JPH03230790A - ブラシレスモータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ブラシレスモータ、特にホール素子等の磁気
センサを用いたものの駆動を制御する装置に関する。

（従来の技術） ブラシレスモータは、機構的構造が従来のモータに比し
て簡易で小型化が容易である等の理由により、取付機器
の省スペース化が要求される自動車用空調装置において
も、近年、ブロワモータとして用いることが検討されつ
つあり、本願出願人においても、いくつかの装置を提案
している（特願平１−８７３７４号、特願平１−９２４
５０号等）。

（発明が解決しようとする課題） このように、ブラシレスモータを自動車用空調装置のプ
ロワモータとして用いた場合、ブロワモータを取り付け
るプロワユニットがモータの振動に共振して一種の共鳴
を生じ、乗員に不快感を与えるという問題がある。

斯る問題点をを解決するために、本願出願人は種々の実
験を行なうことにより、次のようなことを把握すること
ができた。

先ず、モータ単体の振動について見ると、その周波数成
分と振動レベルは回転状態に拘らず常に一定のものでは
なく、第９図に示すように、回転数によって変化するこ
とがわかった。

したがって、モータをプロワユニットに収納した場合、
第１０図に示すように、モータ回転数によって共振する
場合としない場合とがあることが確認された。第１０図
の例では、１１０００ｒｐの際に周波数ｆｒにおいて共
振が生じている。

そこで、本願出願人は、試行錯誤的にブラシレスモータ
の励磁コイルへの通電のタイミングを変化させてみたと
ころ、例えば第１１図に示されるように、モータ単体の
振動周波数の分布をシフトできることを確認することが
できた（同図において実線は通電タイミングを変化させ
る前の周波数の分布、点線は通電タイミング調節後の周
波数の分布をそれぞれ示す）。

そこで、本発明は、以上のような実験結果を踏まえつつ
上記従来例の問題点を解決し、収納ケース等の収納部分
の共振を防止することができるブラシレスモータの制御
装置を提供することを課題とするものである。

（課題を解決するための手段） しかして、本発明に係るブラシレスモータの制御装置は
、第１図に示されるように、定位置でロータの回転に伴
うロータ磁界の変化を検出する磁気検出手段１００と、
前記磁気検出手段１００の出力信号に基づいてブラシレ
スモータｌへの通電のタイミングを定めるタイミング信
号を発生するタイミング信号発生手段１１０と、前記タ
イミング信号発生手段１１０の出力信号に応じて前記ブ
ラシレスモータ１への通電を行なう駆動手段１２０と、
前記ブラシレスモータ１の回転速度に関する情報を検出
する回転情報検出手段１３０と、前記回転情報検出手段
１３０の出力信号に基づいて前記タイミング信号発生手
段１１０におけるタイミング信号の発生時期を調節する
調節手段１４０とを具備したものである。

（作用） したがって、回転情報検出手段で検出された実際の回転
数もしくは設定回転数などの回転数に関する情報に基づ
いて、調節手段によりタイミング信号発生手段における
タイミング信号の発生時期が調節されるので、そのため
、上記課題を達成できるものである。

（実施例） 以下、本発明に係るブラシレスモータの制御装置の実施
例を図面により説明する。

第２図において、本装置は、後述する各種センサ等の入
力信号に基づいて、ブラシレスモータ１の駆動を制御す
るためのマイクロコン、ピユータ９及びこのマイクロコ
ンピュータ９の出力信号に応じてブラシレスモータｌの
励磁コイル１ａを通電する三相インバータ回路ＩＯを中
心に構成されるものである。

先ず、マルチプレクサ７に接続される各種センサ等につ
いて説明すれば、２は速度設定器で、可変抵抗器を用い
て構成されており、摺動子２ａの位置を移動することで
、ブラシレスモータ１の所望の回転数Ｎｓを設定できる
ようになっている。

３８〜３ｃはホール素子で、ロータ（図示せず。）に設
けられた永久磁石１ｂ（第３図参照。）の回転に伴う所
定位置での磁界強度の変化を検出するためのもので、本
実施例においては、三相のブラシレスモータであること
に対応して三個設けられているものである。そして、ホ
ール素子３ａ〜３ｃの出力信号は、それぞれ励磁コイル
１ａのＵ相、■相、Ｗ相の通電タイミングを決定するた
めの情報としてマイクロコンピュータ９内で用いられる
ようになっている。

また、このホール素子３ａ〜３ｃとロータの永久磁石１
ｂとの位置関係は、例えば第３図に示すように、ロータ
の永久磁石１ｂを回転方向に展開した状態で示せば、基
準とする位置（基準０°位置）にＮ極とＳ極の境界を位
置させたときにＵ相用のホール素子３ａはそれより手前
の位置（反回転方向）に所定角度α°だけ進めた位置に
設けるようにしである。

次に、４は回転センサで、ロータの実際の回転数を検出
するものである。

また、５はモータ内の温度を検出する過熱センサで、こ
のセンサ５で検出された温度はモータの過熱ヲ防＜ため
の情報としてマイクロコンピュータ９内で用いられる。

さらに、６は励磁コイルｌａの過電流を検出するための
過電流検出回路で、後述する三相インバータ回路１０と
、アース間に直列に接続された抵抗６ａと、この抵抗６
ａの電圧降下を所定の増幅度で増幅する演算増幅器６ｂ
とから構成されており、その出力信号もマルチプレクサ
７に入力されるようになっている。

マルチプレクサ７は、マイクロコンピュータ９がらの制
御信号に応じて入力される前述の各種センサ等の検出信
号を選択してＡ／Ｄ変換器８に出力するものである。Ａ
／Ｄ変換器８は、マルチプレクサ７からの入力信号をデ
ジタル信号化してマイクロコンピュータ９へ入力するも
のである。

マイクロコンピュータ９は、中央処理装置（ＣＰＵ）、
読出し専用メモリ（ＲＯＭ）　、ランダムアクセスメモ
リ（ＲＡＭ）及び入出力ボート（Ｉｌｏ）等を有するそ
れ自体公知のものである。このマイクロコンピュータ９
は、入力された各種センサ信号などに基づいて後述する
プログラムを実行してブラシレスモータ１の駆動を制御
するものである。

三相インバータ回路１ｏは、ブラシレスモータの励磁コ
イル１ａに三相の励磁電流を通電するためのもので、上
述のマイクロコンピュータ９がらの信号に応じて作動す
るものである、尚、その構成は通常この種のブラシレス
モータの駆動回路に用いられる一般的もので周知である
ので、その説明は省略する。

次に、上述したマイクロコンピュータ９によるブラシレ
スモータの通電タイミング制御について、第４図に示さ
れるフローチャートを参照しつつ説明する。

先ず、マイクロコンピュータ９はステン７’２００より
実行を開始してステップ２０２へ進ミ、各１１変数など
の初期設定の後、ステップ２０４へ進む。

ステップ２０４においては、速度設定器２による設定回
転数Ｎｓを入力してステップ２０６へ進み、同ステップ
２０６では過電流検出回路６の出力値１ｏｖ（以下、「
過電流検出値」と言う。）を入力し、ステップ２０８へ
進む。

ステップ２０８では、上述の過電流検出値１ｏνが所定
値１１より大か否かを判定し、１１より大である場合（
ＹＥＳ）、即ち、励磁コイル１ａの通電流が異常に大き
い場合には、モータ保護の観点より、ステップ２１４へ
進んでブラシレスモータｌの駆動を停止する。そして、
ステップ２１４の後はステップ２１６へ進み、本制御ル
ーチンの処理を終了する。

一方、ステップ２０８においてＩｏνが１１より小であ
ると判定された場合（ＮＯ）には、ステップ２１０へ進
んで過熱センサ５の出力値Ｄｏｖを入力する。そして、
次のステップ２１２において、このＤｏｖが所定値Ｄ１
より大か否かを判定し、大である場合（ＹＥＳ）、即ち
、モータ温度が異常に上昇している場合には、モータ保
護、事故防止などの観点より、過電流が検出された場合
と同様に、ステップ２１４へ進んでブラシレスモータ１
の駆動を停止する。

一方、Ｄｏｖがり、より小である場合（Ｎｏ）にはステ
ップ２１８へ進み、設定回転数Ｎｓに対する通電タイミ
ングＴｓ、を予め記憶されているＲＯＭ等の記憶素子か
ら読み出す。

この通電タイミングＴｓ、の意味については後述するが
、その読出方法を簡単に述べれば、設定回転数Ｎｓに対
して例えば第６図の実線で表わされるような関係を予め
実験データ等に基づいて定めておき種々のＮｓに対する
Ｔｓ、の値をＲＯＭ等に記憶してこれを読み出すように
するか、または、第６図の特性線を表わす演算式を作り
その都度演算することでＮｓに対するＴｓ、の値を算出
するようにすれば良い。尚、Ｎｓに対する特性は第６図
の二点鎖線で示されるようなものであっても良い。

このようにしてＴｓＩの読み出しを行なった後はステッ
プ２２０へ進み、ホール素子３ａ〜３ｃの出力信号を入
力してステップ２２２へ進む。

ステップ２２２においては、ホール素子３ａ〜３ｃから
の入力信号に基づいて三和インバータ回路ＩＯを作動さ
せるに必要なタイミング信号を定めるための演算、即ち
、ロジック演算を行なう。

このロジック演算は、この種のブラシレスモータで通常
行なわれているもので、図をもって概略のみを説明すれ
ば、第７図に示されるように、ホール素子３ａ〜３Ｃか
らの入力波形をＨｕ、　ＨｖＨ−とすれば、三相インバ
ータ回路ｌＯにおいては、例えばＵ相を例にとれば、Ｕ
相側のトランジスタは二組であるので、Ｕｅ、Ｕｅの二
つのタイミング信号を生成する必要がある。このため、
ホール素子３ａ〜３ｃの出力信号Ｈｕ、Ｈν、Ｈ−から
は同図（ｄ）〜（ｉ）に示されるようなタイミング信号
を生成するべくロジック演算を行なう。このようにして
、タイミング信号が定められた後はステップ２２４へ進
みＰＷＭ演算を行なう。

いわゆるＰ　Ｗ　Ｍ　！ＩＩ御は、この種のブラシレス
モータで通常に行なわれているものなので、ＰＷＭＩＩ
Ｊｍそのものについてのここでの詳細な説明は省略する
が、このステップ２２４においては、設定回転数Ｎｓに
基づいてＰＷＭ制御におけるデユーティ比を定めている
。

ステップ２２４でＰＷＭ制御のためのデユーティ比を演
算により決定した後はステップ２２６へ進み、先のステ
ップ２１８で決定した通電タイミングＴｓ＋で三相イン
バータ回路１０により励磁コイルｌａの通電を行なう。

具体的には、第８図を参照しつつ説明すれば、先ず、本
装置においてはステップ２２２で決定されたタイミング
信号（第７図（ｄ）〜（ｉ）参照。）に対してさらに電
気角でα°だけ全体を遅延させた状態を通電タイミング
Ｔ　ｓ　Ｉ＝　Ｏとし基準状態としている。これをＵｅ
倍信号ついて見れば、第８図（ａ）に示されるように、
Ｈｕ倍信号立ち下りの点からα°遅延することとなる（
他の信号についても同様である）。そして、この第８図
（ａ）の状態よりさらに遅れてＵｅ倍信号出力される場
合（同図［有］）参照。）は通電タイミング遅れの状態
であり、逆に０°より先行してＵｅ倍信号出力される場
合（同図（Ｃ）参照）は、通電タイミング進みの状態で
ある（他のタイミング信号についても同様である）。

このステップ２２６の後は、前述したステップ２０４へ
戻り、上述した各処理が繰り返されることとなる。

しかして、上記構成における本装置の作用について以下
に総括的に説明する。先ず、速度設定器２により設定速
度としてＮ１が設定されている状態において図示しない
始動スイッチが投入されたとすると、通電タイミングと
しては遅れ状態に設定される（　Ｔ　ｓ　＋　＝−α　
、第６図参照）。例えばＵｅ倍信号ついて言えば、基準
となるＯ°位置よりα°遅れた時点で立ち上がり、これ
に対応して三相インバータ回路１０が作動することとな
る。

次に、回転数をＮｚ＆と設定したとすれば、設定回転数
Ｎｓに対するＴｓ、特性が、第６図の実線で表わされる
ものであれば、設定回転数Ｎｓの増加に比例してＴｓ、
も決定される結果、Ｎ２に対して通電タイミングは遅れ
状態となる。

尚、本願出願人の実験によれば、通電タイミングを第６
図のごとく変えることにより、振動周波数の分布の変化
に加えてブラシレスモータの効率も変わることが確認さ
れており、特にＴｓ、　（または後述するＴ　ｓ　ｔ　
）をプラス側（通電タイミング進みの状態）の所定値α
に設定した際には最高効率が得られた。

次に、第２の実施例について第５図に示されるフローチ
ャートを参照しつつ以下に説明するが、第１の実施例と
同一の処理内容のステップには同一番号を付してその説
明を省略し、異なる点を中心に説明する。

先ず、ステップ２１７においては、回転センサ４により
検出された現在回転数Ｎｎを入力し、ステップ２１９へ
進んでＮｎに対する通電タイミングＴｓ２をＲＯＭ等に
より読み出す。この通電タイミングＴｓ、は第１の実施
例におけるＴｓ、に相当するもので、Ｔｓ、がＮｓに対
して定めたものであるのに対して、このＴｓｚは上述の
ようにＮｎに対して定まるものである点のみが異なって
いる。尚、Ｎｎに対するＴｓｚの特性は、第１の実施例
と同様に例えば第６図に示されるような特性線を予め定
めておくものである。

そして、ステップ２２７では、上述のステップ２１９で
決定された通電タイミングＴｓｚにより第１の実施例で
説明したと同様にして励磁コイル１ａへの通電が行なわ
れることとなる。

尚、本実施例においては、三相を例として説明したがこ
れに限定されることなく、他の多相の場合にも同様に適
用できるものである。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明によれば、励磁コイルへの通
電タイミングを変えることにより装置全体の共振状態が
回避できるという実験結果に基づいて、回転数に応じて
通電タイミングを可変できるようにしたので、従来のよ
うにブラシレスモータから生ずる振動によって収納ケー
スが共振するようなことが防止でき、使用者に不快感を
与えることがなくなる。

さらに、通電タイミングを変えることによりモータの効
率が変化するので、高負荷時の高効率化を図ることもで
きるという効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るブラシレスモータの制御装置の機
能ブロック図、第２図は本装置の一実施例を示す構成図
、第３図はブラシレスモータに用いられるホール素子と
ロータ磁石との位置関係を示す配置図、第４図は本装置
に用いられるマイクロコンピュータによる通電タイミン
グ制御の第１の実施例を示すフローチャート、第５図は
通電タイミング制御の第２の実施例を示すフローチャー
ト、第６図はブラシレスモータの設定回転数または実回
転数と通電タイミングとの関係を示す特性線図、第７図
はホール素子とタイミング信号との関係を示す波形図、
第８図は通電タイミングを説明するための概念図、第９
図は従来のブラシレスモータ単体での振動周波数の分布
とそのレベルとの関係を示す特性線図、第１Ｏ図はブラ
シレスモータをプロワユニットに組み込んだ状態におけ
る振動周波数の分布とそのレベルとの関係を示す特性線
図、第１１図はブラシレスモータ単体での従来の振動周
波数の分布と振動レベル及び本発明に係る装置により駆
動された場合の振動周波数の分布と振動レベルを示す特
性線図である。 ３ａ〜３Ｃ・、・ホール素子、２・・・速度設定器、４
・・・回転センサ、９・・・マイクロコンピュータ、１
００・・・磁気検出手段、１１０・・、タイミング信号
発生手段、１２０・・・駆動手段、１３０・・・回転情
報検出手段、１４０．・・調節手段。 第 図 ６ 第 ９ 図 第 １０図 ？ｒ ＩｖｌＡＳ八弁 第 へ 図 ｒ ｆｆｌ液数Ａり

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 定位置でロータの回転に伴うロータ磁界の変化を検出す
   る磁気検出手段と、 前記磁気検出手段の出力信号に基づいてブラシレスモー
   タへの通電のタイミングを定めるタイミング信号を発生
   するタイミング信号発生手段と、前記タイミング信号発
   生手段の出力信号に応じて前記ブラシレスモータへの通
   電を行なう駆動手段と、 前記ブラシレスモータの回転速度に関する情報を検出す
   る回転情報検出手段と、 前記回転情報検出手段の出力信号に基づいて前記タイミ
   ング信号発生手段におけるタイミング信号の発生時期を
   調節する調節手段とを具備することを特徴とするブラシ
   レスモータの制御装置。