４には、センサレスブラシレスモータ１も示されている。センサレスブラシレスモータ１は、Ｕ相コイル１１３ｕ、Ｖ相コイル１１３ｖ及びＷ相コイル１１３ｗを有する。本実施形態では、３つのコイル１１３ｕ、１１３ｖ、１１３ｗは中性点Ｐ１を有するＹ型結線で接続される。ただし、３つのコイル１１３ｕ、１１３ｖ、１１３ｗはデルタ型結線で接続されてもよい。

モータ制御装置３は、センサレスブラシレスモータ１の回転を制御する。詳細には、モータ制御装置３は、各相のコイル１１３ｕ、１１３ｖ、１１３ｗに電気的に接続される。モータ制御装置３は、各相のコイル１１３ｕ、１１３ｖ、１１３ｗに対して、１２０°矩形波通電を行うことによりセンサレスブラシレスモータ１に３相の駆動電力を供給する。図４に示すように、モータ制御装置３は、スイッチング回路３１と、制御部３２と、回転位置検出部３３と、を有する。

スイッチング回路３１は、Ｕ相コイル１１３ｕ、Ｖ相コイル１１３ｖ及びＷ相コイル１１３ｗに対して、所定の方向で電流を流す回路である。スイッチング回路３１は、６個のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を有する、いわゆる、インバータ回路である。なお、以下の説明において、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６について、第１スイッチング素子Ｑ１～第６スイッチング素子Ｑ６とする場合がある。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、制御部３２からの信号に基づいて、ＯＮ又はＯＦＦになる素子である。本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６はバイポーラトランジスタである。ただし、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等、同様の動作を行う他の素子であってよい。

図４に示すように、第１スイッチング素子Ｑ１のエミッタと第４スイッチング素子Ｑ４のコレクタとが接続される。すなわち、第１スイッチング素子Ｑ１と第４スイッチング素子Ｑ４は直列に接続される。同様に、第２スイッチング素子Ｑ２のエミッタと第５スイッチング素子Ｑ５のコレクタ、第３スイッチング素子Ｑ３のエミッタと第６スイッチング素子Ｑ６のコレクタとがそれぞれ接続される。そして、第１スイッチング素子Ｑ１、第２スイッチング素子Ｑ２及び第３スイッチング素子Ｑ３のコレクタが接続されて、電源４に接続される。電源４は、本実施形態では充電式のバッテリである。また、第４スイッチング素子Ｑ４、第５スイッチング素子Ｑ５及び第６スイッチング素子Ｑ６のエミッタが接続されるとともに、接地される。

第１スイッチング素子Ｑ１と第４スイッチング素子Ｑ４とを接続する接続線にＶ相コイル１１３ｖの中性点Ｐ１と反対側が接続される。第２スイッチング素子Ｑ２と第５スイッチング素子Ｑ５とを接続する接続線にＷ相コイル１１３ｗの中性点Ｐ１と反対側が接続される。第３スイッチング素子Ｑ３と第６スイッチング素子Ｑ６とを接続する接続線にＵ相コイル１１３ｕの中性点Ｐ１と反対側が接続される。

制御部３２は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）を有するマイクロコンピュータである。制御部３２は、ＲＯＭに記憶されたプログラムに基づいて動作を行い、センサレスブラシレスモータ１の制御に必要な各種の機能を実現する。例えば、制御部３２は、所定の順序で切り替えられる複数の通電パターンに従ってコイル１１３に電力を供給する処理を行う。本実施形態では、制御部３２には、掃除機２００の操作部２０５からの指示が入力される。制御部３２は、操作部２０５から入力された指示に応じてセンサレスブラシレスモータ１の動作を制御する。

制御部３２は、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のベース端子に動作信号を送信する。各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、ベース端子に制御部３２からの動作信号を受けていないとき（入力信号がＬのときと称する場合がある）オフとなる。オフ状態のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６には、電流が流れない。また、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、制御部３２から動作信号を受けるとき（入力信号がＨのときと称する場合がある）オンとなる。オン状態のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６には、電流が流れる。制御部３２は、６つのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６について所定の組み合わせでオンオフを切り替えることで、コイル１１３への通電パターンを切り替える。

制御部３２は、第１モードと第２モードとを有する。詳細には、制御部３２は、センサレスブラシレスモータ１のロータ１２の回転制御について、第１モードと第２モードとを切り替えて実行する。第１モードは、ロータ１２を強制的に回転させる強制転流処理を行うモードである。第１モードは、センサレスブラシレスモータ１を起動させる場合に実行されるモードである。第２モードは、ロータ１２を所定の回転数で回転させるモードである。第２モードは、ロータ１２を予め決められた回転速度以上の一定の回転速度で回転させるモードである。すなわち、第２モードは、ロータ１２を定常回転させるモードである。

回転位置検出部３３は、ロータ１２の回転位置を検出する回路である。回転位置検出部３３は、ロータ１２の回転により発生する誘起電圧（逆起電力）を利用してロータ１２の位置を検出する公知の回路である。制御部３２は、回転位置検出部３３によって得られる回転位置情報によってロータ１２の回転数を求めることができる。

回転位置検出部３３には、３つの電圧センサ３４ｕ、３４ｖ、３４ｗが接続される。Ｕ相電圧センサ３４ｕは、Ｕ相コイル１１３ｕの端子電圧Ｖｕを検出する。Ｖ相電圧センサ３４ｖは、Ｖ相コイル１１３ｖの端子電圧Ｖｖを検出する。Ｗ相電圧センサ３４ｗは、Ｗ相コイル１１３ｗの端子電圧Ｖｗを検出する。回転位置検出部３３は、電圧センサ３４ｕ、３４ｖ、３４ｗによって得られる端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づいてロータ１２の回転位置を示す信号を生成し、制御部３２に出力する。

ここで、ロータ１２を定常回転させる第２モードについて説明する。図５は、第２モードにおけるスイッチング回路３１の入力信号と通電パターンとの関係を示す図である。図５において、上から順に第１スイッチング素子Ｑ１～第６スイッチング素子Ｑ６への入力信号を示す。信号がＨにあるときには、スイッチング素子はオンである。信号がＬにあるときには、スイッチング素子はオフである。

スイッチング回路３１において、直列に接続されたスイッチング素子同士（Ｑ１とＱ４、Ｑ２とＱ５、Ｑ３とＱ６）以外の２個のスイッチング素子をオンにすることで、Ｕ相コイル１１３ｕ、Ｖ相コイル１１３ｖ及びＷ相コイル１１３ｗのいずれか２つに電流を供給することができる。例えば、第３スイッチング素子Ｑ３と第４スイッチング素子Ｑ４とをオンにすると、Ｕ相コイル１１３ｕからＶ相コイル１１３ｖに電流が流れる。この通電パターンをＵ－Ｖパターンとする。３相のコイル１１３ｕ、１１３ｖ及び１１３ｗを有するセンサレスブラシレスモータ１の場合、Ｗ－Ｖパターン、Ｕ－Ｖパターン、Ｕ－Ｗパターン、Ｖ－Ｗパターン、Ｖ－Ｕパターン及びＷ－Ｕパターンの６つの通電パターンがある。センサレスブラシレスモータ１では、上述の順番で通電パターンを切り替え、通電パターンに対応した電流がコイル１１３ｕ、１１３ｖ及び１１３ｗに供給されることで、ロータ１２が所定方向（図２のＲ方向）に回転する。

第２モードでは、ロータ１２が回転して誘起電圧が発生しており、回転位置検出部３３で回転位置を示す信号を生成することができる。制御部３２は、回転位置を示す信号に基づいて各相のコイル１１３ｕ、１１３ｖ、１１３ｗへの通電パターンを切り替えて、ロータ１２を所定の回転数で回転させる。本実施形態では、第２モードでは、各通電パターンについて、掃除機２００の操作部２０５からの指令に応じたデューティ比で電圧が印加され、ロータ１２は例えば９００００～１０００００ｒｐｍの高速回転を行う。なお、第２モードでは、ロータ１２を常に一定の回転数で回転させるために、フィードバック制御が実行されてよい。フィードバック制御により、各通電パターンにおいて、目標回転数または目標入力電力との偏差に応じたデューティ比でパルス幅変調された駆動電圧が印加されてよい。

次に、ロータ１２の強制転流処理を行う第１モードについて説明する。センサレスブラシレスモータ１の停止時には、各相のコイル１１３ｕ、１１３ｖ、１１３ｗに誘起電圧が発生しないために、ロータ１２の回転位置を検出することができない。このために、センサレスブラシレスモータ１の起動時には、ロータ１２の回転位置にかかわらず、通電パターンを予め定められた順序で切り替える強制転流処理が行われる。本実施形態では、強制転流時においては、第２モードと同じ６つの通電パターンが、第２モードと同じ順番で切り替えられる。なお、これは例示であり、強制転流時に用いられる通電パターンの切り替え順序は、ロータ１２が定常回転に到達できる範囲で変更されてよい。強制転流時に必要とされる通電パターンの数も適宜変更されてよい。

図６は、センサレスブラシレスモータ１の起動処理時の制御フローを示すフローチャートである。例えば操作部２０５から指令によって、制御部３２はセンサレスブラシレスモータ１の起動処理を開始する。制御部３２は、第１モードによる強制転流処理を行う（ステップＳ１）。強制転流処理では、上述のように６つの通電パターンが順次実行される。

制御部３２は、６つの通電パターンの終了後、ロータ１２が回転を行っているか否かを確認する（ステップＳ２）。強制転流によってロータ１２が回転を開始すると誘起電圧の発生により、回転位置検出部３３によってロータ１２の回転を確認することができる。制御部３２は、ロータ１２が回転していることを確認できた場合（ステップＳ２でＹｅｓ）、第１モードを第２モードに切り替えて定常回転のための処理を行う（ステップＳ３）。すなわち、制御部３２は、第１モードによってロータ１２が正常起動に達したときに第１モードから第２モードに切り替える処理を行う。なお、ロータ１２の正常起動とは、強制転流によってロータ１２が所定の回転を開始した状態を指す。所定の回転は、例えば、ロータ１２が所定の回転方向に所定の回転数以上で回転していること、またはロータ１２が所定の回転方向の位置に移動したことを検出することを指す。

制御部３２は、ロータ１２が回転していないと判断した場合（ステップＳ２でＮｏ）、第１モードによる強制転流を、処理の設定値を変更して実行する（ステップＳ４）。すなわち、制御部３２は、第１モードによってロータ１２が正常起動に達しなかったときに第１モードの再通電を行う。第１モードによる強制転流がリトライされる。第１モードの再通電は、直前の第１モードの通電終了後、所定時間経過後に実行される。第１モードの再通電時には、第１モードの直前の通電時と同じ６つの通電パターンが同じ順序で行われる。ただし、各通電パターンの設定値が変更される。この点の詳細については後述する。

制御部３２は、第１モードの再通電によって行われる６つの通電パターンの終了後、ロータ１２が回転を行っているか否かを確認する（ステップＳ５）。ロータ１２の回転に関する確認はステップＳ２と同様である。制御部３２は、ロータ１２が回転していることを確認できた場合（ステップＳ５でＹｅｓ）、第１モードを第２モードに切り替えて定常回転のための処理を行う。制御部３２は、ロータ１２が回転していないと判断した場合（ステップＳ５でＮｏ）、ステップＳ４に戻って、第１モードによる強制転流を、処理の設定値を変更して実行する。

図７は、本発明の第１実施形態に係るモータ制御装置３における第１モードの詳細を説明するための図である。図７の上段のグラフにおいて、横軸は時間、縦軸は応答電流である。図７の下段のグラフにおいて、横軸は時間、縦軸は駆動電圧のデューティ比である。図７においては、第１モードが４回繰り返される場合を例示している。図７に示すように、第１モードのリトライは、直前の第１モードが終了して所定時間の経過後に実行される。

また、図７においては、各第１モードについて、６つの通電パターンのうちの１つの通電パターンの波形の代表例として示している。６つの通電パターンのうちの残り５つの通電パターンについても、図７に示す波形と同様の波形になる。ただし、詳細には、電流応答波形における電流値については、第１モードを開始する際のステータ１１とロータ１２の位置関係の違いによって、電流値にずれが生じる場合がある。本明細書では、この位置関係の違いが原因になって生じる電流値のずれは、第１モードの６つの通電パターン間の比較において電流差とみなさないことにする。

図７の上段のグラフに示すように、制御部３２は、第１モードにおいて、印加電圧を制御して、各通電パターンの電流の応答波形を、通電開始から最大値となるまでの経過時間（ｔ１）が前記最大値から通電終了となるまでの経過時間（ｔ２）に比べて短くなる波形とする。通電開始及び通電終了の電流値はゼロである。各通電パターンの通電時間は同じである。

第１モードの各通電パターンにおいて、制御部３２は、通電開始時に最大デューティ比で駆動電圧を第１時間（Ｔ１）印加する。そして、制御部３２は、第１時間の経過後、駆動電圧について、第１時間よりも長い時間（Ｔ２）をかけて、最大デューティ比がゼロになるまでデューティ比を下げる。なお、通電開始から最大デューティ比とせずに、通電開始から一定の時間をかけて段階的にデューティ比を増加させ、通電開始から一定時間経過後に最大デューティ比を得る構成としてもよい。各通電パターン間で、デューティ比は同じである。

これによれば、第１モードの各通電パターンにおいて、通電初期に大きな電流を供給してロータ１２に対して大きなトルクを与えることができ、ロータ１２を回転させることができる確率を高められる。一方で、通電時間のうち、最大電流より小さな電流を供給する時間の割合を多くすることによってロータ１２に大きなトルクを与える時間を短くしているために、センサレスブラシレスモータ１の起動に伴う振動の発生を抑制することができる。

本実施形態では、図７に示すように、制御部３２は、印加電圧を制御して、第１モードでの各通電パターンの電流の応答波形を、最大値よりも低い低電流値で一定時間維持する波形とする。

第１モードの各通電パターンについて、制御部３２は、通電開始時に最大デューティ比で駆動電圧を第１時間（Ｔ１）印加する。そして、制御部３２は、第１時間の経過後、駆動電圧について、最大デューティ比より小さい低デューティ比に下げ、当該低デューティ比で駆動電圧を第２時間（Ｔ２）印加する。第２時間は第１時間より長い。制御部３２は、第２時間の経過後、駆動電圧のデューティ比を０にする。なお、各通電パターン間で、通電時間及びデューティ比は同じである。これによれば、ロータ１２に大きなトルクを与える時間を短くする一方で、ロータ１２に大きすぎず、且つ、小さすぎない中間のトルクを一定時間与え続けることができる。このために、振動の発生を抑制しながら、ロータ１２を回転させることができる確率を高められる。

制御部３２は、第１モードの再通電時にコイル１１３に通電される電流の総和を、直前の第１モードの通電時にコイル１１３に通電された電流の総和より大きくする。ここで言う電流の総和は、各通電パターンにおいて得られる応答電流の積算値を、全ての通電パターンについて足し合わせて得られる合計値である。

例えば、ステータ１１に対するロータ１２の偏心、軸受部１３の劣化、シャフト１２０の劣化、モータ内部への異物の侵入等の影響で強制転流によって、ロータ１２の正常起動が簡単に得られないことがある。この点、本実施形態では、第１モードの再通電時（強制転流のリトライ時）にコイル１１３に通電される電流の総和を、直前の第１モードの通電時にコイル１１３に通電された電流の総和より大きくする。このために、第１モードの再通電時には、直前の第１モードの通電時よりもロータ１２に大きなエネルギーを与えることができる。このために、強制転流のリトライ回数を減らして、ロータ１２の正常起動を得ることが可能になる。

本実施形態では、制御部３２は、印加電圧の大きさを制御して、第１モードの再通電時の電流の総和を、直前の第１モードの通電時の電流の総和より大きくする。これによれば、例えば、第１モードの再通電時に各通電パターンにおいて印加する駆動電圧のデューティ比を、直前の第１モードの通電時に比べて大きくすることによって、第１モードの再通電時の電流の総和を直前の第１モードの電流の総和より大きくすることができる。この構成では、第１モードの再通電時に、直前の第１モードの通電時に比べてロータ１２に対して大きなトルクを付与することができるために、ロータ１２が回転される確率を高めることができる。なお、第１モードの再通電時と、直前の第１モードの通電時とで、通電時間は同じである。

詳細には、制御部３２は、各通電パターンにおいて、第１モードの再通電時の最大デューティ比を、直前の第１モードの通電時の最大デューティ比よりも大きくする。例えば、最大デューティ比を２％程度大きくする。最大デューティ比の通電時間（Ｔ１）は、第１モードの再通電時と、直前の第１モードの通電時とで同じである。また、制御部３２は、第１モードの再通電時における最大デューティ比より低い低デューティ比を、直前の第１モードの通電時における前記低デューティ比よりも大きくする。当該低デューティ比の通電時間（Ｔ２）は、第１モードの再通電時と、直前の第１モードの通電時とで同じである。第１モードのリトライ回数が増えるにつれて、各通電パターンにおいて、電流の最大値、及び、デューティ比の最大値は大きくなる。また、第１モードのリトライ回数が増えるにつれて、各通電パターンにおける上述の低電流値及び低デューティ比も大きな値となる。図７に示すように、最初の第１モードの通電（1st try）後の再通電（2nd try）によって、ロータ１２が正常起動に達しなかった場合、制御部３２は、再度、第１モードの再通電処理を行う。この再通電（3rd try）時には、前回の再通電時（2nd try）よりも大きい最大デューティ比が与えられる。これによれば、さらに、ロータ１２を回転させることができる確率を高められる。以下、同様に、再通電時（3rd try）にロータ１２が正常起動に達しなかった場合、前回よりも大きな最大デューティ比が与えられる再通電（4th try）が行われる。

なお、第１モードの再通電時における、最大値より低い低電流値は、直前の第１モードの通電時における電流の最大値と同じ、又は、それより小さいことが好ましい。図７に示す例においては、第１モードの再通電時における、最大値より低い低電流値は、直前の第１モードの通電時における電流の最大値より小さい。これによれば、第１モードの再通電時、ロータ１２に同じ大きさで一定時間連続して付与するトルクの値が大きくなり過ぎることを防止でき、センサレスブラシレスモータ１の起動時に振動が発生することを抑制できる。

［３－１－１．第１変形例］
図８は、本発明の第１実施形態に係るモータ制御装置３の第１変形例を説明するための図である。詳細には、図８は、第１変形例における第１モードの詳細を説明するための図である。図８に示すグラフにおいて、横軸は時間、縦軸は応答電流である。図８においては、第１モードが４回繰り返される場合を例示している。図８においては、各第１モードについて、６つの通電パターンのうちの１つの通電パターンの波形を代表例として示している。６つの通電パターンのうちの残り５つの通電パターンについても、図８に示す波形と同様の波形になる。

なお、第１変形例は、第１実施形態のモータ制御装置３と比較して、第１モードの処理の詳細が異なるのみで、モータ制御装置の構成要素は同じである。このために、第１変形例の説明にあたっては、構成要素を示す符号に関しては第１実施形態の場合と同じ符号を用いる。

第１変形例では、制御部３２は、印加電圧を制御して、第１モードでの各通電パターンの電流の応答波形を、電流値が最大値から一定の傾きで減少する波形とする。通電開始から最大値となるまでの経過時間（ｔ１）が前記最大値から通電終了となるまでの経過時間（ｔ２）に比べて短くなる点は、上述の第１実施形態と同様である。通電開始及び通電終了の電流値はゼロである。各通電パターンの通電時間は同じである。

これによれば、第１モードの各通電パターンにおいて、通電初期に大きな電流を供給してロータ１２に対して大きなトルクを与えることができ、ロータ１２を回転させることができる確率を高められる。一方で、通電時間のうち、最大電流より小さな電流を供給する時間の割合を多くすることによってロータ１２に大きなトルクを与える時間を短くしているために、センサレスブラシレスモータ１の起動に伴う振動の発生を抑制することができる。

詳細には、第１モードの各通電パターンについて、制御部３２は、通電開始時に最大デューティ比で駆動電圧を第１時間印加する。そして、制御部３２は、第１時間の経過後、第１時間より長い第２時間をかけて、駆動電圧のデューティ比を一定の割合で段階的に下げて０にする。

第１変形例でも、制御部３２は、印加電圧の大きさを制御して、第１モードの再通電時の電流の総和を、直前の第１モードの通電時の電流の総和より大きくする。なお、第１モードの再通電時と、直前の第１モードの通電時とで、通電時間は同じである。第１モードのリトライ回数が増えるにつれて、各通電パターンにおいて、電流の最大値は増加する。これによれば、第１モードの再通電時に、直前の第１モードの通電時に比べてロータ１２に対して大きなトルクを付与することができる。このために、強制転流のリトライ回数を減らして、ロータ１２の正常起動を得ることが可能になる。

［３－１－２．第２変形例］
図９は、本発明の第１実施形態に係るモータ制御装置３の第２変形例を説明するための図である。詳細には、図９は、第２変形例における第１モードの詳細を説明するための図である。図９に示すグラフにおいて、横軸は時間、縦軸は応答電流である。図９においては、第１モードが４回繰り返される場合を例示している。図９においては、各第１モードについて、６つの通電パターンのうちの１つの通電パターンの波形を代表例として示している。６つの通電パターンのうちの残り５つの通電パターンについても、図９に示す波形と同様の波形になる。

なお、第２変形例は、第１実施形態のモータ制御装置３と比較して、第１モードの処理の詳細が異なるのみで、モータ制御装置の構成要素は同じである。このために、第２変形例の説明にあたっては、構成要素を示す符号に関しては第１実施形態の場合と同じ符号を用いる。

第２変形例では、制御部３２は、印加電圧を制御して、第１モードでの各通電パターンの電流の応答波形における最大値を一定時間維持する波形とする。通電開始から最大値となるまでの経過時間（ｔ１）が前記最大値から通電終了となるまでの経過時間（ｔ２）に比べて短くなる点は、上述の第１実施形態と同様である。通電開始及び通電終了の電流値はゼロである。各通電パターンの通電時間は同じである。

これによれば、第１モードの各通電パターンにおいて、通電初期に大きな電流の供給を維持してロータ１２に対して大きなトルクを与えることができる。このために、ロータ１２を回転させることができる確率を高められる。

詳細には、第１モードの各通電パターンについて、制御部３２は、通電開始時に最大デューティ比で駆動電圧を第１時間印加する。この第１時間が、上述の第１変形例の場合に比べて長くなる。制御部３２は、第１時間の経過後、駆動電圧のデューティ比を一定の割合で段階的に下げて０にする。

第２変形例でも、制御部３２は、印加電圧の大きさを制御して、第１モードの再通電時の電流の総和を、直前の第１モードの通電時の電流の総和より大きくする。なお、第１モードの再通電時と、直前の第１モードの通電時とで、通電時間は同じである。第１モードのリトライ回数が増えるにつれて、各通電パターンにおいて、電流の最大値は増加する。これによれば、第１モードの再通電時に、直前の第１モードの通電時に比べてロータ１２に対して大きなトルクを付与することができる。このために、強制転流のリトライ回数を減らして、ロータ１２の正常起動を得ることが可能になる。

（３－２．第２実施形態）
次に、第２実施形態のモータ制御装置について説明する。なお、第２実施形態のモータ制御装置は、第１実施形態のモータ制御装置３と比較して、第１モードの処理の詳細が異なる。この異なる部分に絞って説明を行う。重複する説明は、特に必要がない場合には省略する。第２実施形態のモータ制御装置の構成は、第１実施形態のモータ制御装置３と同様の構成であるために、構成要素を示す符号に関しては第１実施形態の場合と同じ符号を用いる。

図１０は、本発明の第２実施形態に係るモータ制御装置３における第１モードの詳細を説明するための図である。図１０の上段のグラフにおいて、横軸は時間、縦軸は応答電流である。図１０の下段のグラフにおいて、横軸は時間、縦軸は駆動電圧のデューティ比である。

図１０においては、第１モードが４回繰り返される場合を例示している。図１０に示すように、第１モードのリトライは、直前の第１モードが終了して所定時間の経過後に実行される。また、図１０においては、各第１モードについて、６つの通電パターンのうちの１つの通電パターンの波形を代表例として示している。６つの通電パターンのうちの残り５つの通電パターンの波形も同様の波形になる。

図１０の上段のグラフに示すように、制御部３２は、第１モードにおいて、印加電圧を制御して、各通電パターンの電流の応答波形を、通電開始から最大値となるまでの経過時間（ｔ１）が前記最大値から通電終了までの経過時間（ｔ２）に比べて短くなる波形とする。この点、第１実施形態と同様であり、駆動電圧のデューティ比の制御方法は第１実施形態と同様である。なお、通電開始及び通電終了の電流値はゼロである。各通電パターンの通電時間は同じである。

図１０に示すように、制御部３２は、印加電圧を制御して、第１モードでの各通電パターンの電流の応答波形を、最大値よりも低電流値で一定時間維持する波形とする。これによれば、ロータ１２に大きなトルクを与える時間を短くする一方で、ロータ１２に大きすぎず、且つ、小さすぎない中間のトルクを一定時間与え続けることができる。このために、振動の発生を抑制しながら、ロータ１２を回転させることができる確率を高められる。この点、第１実施形態と同様であり、駆動電圧のデューティ比の制御方法は第１実施形態と同様である。

第２実施形態では、制御部３２は、電圧の印加時間を制御して、第１モードの再通電時の電流の総和を、直前の第１モードの通電時の電流の総和より大きくする。この点、第１実施形態と異なる。第２実施形態によれば、第１モードの再通電時に各通電パターンにおける電圧の印加時間を、直前の第１モードの通電時に比べて長くすることによって、第１モードの再通電時の電流の総和を直前の第１モードの電流の総和より大きくすることができる。この構成では、第１モードの再通電時に、直前の第１モードの通電時に比べて、ロータ１２を回転させるためのトルクを付与する時間を長くすることができる。このために、ロータ１２が回転される確率を高められる。

図１０に示すように、各通電パターンにおいて、第１モードの再通電時における電流の最大値は、直前の第１モードの通電時における電流の最大値と同じである。制御部３２は、第１モードの再通電時と、直前の第１モードの通電時とで、通電開始時の最大デューティ比を同じにする。これによれば、第１モードの再通電時において、直前の第１モードの通電時と比べて最大トルクを同じにすることができ、センサレスブラシレスモータ１の起動時における振動の発生を抑制することができる。

図１０に示すように、各通電パターンにおいて、第１モードの再通電時における最大値の電流の通電時間は、直前の第１モードの通電時における最大値の電流の通電時間に比べて長い。制御部３２は、第１モードの再通電時には、直前の第１モードの通電時と比べて、最大デューティ比で駆動電圧を印加する時間（Ｔ１）を長くする。これによれば、第１モードの再通電時において、直前の第１モードの通電時に比べてロータ１２を回転させるためのエネルギーを大きくすることができ、ロータ１２を回転させることができる確率を高められる。

図１０に示すように、各通電パターンにおいて、第１モードの再通電時における最大値より低い低電流値の通電時間は、直前の第１モードの通電時における前記低電流値の通電時間に比べて長い。制御部３２は、第１モードの再通電時には、直前の第１モードの通電時と比べて、最大デューティより低い低デューティ比で駆動電圧を印加する時間（Ｔ２）を長くする。なお、制御部３２は、第１モードの再通電時と、直前の第１モードの通電時とで、前記低デューティ比の値を同じにする。これによれば、第１モードの再通電時において、直前の第１モードの通電時に比べてロータ１２を回転させるためのエネルギーを大きくすることができ、ロータを回転させることができる確率を高められる。

なお、第２実施形態では、第１モードにおいて、印加電圧を制御して、各通電パターンの電流の応答波形を、通電開始から最大値となるまでの経過時間が前記最大値から通電終了までの経過時間に比べて短くなる波形とする。また、第２実施形態では、制御部３２が、電圧の印加時間を制御して、第１モードの再通電時の電流の総和を、直前の第１モードの通電時の電流の総和より大きくする。この構成を満たす範囲で、制御部３２が印加電圧を制御することによって得られる電流応答波形は適宜変更されてよい。例えば、第１実施形態（図７参照）や、第１実施形態の変形例（図８、図９参照）で示した電流応答波形と同様の電流応答波形とされてよい。

＜４．留意事項＞
本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。また、本明細書中に示される複数の実施形態及び変形例は可能な範囲で組み合わせて実施されてよい。

例えば、制御部３２が、印加電圧の大きさ、及び、電圧の印加時間を制御して、第１モードの再通電時の電流の総和を、直前の第１モードの通電時の電流の総和より大きくする構成としてもよい。

以上に示した実施形態では、デューティ比を増減してセンサレスブラシレスモータ１への印加電圧の大きさを制御したが、これは例示である。電圧値を増減してセンサレスブラシレスモータ１への印加電圧の大きさを制御してもよい。

本発明は、例えば掃除機やヘアドライヤ等の送風装置を有する家電製品等に利用することができる。

Claims (12)

1. 複数の磁極を有するマグネットを含むロータと、
   複数相のコイルを含むステータと、
   を有するセンサレスブラシレスモータの回転を制御するモータ制御装置であって、
   所定の順序で切り替えられる複数の通電パターンに従って前記コイルに電力を供給する処理を行う制御部を有し、
   前記制御部は、
   前記ロータを強制的に回転させる強制転流処理を行う第１モードと、
   前記ロータを所定の回転数で回転させる第２モードと、
   を有し、
   前記制御部は、前記第１モードにおいて、印加電圧を制御して、各前記通電パターンの電流の応答波形を、通電開始から最大値となるまでの経過時間が前記最大値から通電終了となるまでの経過時間に比べて短くなる波形とし、
   前記制御部は、前記第１モードによって前記ロータが正常起動に達しなかったときに前記第１モードの再通電を行い、前記第１モードによって前記ロータが正常起動に達したときに前記第１モードから前記第２モードへの切替え処理を行い、
   前記制御部は、前記第１モードの再通電時に前記コイルに通電される電流の総和を、直前の前記第１モードの通電時に前記コイルに通電された電流の総和より大きくする、モータ制御装置。
2. 前記制御部は、印加電圧の大きさを制御して、前記第１モードの再通電時の前記電流の総和を、直前の前記第１モードの通電時の前記電流の総和より大きくする、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記制御部は、印加電圧を制御して、前記第１モードでの前記電流の応答波形における前記最大値を一定時間維持する波形とする、請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記制御部は、印加電圧を制御して、前記第１モードでの前記電流の応答波形を、前記最大値よりも低い低電流値で一定時間維持する波形とする、請求項２又は３に記載のモータ制御装置。
5. 前記第１モードの再通電時における前記低電流値は、直前の前記第１モードの通電時における前記最大値と同じ、又は、それより小さい、請求項４に記載のモータ制御装置。
6. 前記制御部は、電圧の印加時間を制御して、前記第１モードの再通電時の前記電流の総和を、直前の前記第１モードの通電時の前記電流の総和より大きくする、請求項１に記載のモータ制御装置。
7. 前記第１モードの再通電時における前記最大値は、直前の前記第１モードの通電時における前記最大値と同じである、請求項６に記載のモータ制御装置。
8. 前記第１モードの再通電時における前記最大値の電流の通電時間は、直前の前記第１モードの通電時における前記最大値の電流の通電時間に比べて長い、請求項６又は７に記載のモータ制御装置。
9. 前記制御部は、印加電圧を制御して、前記第１モードでの前記電流の応答波形を、前記最大値よりも低い低電流値で一定時間維持する波形とする、請求項６から８のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
10. 前記第１モードの再通電時における前記低電流値の通電時間は、直前の前記第１モードの通電時における前記低電流値の通電時間に比べて長い、請求項９に記載のモータ制御装置。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載のモータ制御装置と、
    前記ロータと、
    前記ステータと、
    を有する、センサレスブラシレスモータ。
12. 請求項１１に記載されるセンサレスブラシレスモータと、
    前記ロータに取り付けられる羽根車と、
    を有する、送風装置。

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