JPWO2007148480A1

JPWO2007148480A1 - ブラシレスモータ装置

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Publication number: JPWO2007148480A1
Application number: JP2008522335A
Authority: JP
Inventors: 敏川村; 横山　雅之; 雅之横山; 一彰新家
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-06-23
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2009-11-12
Anticipated expiration: 2027-04-27
Also published as: CN101454965B; CN101454965A; DE112007000702T5; KR100985946B1; US20100225259A1; KR20080108455A; JP4987000B2; US8040085B2; DE112007000702B4; WO2007148480A1

Abstract

固定的に配置されたステータ１４と、ステータが複数の励磁パターンによって順次に励磁されることにより回転するロータ１２と、ロータに固着され、該ロータの極数の２倍の極数を有する磁極位置検出用マグネット１６と、磁極位置検出用マグネットに対向して配置されてロータの磁極位置を検出する位置検出素子１８とを備えたブラシレスモータ装置において、電源起動時に行われる位相合わせ時に、通常運転時に使用される正規の励磁パターンの間で他の励磁パターンを用いてステータを励磁することによりロータの回転角度が正規の励磁パターンによる回転角度の半分になるように制御するモータ駆動回路を備えている。

Description

この発明は、直流電流により動作するブラシレスモータ装置に関し、特に、ブラシレスモータ装置の機械的な振動を小さくする技術に関する。

従来、例えば車用のＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気ガス再循環）バルブ、ＶＧ（Variable Geometric）ターボアクチュエータなどといった排ガス制御用アクチュエータの駆動源としてブラシレスモータ装置が用いられている。このブラシレスモータ装置は、例えば、スロット数が「９」のステータと、極数が「８」のロータと、極数がロータの極数と同じ「８」の磁極位置検出用マグネットと、この磁極位置検出用マグネットの磁気を検出することによりロータの回転位置を検出するホール素子を備えている。

近年は、ロータの回転位置検出の分解能をあげるために、磁極位置検出用マグネットの極数を、従来の２倍の「１６」にしたブラシレスモータ装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。このブラシレスモータ装置によれば、ロータの回転位置の検出精度を従来の２倍に向上させることができる。

特開２００２−２５２９５８号公報

上述した特許文献１に開示されたブラシレスモータ装置においては、電源起動時に、まず、ロータの位相検出を実行する必要がある。この位相検出は、ステータに固定デューティで通電パターンを順次与えることにより励磁パターンを順次切り替えることにより行われるが、励磁パターンによってロータが回転し、該励磁パターンに応じた安定点で停止する際に、安定点で静止するまでの間に機械的な振動が発生する。電源起動時は、通常、エンジンも起動しておらず、周囲が非常に静かな環境であるので、ロータの回転による機械的な振動がシャフトまたはその他のリンク機構に共振し、その反響音が耳障りになるという問題がある。

また、磁極位置検出用マグネットの極数を従来の２倍にしたことにより、図６（ａ）に示すように、磁極位置検出用マグネットに対向するように配置された３個のホールＩＣ（ホール素子が組み込まれたＩＣ）の出力パターンが一巡しても、励磁パターンによる移動量（ロータの回転量）は従来の半分になる。したがって、現在位置のホールＩＣの出力パターンは、Ａ領域およびＢ領域のどちらに属するのかを判別しなければならない。もし、現在位置が、実際にはＡ領域にあるにもかかわらずＢ領域にあると判断されると、ロータを回転させたい方向が、意図する方向とは逆方向になる場合があるという問題がある。

この発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、その課題は、電源起動時の耳障りな音の発生を減らすことができ、また、ロータが意図する方向と逆方向に回転するのを防止できるブラシレスモータ装置を提供することにある。

この発明に係るブラシレスモータ装置は、上記課題を解決するために、固定的に配置されたステータと、ステータが複数の励磁パターンによって順次に励磁されることにより回転するロータと、ロータに固着され、該ロータの極数の２倍の極数を有する磁極位置検出用マグネットと、磁極位置検出用マグネットに対向して配置されてロータの磁極位置を検出する位置検出素子とを備えたブラシレスモータ装置において、電源起動時に行われる位相合わせ時に、通常運転時に使用される正規の励磁パターンの間で他の励磁パターンを用いてステータを励磁することによりロータの回転角度が正規の励磁パターンによる回転角度の半分になるように制御するモータ駆動回路を備えている。

この発明に係るブラシレスモータ装置によれば、電源起動時に行われる位相合わせ時に、通常運転時に使用される正規の励磁パターンの間で他の励磁パターンを用いてステータを励磁することによりロータの回転角度が正規の励磁パターンによる回転角度の半分になるように制御されるので、ロータの機械的な振動を小さくすることができる。その結果、電源起動時の耳障りな音の発生を減らすことができる。

この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置が適用されたＥＧＲバルブの構造を軸方向に切断して示す断面図である。この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置におけるバルブリフト量−ホールＩＣカウント数特性を示す図である。この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置を上面から見た図である。この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置におけるホールＩＣの配置を８極の磁極位置検出用マグネットが使用される場合と比較して示す図である。この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置で使用されるモータ駆動回路の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置を動作させるための通電方向、電気角、機械角およびホールＩＣ出力の関係を示す図である。この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置においてロータを開方向に回転させる時の通電順序と各通電におけるロータのトルク点を示す図である。この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置においてロータを閉方向に回転させる時の通電順序と各通電におけるロータのトルク点を示す図である。この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置においてホールＩＣの出力が順次に切り替わる状態とトルクカーブが変動する状態を示す図である。この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置において行われるイニシャライズ動作の概要を示す図である。この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置において行われるイニシャライズ動作のうちの位相合わせ時の通電パターンを示す図である。この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置において行われる位相合わせ時のモータシャフトの動きを示す図である。この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置において行われる位相合わせ時のモータ駆動回路の動作を示す図である。この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置において行われる位相合わせ動作における１２ステップ動作時のトルクカーブを示す図である。この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置において行われる位相合わせ動作における６ステップ動作時のトルクカーブを示す図である。この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置において行われる位相合わせ動作でモータストッパ位置がＡにある時のトルクカーブを示す図である。この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置において行われる位相合わせ動作でモータストッパ位置がＢにある時のトルクカーブを示す図である。この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置において行われるイニシャライズ動作の引込み動作および押出し動作を示す図である。図１８に示すイニシャライズ動作の引込み動作および押出し動作時のモータ駆動回路の動作を示す図である。この発明の実施の形態２に係るブラシレスモータ装置の動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態２に係るブラシレスモータ装置の動作を説明するための図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータ装置が適用されたＥＧＲバルブの構造を軸方向に切断して示す断面図である。このＥＧＲバルブは、大きく分けると、ブラシレスモータ装置１とバルブ機構２とから構成されている。ブラシレスモータ装置１は、モータシャフト１１に螺合された円筒状のロータ１２が、ケース１３に固着されたステータ１４の中空部に挿入されて、ベアリング１５によって回転自在に支持されることにより構成されている。また、ロータ１２には、その軸に垂直な面となるように、磁極位置検出用マグネット１６が固着されている。

また、プリント基板１７にはホールＩＣ１８が搭載されている。ホールＩＣ１８は、この発明の位置検出素子に対応し、ホール素子が組み込まれた集積回路（ＩＣ）から構成されている。プリント基板１７は、ホールＩＣ１８が磁極位置検出用マグネット１６に対向する位置になるように、ケース１３に取り付けられている。ロータ１２に螺合されるモータシャフト１１は、ロータ１２の回転によって、その軸方向（図１中の上下方向）に移動可能になっており、ロータ１２の１回転当たりのモータシャフト１１の移動量が８ｍｍになるように、モータシャフト１１およびロータ１２にねじが形成されている。

バルブ機構２には、バルブ２１が固着されたバルブシャフト２２が設けられており、その軸はモータシャフト１１の軸と同一になるように配置されている。このバルブシャフト２２は、フェイルセール機能を実現するために、リターンスプリング２３によって（バルブ２１が閉じる方向（以下、「閉弁方向」という）に付勢されている。バルブシャフト２２は、その一端にモータシャフト１１が当接することにより、その軸方向（図示矢印方向）に移動可能になっている。このバルブシャフト２２のストロークは１０ｍｍであり、バルブ２１が閉じている時に０ｍｍ、バルブ２１が最大に開いている時に１０ｍｍになる。

図２は、バルブリフト量−ホールＩＣカウント数特性を示す。バルブ２１の移動量を表すバルブリフト量は、ホールＩＣ１８の出力パターンが変化した数を表すホールＩＣカウント数に比例しており、モータシャフト１１がバルブシャフト２２に当接した直後、つまりバルブリフト量が０ｍｍの状態におけるホールＩＣカウント数を０とした場合に、ホールＩＣのカウント数が６０になったときに、最大のバルブリフト量である１０ｍｍになるように構成されている。したがって、バルブリフト量は、ホールＩＣカウント数の１カウントで０．１６７ｍｍになる。

図３は、ブラシレスモータ装置１を上面から見た図である。このブラシレスモータ装置１のステータ１４のスロット数は「９」であり、ロータ１２の極数は「８」であり、磁極位置検出用マグネット１６の極数は「１６」である。磁極位置検出用マグネット１６は、ロータ１２の１極に一対のＮＳ極が対応するように構成されている。図３において、斜線が施された一対のＮＳ極がロータ１２のＮ極に対応し、斜線が施されていない一対のＮＳ極がロータ１２のＳ極に対応する。

以上をまとめると、
・ロータ１２の１回転当たりのモータシャフト１１の移動量：８ｍｍ
・モータシャフト１１が１０ｍｍだけ移動するための回転数：１．２５
・ロータ１２の１回転当たりのステップ数（角度分解能）：２４（１５度）
・磁極位置検出用マグネット１６の極数：１６
・磁極位置検出用マグネット１６の１回転当たりのステップ数（角度分解能）：４８（７．５度）
・１０ｍｍだけ移動するためのステップ数：６０

磁極位置検出用マグネット１６に対向するように配置されたホールＩＣ１８は、図３に示すように、ＵホールＩＣ、ＶホールＩＣおよびＷホールＩＣといった３個のホールＩＣから構成されている。図４は、ホールＩＣ１８の配置を、従来の８極の磁極位置検出用マグネットが使用される場合と比較して示す図である。一対のＮＳ極（電気角３６０°）内にＵ相、Ｖ相およびＷ相にそれぞれ対応するＵホールＩＣ、ＶホールＩＣおよびＷホールＩＣが等角度間隔（電気角１２０°）で配置され、一対のＮＳ極の１周期（機械角４５°、電気角３６０°）内に３つの状態が存在するようになっている。このホールＩＣ１８は、ＤＣモータにおけるブラシの役割を果たすものである。

図５は、ブラシレスモータ装置１で使用されるモータ駆動回路の構成を示すブロック図である。このモータ駆動回路は、例えば別体の制御装置（図示しない）に搭載される。モータ駆動回路は、ホールＩＣインタフェース３１、マイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と略する）３２、ハイサイドＦＥＴドライブ回路３３₁〜３３₃、ローサイドＦＥＴドライブ回路３４₁〜３４₃、ハイサイドＦＥＴ３５₁〜３５₃、ローサイドＦＥＴ３６₁〜３６₃、第１過電流検出回路３７、第２過電流検出回路３８およびラッチ回路３９から構成されている。

ホールＩＣインタフェース３１は、ホールＩＣ１８を構成するＵホールＩＣからホールＩＣ端子（Ｕ）を介して送られてくる信号、ＶホールＩＣからホールＩＣ端子（Ｖ）を介して送られてくる信号およびＷホールＩＣからホールＩＣ端子（Ｗ）を介して送られてくる信号を入力し、所定の増幅等を行った後に、マイコン３２に送る。

マイコン３２は、ホールＩＣインタフェース３１から送られてくる信号に基づき、モータ制御信号を生成し、ＰＷＭ出力ポートからハイサイドＦＥＴドライブ回路３３₁〜３３₃およびローサイドＦＥＴドライブ回路３４₁〜３４₃に送る。また、マイコン３２は、ラッチ回路３９からの駆動停止信号が送られてきた場合に、モータ制御信号の生成を停止する。

ハイサイドＦＥＴドライブ回路３３₁〜３３₃は、ラッチ回路３９から駆動停止信号が送られてきていない場合に、マイコン３２から送られてくるモータ制御信号に基づき駆動信号を生成し、ハイサイドＦＥＴ３５₁〜３５₃のゲートにそれぞれ送る。ハイサイドＦＥＴ３５₁〜３５₃は、ハイサイドＦＥＴドライブ回路３３₁〜３３₃から所定のタイミングで送られてくる駆動信号に応じてターンオンし、電源から第１過電流検出回路３７の抵抗Ｒ１を経由して送られてくる電流を、モータ端子（Ｕ）、モータ端子（Ｖ）またはモータ端子（Ｗ）をそれぞれ経由してステータ１４の巻線に送る。

ローサイドＦＥＴドライブ回路３４₁〜３４₃は、ラッチ回路３９から駆動停止信号が送られてきていない場合に、マイコン３２から送られてくるモータ制御信号に基づき駆動信号を生成し、ローサイドＦＥＴ３６₁〜３６₃のゲートにそれぞれ送る。ローサイドＦＥＴ３６₁〜３６₃は、ローサイドＦＥＴドライブ回路３４₁〜３４₃から所定のタイミングで送られてくる駆動信号に応じてターンオンし、ステータ１４の巻線からモータ端子（Ｕ）、モータ端子（Ｖ）またはモータ端子（Ｗ）をそれぞれ経由して送られてくる電流を、第２過電流検出回路３８の抵抗Ｒ２を経由してグランドに流す。

第１過電流検出回路３７は、抵抗Ｒ１とこの抵抗Ｒ１の両端の電圧を検出する演算増幅器ＡＭＰ１から構成されており、電源からハイサイドＦＥＴ３５₁〜３５₃を経由してステータ１４の巻線に流れる電流が所定値以上になったことを検出した場合に、過電流である旨を表す過電流信号を生成し、ラッチ回路３９に送る。第２過電流検出回路３８は、抵抗Ｒ２とこの抵抗Ｒ２の両端の電圧を検出する演算増幅器ＡＭＰ２から構成されており、ステータ１４の巻線からローサイドＦＥＴ３６₁〜３６₃を経由してグランドに流れる電流が所定値以上になったことを検出した場合に、過電流である旨を表す過電流信号をラッチ回路３９に送る。

ラッチ回路３９は、第１過電流検出回路３７および第２過電流検出回路３８から送られてくる過電流信号をラッチし、駆動停止信号としてハイサイドＦＥＴドライブ回路３３₁〜３３₃およびローサイドＦＥＴドライブ回路３４₁〜３４₃に送るとともに、マイコン３２に送る。これにより、ハイサイドＦＥＴドライブ回路３３₁〜３３₃およびローサイドＦＥＴドライブ回路３４₁〜３４₃における駆動信号の生成が停止されるとともに、マイコン３２によるモータ制御信号の生成が停止される。

上記のように構成されるモータ駆動回路においては、通電方向がＶ→Ｕの場合は、ハイサイドＦＥＴ３５₂およびローサイドＦＥＴ３６₁がターンオンされる。これにより、電源→第１過電流検出回路３７→ハイサイドＦＥＴ３５₂→モータ端子（Ｖ）→ステータ１４の巻線→モータ端子（Ｕ）→ローサイドＦＥＴ３６₁→第２過電流検出回路３８→グランドといった経路で電流が流れる。通電方向がＷ→Ｕの場合は、ハイサイドＦＥＴ３５₃およびローサイドＦＥＴ３６₁がターンオンされる。これにより、電源→第１過電流検出回路３７→ハイサイドＦＥＴ３５₃→モータ端子（Ｗ）→ステータ１４の巻線→モータ端子（Ｕ）→ローサイドＦＥＴ３６₁→第２過電流検出回路３８→グランドといった経路で電流が流れる。

通電方向がＷ→Ｖの場合は、ハイサイドＦＥＴ３５₃およびローサイドＦＥＴ３６₂がターンオンされる。これにより、電源→第１過電流検出回路３７→ハイサイドＦＥＴ３５₃→モータ端子（Ｗ）→ステータ１４の巻線→モータ端子（Ｖ）→ローサイドＦＥＴ３６₂→第２過電流検出回路３８→グランドといった経路で電流が流れる。通電方向がＵ→Ｖの場合は、ハイサイドＦＥＴ３５₁およびローサイドＦＥＴ３６₂がターンオンされる。これにより、電源→第１過電流検出回路３７→ハイサイドＦＥＴ３５₁→モータ端子（Ｕ）→ステータ１４の巻線→モータ端子（Ｖ）→ローサイドＦＥＴ３６₂→第２過電流検出回路３８→グランドといった経路で電流が流れる。

通電方向がＵ→Ｗの場合は、ハイサイドＦＥＴ３５₁およびローサイドＦＥＴ３６₃がターンオンされる。これにより、電源→第１過電流検出回路３７→ハイサイドＦＥＴ３５₁→モータ端子（Ｕ）→ステータ１４の巻線→モータ端子（Ｗ）→ローサイドＦＥＴ３６₃→第２過電流検出回路３８→グランドといった経路で電流が流れる。通電方向がＶ→Ｗの場合は、ハイサイドＦＥＴ３５₂およびローサイドＦＥＴ３６₃がターンオンされる。これにより、電源→第１過電流検出回路３７→ハイサイドＦＥＴ３５₂→モータ端子（Ｖ）→ステータ１４の巻線→モータ端子（Ｗ）→ローサイドＦＥＴ３６₃→第２過電流検出回路３８→グランドといった経路で電流が流れる。

図６（ａ）は、通常運転時の通電方向、電気角、機械角およびホールＩＣ１８の出力の関係を示す図である。バルブ２１の開方向（以下、「開弁方向」という）にロータ１２を回転させる場合は、ステータ１４のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各巻線に対して、Ｖ→Ｕ、Ｗ→Ｕ、Ｗ→Ｖ、Ｕ→Ｖ、Ｕ→Ｗ、Ｖ→Ｗの順番で通電が繰り返される。一方、閉弁方向にロータ１２を回転させる場合は、ステータ１４のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各巻線に対して、Ｕ→Ｖ、Ｕ→Ｗ、Ｖ→Ｗ、Ｖ→Ｕ、Ｗ→Ｕ、Ｗ→Ｖの順番で通電が繰り返される。これらの通電パターンを「正規の通電パターン」と呼び、この正規の通電パターンによりステータ１４を励磁する励磁パターンを「正規の励磁パターン」と呼ぶ。

なお、図６（ｂ）は、比較のために、磁極位置検出用マグネットが８極の場合の通常運転時の通電方向、電気角、機械角およびホールＩＣの出力との関係を示している。磁極位置検出用マグネットが１６極の場合は、１つの通電方向に対して、ホールＩＣ１８の出力パターンは２種類になる。したがって、ホールＩＣ１８からは、開方向の通電方向がＶ→Ｕ、Ｗ→ＵおよびＷ→Ｖ（閉方向の通電方向がＵ→Ｖ、Ｕ→ＷおよびＶ→Ｗ）であるＡ領域と、開方向の通電方向がＵ→Ｖ、Ｕ→ＷおよびＶ→Ｗ（閉方向の通電方向がＶ→Ｕ、Ｗ→ＵおよびＷ→Ｖ）であるＢ領域とで同一の出力パターンが出現するので、ブラシレスモータ装置１を始動させるにあたっては、これらを区別する必要がある（詳細は後述する）。

図７は、ロータ１２を正規の通電パターンによって開弁方向に回転させる場合の通電順序と、各通電におけるロータ１２のトルク点を示す図である。つまり、ロータ１２を進角させるためには、通電パターンを、図示する（）付き数字１〜１２の順番で切り替えなければならない。図８は、ロータ１２を正規の通電パターンによって閉弁方向に回転させる場合の通電順序と、各通電におけるロータ１２のトルク点を示す図である。つまり、ロータ１２を進角させるためには、通電パターンを、図示する（）付き数字１〜１２の順番で切り替えなければならない。

図９は、磁極位置検出用マグネット１６がロータ１２と一緒に回転することによってホールＩＣ１８から出力される信号の論理値が順次に切り替わる状態と、そのときにトルクカーブが変動する状態を示す図である。

次に、電源起動時に行われるイニシャライズの動作について説明する。通常、スロットルバルブおよびその他のアクチュエータは、バルブの動きを直接に測定する絶対値センサを搭載している。これに対し、この実施の形態１に係るブラシレスモータ装置が適用されたＥＧＲバルブは、コスト低減のために、絶対値センサを搭載していない。そこで、このＥＧＲバルブにおいては、電源起動時に、バルブ２１の制御原点を見つけ出すための「イニシャライズ」と呼ばれる動作が行われる。その後、イニシャライズによって得られた制御原点を基準に、ロータ１２の磁極位置を検出するホールＩＣ１８の出力パターンがマイコン３２でカウントされ、バルブ２１の開閉が制御される。

イニシャライズにおいては、図１０に示すように、「位相合わせ」、「引込み動作」および「押出し動作」といった３つの動作が順次に行われる。図１０において、モータストッパの位置は、モータシャフト１１が閉弁方向に移動して筐体に当接し、移動不可能になる位置である。また、開弁開始点は、モータシャフト１１が開弁方向に移動してバルブシャフト２２に当接した直後の位置であり、これが制御原点になる。

まず、「位相合わせ」の動作について説明する。磁極位置検出用マグネット１６の極数をロータ１２の極数の２倍にした場合は、図６（ａ）に示すように、電気角の１サイクル（３６０°）内に、同一のホールＩＣ１８の出力パターンが存在するので、ロータ１２の磁極位置がＡ領域およびＢ領域のいずれに存在するかを知ることはできない。そこで、引込み動作の前に、以下の位相合わせの動作が行われる。この場合、以下の（１−１）〜（１−３）が前提条件となる。
（１−１）ホールＩＣ１８の出力パターンとは無関係に、８ｍｓ／ステップの速さでステータ１４への通電が切り替えられる。
（１−２）通電の際は、ロータ１２は、トルク点ではなく安定点で停止するといった、いわゆるステッピング動作を行う。ここで、ある通電を行った場合、ロータ１２は、トルク点に対して３ステップ先の位置が安定点となる。
（１−３）１２ステップ動作および６ステップ動作（詳細は後述する）のときは、ステッピング動作による騒音を減少させるために、特殊な通電が行われる。すなわち、図１１に示すような通電パターンがステータ１４に与えられる。図１１において、例えば、通電方向が開方向で電気角が３０°の場合は、ＶＷ→Ｕという通電パターンがステータ１４に与えられる。これにより、モータ駆動回路のハイサイドＦＥＴ３５₂およびハイサイドＦＥＴ３５₃ならびにローサイドＦＥＴ３６₁がターンオンされ、Ｖ相およびＷ相の巻線の両方からＵ相の巻線に電流が流れる。

位相合わせは、以下に示す（２−１）〜（２−３）の手順で行われる。図１２は、位相合わせ時のモータシャフト１１の動きを示すであり、図１３は、位相合わせ時の通電方向に対するモータ駆動回路の動作を示す図である。
（２−１）閉弁方向に、ホールＩＣ１８の出力パターンとは無関係に、８ｍｓ／１ステップの速さで、電気角の１サイクル（３６０°）分のステッピング動作、つまり１２ステップの引き込みが行われる（これを「１２ステップ動作」という）。図１４は、１２ステップ動作時のトルクカーブを示す図である。
（２−２）１２ステップ動作時に、モータシャフト１１がモータストッパに当たって回転できなかった場合は位相合わせができない。そこで、開弁方向に６ステップ分のステッピング動作、つまり６ステップの押し出しが行われ（これを「６ステップ動作」という）、位相合わせが行われる。図１５は、６ステップ動作時のトルクカーブを示す図である。
（２−３）ブラシレスモータ装置１の安定、つまりロータ１２の静止を待つために、７２ｍｓ間だけ通電が固定される。
（２−４）最後に、Ｖ→Ｗに通電した際のホールＩＣ１８の出力信号をモニタすることにより、ホールＩＣ１８の出力パターンが、図６（ａ）に示すＡ領域の（１）〜（６）のいずれであるかが識別され、現在位置が認識される。

なお、図１６（ａ）は、モータストッパ位置がＡの位置にある場合の１２ステップ引き込み時のトルクカーブを示し、図１６（ｂ）は、モータストッパ位置がＡの位置にある場合の６ステップ押し出し時のトルクカーブを示す。モータストッパ位置がＡの位置にある場合は、モータシャフト１１がモータストッパに当たって回転できないという状態は発生しないので、モータシャフト１１は、１２ステップ分だけ閉弁方向に移動した後、６ステップ分だけ開弁方向に移動し、ホールＩＣ１８の出力パターンは、図６（ａ）に示すＡ領域の（１）〜（６）のいずれかになる。

図１７（ａ）は、モータストッパ位置がＢの位置にある場合の１２ステップ引き込み時のトルクカーブを示し、図１６（ｂ）は、モータストッパ位置がＢの位置にある場合の１２ステップ引き込み時にモータストッパ位置に至った場合のトルクカーブを示し、図１６（ｃ）は、モータストッパ位置がＢの位置にある場合の６ステップ押し出し時のトルクカーブを示す。モータストッパ位置がＢの位置にある場合は、モータシャフト１１がモータストッパに当たって回転できないので、Ｖ→ＵＷの励磁は、Ｂの位置で不安定点であるので、図中の矢印方向に移動する。その後、モータシャフト１１は、６ステップ分だけ開弁方向に移動し、ホールＩＣ１８の出力パターンは、図６（ａ）に示すＡ領域の（１）〜（６）のいずれかになる。

次に、イニシャライズ時に行われる「引込み動作」および「押出し動作」について説明する。まず、引き込み動作によりモータストッパ位置の検出が行われる。すなわち、図１８の区間Ｔ１に示すように、上述した位相合わせにより認識された位置からロータ１２を回転させ、モータシャフト１１がモータストッパに当たってロータ１２が回転できなくなるまで、閉弁方向にモータシャフト１１を移動させる。この場合、駆動デューティ（ステータ１４に流す電流のデューティ）は小さく、例えば１５％程度に設定される。これにより、モータシャフト１１がモータストッパに当たって過負荷になる状態が緩和される。そして、ロータ１２が回転できなくなった位置がモータストッパの位置として検出される。より具体的には、図１９に示すように、ホールＩＣ１８の出力パターンが変化しない状態が６４ｍｓ間連続した場合に、その時点における位置がモータストッパ位置として認識される。

次いで、押出し動作により開弁開始点の検出が行われる。すなわち、図１８の区間Ｔ２に示すように、モータストッパ位置からロータ１２を開弁方向に回転させ、モータシャフト１１がバルブシャフト２２に当接するまで移動させる。この場合、駆動デューティは、上述した引込み動作の場合より小さく、例えば８％程度に設定される。これにより、モータシャフト１１がバルブシャフト２２に当たっても、リターンスプリング２３による付勢力によってバルブシャフト２２が移動しないように調整されている。そして、モータシャフト１１がバルブシャフト２２に当接した位置が開弁開始点として検出される。より具体的には、図１９に示すように、ホールＩＣ１８の出力パターンが変化しない状態が１２８ｍｓ間連続した場合に、その位置が開弁開始点として認識される。その後、通常の制御が行われる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るブラシレスモータ装置は、イニシャライズ動作において行われる位相合わせの終了後に、動作方向の正逆を判断する機能を備えたものである。この実施の形態２に係るブラシレスモータ装置の構成は実施の形態１に係るブラシレスモータ装置の構成と同じである。

図２０は、実施の形態２に係るブラシレスモータ装置の動作を示すフローチャートである。電源がオンされると、イニシャライズが行われる。このイニシャライズにおいては、まず、位相合わせのための１２ステップ引き込みおよび６ステップ押し出しが行われる（ステップＳＴ１１）。このステップＳＴ１１の処理の詳細は上述した通りである。電源起動時に開弁開始点付近またはモータストッパ位置付近にモータシャフト１１が停止していると、Ｖ→Ｗの通電を行ってもロータ１２が動けず正常に位相合わせを完了させることができないが、このステップＳＴ１１の処理により、モータシャフト１１がフリーになるので、かかる事態の発生を回避することができる。

次いで、位相合わせのためのＶ→Ｗの通電が行われる（ステップＳＴ１２）。具体的には、ロータ１２の静止を待つために、７２ｍｓ間だけ通電が固定され、ロータ安定時間待ちが行われる。次いで、ホールＩＣ１８の出力に基づき例えば２ステップ以上の通電パターンを順次にステータ１４に与えることによりロータ１２が回転駆動される（ステップＳＴ１３）。この際、何らかの原因でステップＳＴ１１およびＳＴ１２における位相合わせが正常に終了しなかった場合に、図２１に示すように、ロータ１２が逆回転してモータシャフト１１が開弁方向に移動することがある。そこで、次いで、動作方向は正しいかどうかが調べられる（ステップＳＴ１５）。これは、モータ駆動回路のマイコン３２において、ホールＩＣ１８の出力パターンが開方向に進んでいるか閉方向に進んでいるかを調べることにより行われる。また、この検出は通常Ｆ／Ｂ（Feed-back）制御時にも行ってもよい。

上記ステップＳＴ１４において、動作方向が正しいことが判断されると、通常の制御が行われる（ステップＳＴ１５）。一方、ステップＳＴ１４において、動作方向が逆方向であることが判断されると、グループの判定ミスと認識される（ステップＳＴ１６）。すなわち、位相合わせ終了時のホールＩＣの出力パターンは、Ｂ領域にあったにもかかわらずＡ領域にあったと誤判定したことが認識される。次いで、グループの入れ替えが行われる（ステップＳＴ１７）。すなわち、位相合わせ終了時のホールＩＣの出力パターンは、Ａ領域にあると設定される。

以上のように、この発明に係るブラシレスモータ装置は、電源起動時に行われる位相合わせ時に、通常運転時に使用される正規の励磁パターンの間で他の励磁パターンを用いてステータを励磁して正規の励磁パターンによる回転角度の半分になるように制御されることで、ロータの機械的振動を小さくするので、車両用のＥＧＲバルブ、ＶＧターボアクチュエータなどの排気ガス制御用アクチュエータの駆動源などに用いるのに適している。

Claims

固定的に配置されたステータと、
前記ステータが複数の励磁パターンによって順次に励磁されることにより回転するロータと、
前記ロータに固着され、該ロータの極数の２倍の極数を有する磁極位置検出用マグネットと、
前記磁極位置検出用マグネットに対向して配置されて前記ロータの磁極位置を検出する位置検出素子
とを備えたブラシレスモータ装置において、
電源起動時に行われる位相合わせ時に、通常運転時に使用される正規の励磁パターンの間で他の励磁パターンを用いて前記ステータを励磁することにより前記ロータの回転角度が前記正規の励磁パターンによる回転角度の半分になるように制御するモータ駆動回路
を備えたブラシレスモータ装置。
正規の励磁パターンは、１つの相から他の１つの相に励磁電流を流す励磁パターンであり、他の励磁パターンは、１つの相から他の２つの相、または、２つの相から他の１つの相に励磁電流を流す励磁パターンである
ことを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ装置。
モータ駆動回路は、
ロータの回転に応じて変化する位置検出素子の出力パターンに基づき開方向又は閉方向励磁パターンの切り替えを行い、回転した方向が所望の回転方向とは位置検出素子の出力パターンの順序が異なるかどうかを判定する
ことを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ装置。