WO2006134753A1 - 開閉体駆動装置 - Google Patents

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Kazutaka Sugimoto
Yoshikazu Ito
Tomokazu Murakami
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Shinano Kenshi Kabushiki Kaisha
Yachiyo Kogyo Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to an opening / closing body drive device such as a sunroof or a power window for a vehicle.
  • a sunroof device will be described as an example of a vehicle opening / closing member driving device.
  • the sliding roof panel of the fixed roof is mounted so that the slide panel can be moved back and forth, and the rear end side can be tilted up and down, and the slide panel is driven by being linked to the push-pull cable.
  • the push-pull cable is pushed and pulled by driving a motor with a speed reducer forward and reverse, and the slide panel is opened and closed.
  • a DC brush motor has become the mainstream.
  • the motor with a brush is driven to rotate when energized through a brush, commutator (commutator), and relay, and the position of the opening / closing body is controlled by detecting the number of rotations with a Hall IC.
  • the opening / closing body used in a vehicle, for example, if the motor fails and stops rotating, the opening / closing body may stop midway. For this reason, a so-called fail-safe mechanism is provided so that the opening / closing body can be moved to a safe position even in the event of a motor failure.
  • a so-called fail-safe mechanism is provided so that the opening / closing body can be moved to a safe position even in the event of a motor failure.
  • the gear of the drive transmission mechanism is rotated by a manual handle to forcibly rotate the motor so that the roof can be closed. .
  • a DC brushless motor detects the magnetic pole position of the rotor magnet and switches the energization to the stator coil. Therefore, a plurality of magnetic pole sensors (Hall ICs) are provided near the rotor (for example, three locations).
  • the rotation direction (movement direction) is controlled in addition to the motor rotation speed (roof position control) based on the Hall IC detection signal. Disclosure of the invention
  • the opening / closing body was closed with an in-vehicle manual handle after an emergency stop. It has been demanded.
  • the present invention has been made to solve these problems, and the object of the present invention is to restart the brushless motor without using the magnetic pole sensor when the magnetic pole sensor fails, and to open and close the opening / closing body in any direction. It is an object of the present invention to provide an opening / closing body drive device that can be reliably driven.
  • the present invention comprises the following arrangement.
  • an opening / closing body drive device that opens and closes a vehicle-mounted opening / closing body by driving a motor, the rotational position and number of rotations of the rotor detected by a DC brushless motor as a drive source and a plurality of magnetic pole sensors that detect the magnetic pole position of the rotor magnet.
  • a motor drive unit that switches the drive voltage applied to the stator coil according to the control unit, and a control unit that estimates the position of the open / close body based on the detection signal of the magnetic pole sensor and controls the open / close operation of the open / close body through the motor drive unit.
  • the control unit starts from the arbitrary stop position where the rotor magnet and the stator are magnetically attracted to each other from the first two of the three-phase stator coils. It is characterized by generating a phase switching signal that makes the energization pattern of the phase longer than that during normal rotation and performing sensorless driving with the same energization pattern each time the rotor rotates. Further, the control unit performs sensorless driving of the motor only while the switch is pressed by an opening / closing switch operation.
  • the controller is configured to stop driving the motor and switch to sensorless driving when the abnormality is detected by repeating reconfirmation a predetermined number of times after detecting the first abnormal logic.
  • the DC brushless motor is used as the drive source by using the above-described open / close body drive device, it is possible to reduce the harsh operating noise when driving the open / close body compared to using a DC brush motor. The following effects are exhibited.
  • control unit detects abnormal logic as a detection pattern of a plurality of magnetic pole sensors, it determines that the sensor is faulty and stops driving the DC brushless motor, and the motor drive unit detects the sensor driving force according to the input command. And restart the motor. At this time, the motor drive unit generates a phase switching signal that lengthens the energization pattern of the deviation and performs sensorless driving, thereby reliably moving the opening / closing body in a predetermined direction without stopping the rotation of the motor due to step-out. Can be made.
  • FIG. 1 is a block configuration diagram of an opening / closing body driving device.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of a three-phase DC brushless motor.
  • FIG. 3A and FIG. 3B are timing chart diagrams of sensor detection signals and energization patterns to the stator coil when the sensor is driven.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of sensor detection signals when a sensor failure occurs.
  • FIG. 5 is a flowchart of a motor control operation when driving a sensor.
  • FIG. 6 is a flowchart of motor control operation during sensorless driving.
  • FIG. 7 is a timing chart of the energization pattern to the stator coil when performing sensorless driving.
  • FIG. 8 is a flowchart of an energization control operation during sensorless driving.
  • FIG. 9 is a timing chart when detecting abnormal logic.
  • an opening / closing body driving device that opens / closes a vehicle opening / closing body (for example, a sunroof, sunshade, power window, etc.) by motor drive.
  • a vehicle opening / closing body for example, a sunroof, sunshade, power window, etc.
  • a sunroof drive device As an example, a sunroof drive device will be described.
  • the sunroof drive device is connected to a geared cable (a cable having a spiral gear groove) and a push-pull means such as a grease belt that meshes with an output gear that rotates by motor drive.
  • the sliding roof is slid between a fully open position and a fully closed position, and the fully closed position force is tilted to raise the rear end side to open and close the opening of the fixed roof.
  • a drive source of the sunroof drive device a three-phase DC brushless motor is suitably used as will be described later.
  • a battery, a fuel cell, or the like mounted on the vehicle is used as the device power supply, and the power supply voltage (for example, battery voltage 12V) is stepped down to supply the voltage to the control unit (CPU) 1.
  • the power supply voltage for example, battery voltage 12V
  • the CPU 1 drives and controls an opening / closing body drive device such as a sunroof, for example, an opening / closing body operation control section 2 that performs speed control and position control of the opening / closing body and a rotating magnetic field generation control section that forms a rotating magnetic field of the motor.
  • (Three-phase PWM control unit) 3 is combined with this. That is, the CPU 1 is provided with an opening / closing body operation control unit 2 and a rotating magnetic field generation control unit 3 on one chip.
  • the CPU 1 receives a force operation start signal such as a switch provided on the operation panel of the vehicle, and the opening / closing body operation control unit 2 passes through the rotating magnetic field generation control unit 3 through the motor drive unit (pre-driver) 4 through the DC brushless which is the drive source.
  • Start motor 5 The motor driver 4 is supplied with a voltage that is stepped down from the battery voltage.
  • the protection circuit 6 prevents an overcurrent from flowing through the opening / closing body control unit 2 and the rotating magnetic field generation control unit 3.
  • the opening / closing body operation control unit 2 is provided with a non-volatile memory (for example, EEPROM).
  • a non-volatile memory for example, EEPROM
  • current position information of the opening / closing body and control data relating to the opening / closing position, deceleration position, motor speed, etc. necessary for controlling the operation of the opening / closing body are written in advance. It is rare and data can be rewritten as needed. For example, when the power is turned on or restarted, the previously stored position information is read into the nonvolatile memory, and when the power supply voltage drop is detected, the opening / closing body position information is written into the nonvolatile memory.
  • the motor drive unit 4 is a switching element such as FET (electrolytic effect transistor) UH, UL, VH, VL, WH, WL (or transistor, IGBT, etc.) according to the phase switching signal generated by the rotating magnetic field generation control unit 3. ) Is output to the stator coil 8 of the three-phase DC brushless motor 5 through the drive circuit (three-phase bridge circuit) 7 provided.
  • Magnetic field sensors magnetoelectric transducers such as Hall elements, Hall ICs, MR sensors, etc.
  • DC brushless motor 5 are input to switching element operation control unit 2 and rotating magnetic field generation control unit 3 respectively. Is done.
  • the opening / closing body operation control unit 2 monitors the moving speed (motor speed) of the opening / closing body and the number of pulses of the phase switching signal based on the control program, and the moving speed (motor speed) is excessive or insufficient. In this case, the rotating magnetic field generation control unit 3 is instructed to update the phase switching signal. Further, the opening / closing body operation control unit 2 generates position information of the opening / closing body using a three-phase detection pulse signal.
  • the CPU 1 is supplied with a voltage “current” obtained by stepping down the battery power, and an input signal by the operation switch serial communication (communication with other in-vehicle devices through the ECU) is input through the external interface 10.
  • the CPU 1 generates a rotating magnetic field in the rotating magnetic field generation control unit 3 according to the moving speed and position information of the opening / closing body according to the input signal, and drives through the motor driving unit (pre-drying) 4 according to the moving speed and position information of the opening / closing body.
  • the DC brushless motor 5 that is the source is started.
  • the DC brushless motor 5 is started, for example, in the case of a sunroof, the roof driving cable and the resin belt (pushing / pulling means) linked through the speed reduction unit are pushed and pulled.
  • a 4-pole 6-slot inner rotor type three-phase DC brushless motor is preferably used.
  • a laminated core is used as the stator core 11, and stator teeth 12 are projected at six force points in the radial direction.
  • a stator coil 8 is wound around each status tooth portion 12.
  • the rotor 13 is incorporated in the space.
  • the magnetic pole sensor 9 is provided on a sensor substrate 15 that is disposed orthogonal to the motor shaft 14.
  • the sensor board 15 is connected to the control board, not shown, and connected to the control circuit.
  • the DC brushless motor 5 is not limited to 4 poles and 6 slots, and may be a motor of 8 poles and 12 slots, for example.
  • FIG. 3 is a timing chart showing output patterns a to f of the magnetic sensor 9 while the rotor magnet 16 magnetized with four poles rotates 180 degrees in mechanical angle in normal sensor driving.
  • the rotor magnet 16 rotates in the opening / closing body opening direction, and a detection signal (Hall signal) is output from a magnetic pole sensor (Hall IC; C1, C2, C3) 9 arranged out of phase by 120 degrees.
  • Hall signal a detection signal
  • Hall IC magnetic pole sensor
  • it is a 4-pole motor
  • phase switching operation of the three-phase DC brushless motor 5 will be described with reference to the schematic diagrams of FIGS. 3A and 3B and the timing chart of the sensor or energization pattern.
  • electrical angle 360 degrees mechanical angle 180 degrees
  • CPU 1 detects the first abnormal logic (for example, Hall IC; C1, C2, and C3 are all at the high level) and rechecks the power for a predetermined number of times, and then performs logic reconfirmation N times. (N ⁇ 1; N is a natural number)
  • the motor drive is stopped and switched to sensorless drive. This eliminates false detection due to the effects of mechanical vibration and noise, and improves drive reliability.
  • CPU 1 detects the abnormal logic of magnetic pole sensor 9, it determines that a failure has occurred, and after stopping driving DC brushless motor 5, it waits for an input command by opening / closing switch operation, and drives motor drive unit 4 as a sensor. The force is also switched to sensorless driving to drive the opening / closing body. Further, when the motor drive unit 4 restarts the DC brushless motor 5 by sensorless drive, the motor drive unit 4 generates a phase switching signal so as to lengthen the deviation energization pattern of the three-phase stator coils. As a result, the opening / closing body can be reliably moved in a predetermined direction without causing the motor 5 to step out and stop rotating.
  • the position information of the opening / closing body by CPU 1 is obtained by, for example, counting 12 patterns of Z rotation by opening / closing body by counting both rising and falling edges of the three-phase detection pulses output from the magnetic pole sensor 9. Position information.
  • step S1 detects the magnetic pole signal to which the Hall IC force is also input as the motor rotates (step S1), and determines whether or not there is an abnormality in the magnetic pole logic (step S2). If there is no abnormality in the magnetic pole logic, the energized phase is switched (step S3), and the 3-phase PWM signal generated by the rotating magnetic field generation control unit 3 (see Fig. 1) is output to the motor through the predriver 4 (step S3). S4). If there is an abnormality in the magnetic pole logic in step S2, the motor 5 is stopped (step S5), and the drive control routine of the opening / closing body operation control unit 2 (see FIG. 1) is switched to sensorless drive (step S6). ). Next, the motor control operation during sensorless driving is shown in the flowchart of Fig. 6.
  • CPU1 measures the energization time per eye with a built-in timer, and performs phase switching when a preset time elapses. When this timer measurement time exceeds the set time (step Sl l), CPU1 resets the timer count value (step S12), and then switches the energized phase to a new energization pattern. (Step S13). That is, the sensorless driving three-phase PWM signal generated by the rotating magnetic field generation control unit 3 (see FIG. 1) is output to the motor through the pre-driver 4 (step S14).
  • Fig. 7 shows examples of energization patterns ag for sensorless driving.
  • the CPU1 When restarting the brushless motor, the CPU 1 starts from the arbitrary stop position where the rotor magnet 16 and the stator core 11 (tooth portion 12) are magnetically attracted. Generates a phase switching signal that makes the energization pattern longer than normal rotation. Each time the rotor 13 makes one revolution, sensorless driving is performed with the same energization pattern.
  • the 12 pattern Z rotation energization pattern at the time of sensor drive is changed to the 14 pattern Z rotation energization pattern, and the energization start force, for example, the VH phase and UL phase of the status coil 8 with 2 timer count values. Minute (energization pattern a, b) energized. As a result, the magnetic pole position of the rotor magnet 16 facing the stator teeth portion 12 is stabilized, so that the motor 5 can be prevented from stepping out and stably driven.
  • the phase is switched each time the timer counts one pattern from energizing the WH-phase and UL-phase stator coils 8 of the third pattern (energization pattern c).
  • the energization from the 1st pattern (energization pattern a) to the 7th pattern (energization pattern g) is repeated again.
  • the opening can be opened (closed) by moving in a predetermined direction.
  • CPU1 is also used for opening / closing switch operation.
  • the sensorless drive of the motor is performed only while the switch is being pressed.
  • As an opening / closing body there are many movements in the closing direction, but it is also assumed that the opening / closing body is opened for escape when the vehicle rolls over. Therefore, the switch operation is either in the opening direction or in the closing direction.
  • FIG. 8 is a flowchart of the motor control operation during sensorless driving.
  • the 3-phase PWM signal generated by the rotating magnetic field generation control unit 3 (see Fig. 1) of the CPU 1 is output from the pre-driver 4 to the motor.
  • a drive voltage is applied in the N (1-7) th energization pattern to energize the stator coil 8 (step S21).
  • a timer starts counting and a force / force determination is made that the count value exceeds a preset commutation command value (step S22). If the timer count value does not exceed the commutation command value, proceed to step S27 and check the drive command input from the user.
  • step S27 If the drive command input (switch input) from the user has been released, the rotation of the motor 5 is stopped (step S27).
  • the open / close body can be moved to the position desired by the user by restarting the brushless motor in which the magnetic pole sensor has failed.
  • the motor drive unit 4 suppresses torque ripple of the motor to reduce rotational vibration and promote noise reduction, so that a sine wave current or pseudo sine wave current flows through the stator coil 8.
  • the drive voltage it is preferable to apply the drive voltage. If the rotor magnet 16 is skewed or sinusoidally magnetized in the radial direction, the motor Rotational vibration can be reduced by reducing the cogging torque of the torque ripple, so further noise reduction can be achieved in combination with sine wave conduction or pseudo sine wave conduction to the stator coil 8.

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Abstract

　磁極センサが故障した場合、磁極センサを用いずにブラシレスモータを再起動して、開閉体を任意の方向へ確実に駆動することができる開閉体駆動装置を提供する。 　ＣＰＵ１は、磁極センサ９の検出パターンとして異常論理を検出するとセンサの故障と判定してＤＣブラシレスモータ５の駆動を一旦停止させ、モータ駆動部４はＤＣブラシレスモータ５を再起動する際に、いずれかの通電パターンを長くする相切替え信号を生成してセンサレス駆動する。

Description

開閉体駆動装置
技術分野
[0001] 本発明は、主に車両用のサンルーフ、パワーウィンドウなどの開閉体駆動装置に関 する。
背景技術
[0002] 車両用の開閉体駆動装置の一例として、サンルーフ装置について説明する。サン ルーフ駆動装置は、固定ルーフの開口〖こスライドパネルが前後動かつ後端側を上下 にチルト自在に装着され、スライドパネルがプッシュプルケーブルに連繋して駆動さ れるようになって 、る。プッシュプルケーブルは減速機付きモータを正逆回転駆動す ることにより押し引き動作が行われスライドパネルの開閉が行われる。駆動源としては 、 DCブラシ付モータが主流となっている。ブラシ付モータは、ブラシ、整流子 (コミュ テータ）、リレーを通じて通電することにより回転駆動され、ホール ICにより回転数を 検出することで開閉体の位置制御がなされる。
車両に用いられる開閉体の場合、例えばモータが故障して回転停止すると、開閉 体が途中で停止する可能性がある。このため、モータ故障時でも開閉体を安全な位 置に動かせるように 、わゆるフェイルセーフ機構が設けられて 、る。例えばサンルー フ駆動装置においては、ルーフが開放したまま放置することができないため、手動ハ ンドルにより駆動伝達機構のギヤを回転させてモータを強制的に回転させ、ルーフが 閉められるようになつている。
近年、車両のエンジン回りの騒音が低減し、車両全体の静音化を図るニーズが高 まっている。ブラシ付モータも回転数を抑えれば、モータ音は気にならないレベルに 抑えることができる。しカゝしながら、開閉体の移動速度を高速のまま維持しょうとすると 回転数も増大し、ブラシとコミュテータの摺動音が騒音となり易い。特にモータが運転 者に近いエリアで作動する場合には、モータ駆動による開閉体の移動速度を低下さ せずに騒音をできるだけ抑えた ヽと 、う要求がある。
このため、開閉体の駆動源として DCブラシレスモータを利用することが検討されて いる。 DCブラシレスモータは、ロータマグネットの磁極位置を検出してステータコイル への通電が切替えられるため、ロータの近傍には磁極センサ（ホール IC)が複数 (例 えば 3箇所)設けられる。ブラシレスモータの場合、ホール ICの検出信号によりモータ の回転数 (ルーフ位置制御）のほか、回転方向（移動方向）の制御が行なわれる。 発明の開示
磁極センサが故障した場合、ロータマグネットの磁極位置がわ力 ないため、最大ト ルクを得るのに必要な通電を行なうことができず、モータの回転が不安定になる。モ ータの回転が不安定になると、安全のためにモータを緊急停止させる必要がある。一 且停止したモータは、ロータ磁極位置が判らないため再起動することができない。し たがって、従来は緊急停止後に車内手動ハンドルで開閉体を閉じるようになつていた 1S 自動車内装向上の要求力 車両内に手動ハンドルの設置が行なわれなくなって おり、ハンドル以外の緊急駆動手段が求められている。
本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、 磁極センサが故障した場合、磁極センサを用いずにブラシレスモータを再起動して、 開閉体を任意の方向へ確実に駆動することができる開閉体駆動装置を提供すること にある。
本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
車載用の開閉体をモータ駆動により開閉する開閉体駆動装置において、駆動源で ある DCブラシレスモータと、ロータマグネットの磁極位置を検出する複数の磁極セン サにより検出されたロータの回転位置や回転数に応じてステータコイルへ印加する 駆動電圧を切り換えるモータ駆動部と、磁極センサの検出信号により開閉体の位置 を推定しモータ駆動部を通じて開閉体の開閉動作を制御する制御部を備え、制御部 は、磁極センサの検出パターンとして異常論理を検出するとセンサの故障と判定して DCブラシレスモータの駆動をー且停止させ、モータ駆動部は DCブラシレスモータを 再起動する際に、 V、ずれかの通電パターンを長くする相切替え信号を生成してセン サレス駆動することを特徴とする。
また、前記制御部は、ブラシレスモータを再起動する際に、ロータマグネットと固定 子とが磁気的に吸引し合う任意の停止位置から、 3相ステータコイルのうち最初の 2 相分の通電パターンを通常回転時より長くする相切替え信号を生成してロータが 1回 転するごとに同様の通電パターンによりセンサレス駆動を行なうことを特徴とする。 また、前記制御部は、開閉用のスィッチ操作により当該スィッチが押されている間だ け、モータのセンサレス駆動を行なうことを特徴とする。
また、前記制御部は、最初の異常論理を検出してから所定回数再確認を繰り返し て異常を検出した場合に、モータの駆動を停止させて、センサレス駆動に切り替える ことを特徴とする。
[0004] 発明の効果
上述した開閉体駆動装置を用いれば、駆動源に DCブラシレスモータを用いたので 、 DCブラシ付モータを用いた場合に比べて開閉体駆動時の耳障りな作動音を静音 化することができるうえに以下の作用効果を奏する。
即ち、制御部は、複数の磁極センサの検出パターンとして異常論理を検出するとセ ンサの故障と判定して DCブラシレスモータの駆動をー且停止させ、入力指令により モータ駆動部はセンサ駆動力 センサレス駆動に切り換えてモータを再起動する。こ のとき、モータ駆動部は 、ずれかの通電パターンを長くする相切替え信号を生成し てセンサレス駆動することにより、脱調によりモータが回転停止することもなく開閉体 を所定方向へ確実に移動させることができる。
図面の簡単な説明
[0005] [図 1]開閉体駆動装置のブロック構成図である。
[図 2]三相 DCブラシレスモータの説明図である。
[図 3]図 3Aおよび図 3Bは、センサ駆動を行う場合のセンサ検出信号とステータコィ ルへの通電パターンのタイミングチャート図である。
[図 4]センサ故障時のセンサ検出信号の説明図である。
[図 5]センサ駆動時のモータ制御動作のフローチャートである。
[図 6]センサレス駆動時のモータ制御動作のフローチャートである。
[図 7]センサレス駆動を行う場合のステータコイルへの通電パターンのタイミングチヤ ート図である。
[図 8]センサレス駆動時の通電制御動作のフローチャートである。 [図 9]異常論理を検出する際のタイミングチャート図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明に係る開閉体駆動装置の最良の実施形態について、添付図面を参 照しながら説明する。本実施形態は車両用の開閉体 (例えばサンルーフ、サンシェ ード、パワーウィンドウなど)をモータ駆動により開閉する開閉体駆動装置に広く適用 できる。
一例としてサンルーフ駆動装置について説明すると、サンルーフ駆動装置はモー タ駆動により回転する出力ギヤに嚙み合うギヤードケーブル (スパイラル状のギヤ溝 が形成されたケーブル)、榭脂ベルト等の押し引き手段に連繋するスライドパネルを 全開位置と全閉位置との間でスライドさせるスライド動作及び全閉位置力 後端側を 上昇させるチルト動作を行って、固定ルーフの開口を開閉するようになっている。この サンルーフ駆動装置の駆動源としては後述するように 3相の DCブラシレスモータが 好適に用いられる。
図 1のブロック図を参照して、車両用の開閉体駆動装置の概略構成について説明 する。装置電源は車両に搭載されているバッテリー、燃料電池等が用いられ、電源電 圧 (例えばバッテリー電圧 12V)を降圧して電圧が制御部 (CPU) 1へ供給される。
CPU1は、例えばサンルーフなどの開閉体駆動装置を駆動制御するもので、開閉 体の速度制御，位置制御を行なう開閉体動作制御部 2とモータの回転磁界を形成す るための回転磁界発生制御部（三相 PWM制御部） 3とを合せて行うようになっている 。即ち、 CPU1には、開閉体動作制御部 2と回転磁界発生制御部 3がーつのチップ に設けられて 、る。 CPU1には車両の操作パネルに設けられたスィッチなど力 動作 開始信号が入力され、開閉体動作制御部 2は回転磁界発生制御部 3を通じてモータ 駆動部 (プリドライバ) 4を通じて駆動源である DCブラシレスモータ 5を起動する。モ ータ駆動部 4には、バッテリー電圧より降圧した電圧が供給される。保護回路 6は開 閉体動作制御部 2や回転磁界発生制御部 3に過電流が流れるのを防ぐ。
また、開閉体動作制御部 2には不揮発性メモリ（例えば EEPROMなど）が設けられ ている。この不揮発性メモリには、現在の開閉体の位置情報と予め開閉体の動作制 御に必要な開閉位置、減速位置やモータ回転数などに関する制御データが書き込 まれており、必要に応じてデータを書き換えることができるようになつている。例えば、 電源投入時や再起動時に不揮発性メモリへ前回記憶した位置情報を読み出し、電 源電圧低下を検出したときに不揮発性メモリに開閉体位置情報を書き込むようになつ ている。
また、モータ駆動部 4は回転磁界発生制御部 3で生成された相切替え信号に応じ て、 FET (電解効果トランジスタ） UH、 UL、 VH、 VL、 WH、 WL (或いはトランジスタ 、 IGBTなどのスイッチング素子)を設けた駆動回路（3相ブリッジ回路） 7を通じて 3相 DCブラシレスモータ 5のステータコイル 8へ相切替え信号 (駆動電圧）を出力する。 開閉体動作制御部 2及び回転磁界発生制御部 3には DCブラシレスモータ 5に設け られる磁極センサ（ホール素子、ホール IC、 MRセンサなどの磁電変換素子） 9から 3 相の検出パルス信号が各々入力される。また、開閉体動作制御部 2は制御プロダラ ムに基づいて開閉体の移動速度 (モータ回転数）と相切替え信号のパルス数を監視 しており、移動速度 (モータ回転数）に過不足がある場合には、回転磁界発生制御部 3に指令して相切替え信号を更新する。また、開閉体動作制御部 2は、 3相の検出パ ルス信号を用いて開閉体の位置情報を生成して 、る。
CPU1には、バッテリー電源を降圧した電圧'電流が供給され、操作スィッチゃシリ アル通信 (ECUを通じた他の車載機器との通信）による入力信号が、外部インターフ エース 10を通じて入力される。 CPU1は、入力信号に応じて開閉体動作制御部 2か ら開閉体の移動速度や位置情報に応じて回転磁界発生制御部 3において回転磁界 を発生させてモータ駆動部（プリドライノく) 4を通じて駆動源である DCブラシレスモー タ 5を起動するようになっている。 DCブラシレスモータ 5を起動すると、例えばサンル ーフの場合には減速部を通じて連繋するルーフ駆動用ケーブル、榭脂ベルト（押し 引き手段)を押し引き駆動するようになっている。
次に、図 2を参照して DCブラシレスモータ 5の構成について説明する。
DCブラシレスモータ 5としては、例えば 4極 6スロットのインナーロータ型の 3相 DC ブラシレスモータが好適に用いられる。ステータコア 11は例えば積層コアが用いられ 、径方向内側に向力つてステータティース部 12が 6力所に突設されている。各ステー タティース部 12にはステータコイル 8が巻き回されている。このステータコア 11に囲ま れた空間内にロータ 13が組み込まれている。このような、ロータ径が小さいインナー ロータ型のモータを用いることでイナ一シャが小さぐ回転振動が少ないので静音化 を促進するうえにロータ 13の回転バランス取り加工も不要となる。ロータ外周付近に はロータ 13に対向して磁極センサ（ホール素子、ホール 、 MRセンサなどの磁電 変換素子） 9が 3箇所に設けられている。磁極センサ 9はモータ軸 14と直交して配置 されるセンサ基板 15に設けられて 、る。センサ基板 15は図示しな ヽ制御基板と配線 接続され、制御回路に接続されている。尚、 DCブラシレスモータ 5は、 4極 6スロット に限らず、例えば 8極 12スロット等のモータであっても良い。
次に、開閉体駆動装置の通常のセンサ駆動動作とホール IC故障時のセンサレス駆 動について説明する。
図 3は通常のセンサ駆動において 4極着磁されたロータマグネット 16が機械角で 1 80度回転する間の磁気センサ 9の出力パターン a〜fを示すタイミングチャートである 。ロータマグネット 16は開閉体オープン方向へ回転し、 120度ずつ位相がずれて配 置された磁極センサ（ホール IC ;C1、 C2、 C3) 9から検出信号 (ホール信号）が出力 される。本実施例では、 4極モータのため各磁極センサ 9から 2パルス Z回転で出力 され、電気角で 120度位相がずれて 3相分出力される (本モータでは電気角 360度 =機械角 180度)。
次に、 3相 DCブラシレスモータ 5の相切替え動作について、図 3A、 Bの模式図及 びセンサ又は通電パターンのタイミングチャートを参照して説明する。 U相、 V相、 W 相のうちいずれ力 2相のステータコイル 8に対して電気角で 120度位相がずれて 3相 分出力される（本モータでは電気角 360度 =機械角 180度)。例えば、磁極センサ 9 の出力が、 C1が High (ハイ）レベル、 C2が Low (ロー）レベル、 C3が High (ハイ）レ ベルの場合には（図 3A参照）、 VH相と UL相のステータコイル 8へ通電される（図 3B )参照）。また、磁極センサ 9の出力力 C1が High (ハイ）レベル、 C2及び C3が Low (ロー）レベルに切り替わると（図 3A参照）、 WH相と UL相のステータコイル 8へ通電 するようになって!/、る（図 3B参照)。
次に、いずれかの磁極センサ 9 (例えばホール IC ;C3)が故障発生した場合のセン サレス駆動について説明する。図 4の出力パターン a〜fにおいて、ホール IC ;C3が 故障したとすると、ロータマグネット 16の回転位置によらずセンサ出力は Low (ロー） レベル（或いは High (ハイ）レベル）となる。よって、 Cl、 C2、 C3の出力レベルがす ベて Low (ロー）レベル (或いは High (ハイ）レベル）となるため、異常論理が検出され る（図 4f参照)。
また、図 9において、 CPU1は最初の異常論理（例えばホール IC ;C1、 C2、 C3が すべて Highレベル)を検出して力 所定回数再確認した後、具体的には論理再確 認を N回 (N≥ 1 ;Nは自然数)繰返し行なって当該 N回目に異常を検出した場合に、 モータの駆動を停止させてセンサレス駆動に切り替えるようになつている。これにより 、機械振動やノイズの影響による誤検知をなくして、駆動信頼性を向上させることが できる。
CPU1は磁極センサ 9の異常論理を検出すると故障と判定して、ー且 DCブラシレ スモータ 5の駆動を停止させた後、開閉用のスィッチ操作による入力指令を待って、 モータ駆動部 4をセンサ駆動力もセンサレス駆動に切り換えて開閉体を駆動する。ま た、モータ駆動部 4はセンサレス駆動により DCブラシレスモータ 5を再起動する際に 、 3相のステータコイルのうち 、ずれかの通電パターンを長くするように相切替え信号 を生成する。これにより、モータ 5が脱調し回転停止することなぐ開閉体を所定方向 へ確実に移動させることができる。
尚、 CPU1による開閉体の位置情報は、例えば磁極センサ 9から出力される 3相検 出パルスのうち、各パルスの立ち上がり及び立ち下がりの両エッジをカウントすること で、 12パターン Z回転を開閉体の位置情報とする。
ここで、センサ駆動時のモータ制御動作を図 5のフローチャートに示す。
CPU1はモータの回転に従ってホール IC力も入力される磁極信号を検出し (ステツ プ S1)、磁極論理に異常がある力否かを判定する (ステップ S2)。磁極論理に異常が なければ通電相の切替えを行なうため（ステップ S3)、回転磁界発生制御部 3 (図 1 参照）で生成された 3相 PWM信号がプリドライバ 4を通じてモータへ出力される (ステ ップ S4)。ステップ S2において、磁極論理に異常があった場合には、モータ 5を駆動 停止させ (ステップ S5)、開閉体動作制御部 2 (図 1参照）の駆動制御ルーチンをセン サレス駆動に切り替える (ステップ S6)。 次にセンサレス駆動時のモータ制御動作を図 6のフローチャートに示す。
CPU1は 目あたりの通電時間を内蔵されたタイマーで計測し、予め設定された所 定時間の経過により相切替えを行なう。このタイマー計測時間が設定された所定時 間を越えると (ステップ Sl l)、 CPU1はタイマーカウント値をー且リセットした後 (ステ ップ S 12)、新たな通電パターンへ通電相の切替えが行なわれる (ステップ S 13)。即 ち、回転磁界発生制御部 3 (図 1参照）で生成されたセンサレス駆動用の 3相 PWM 信号がプリドライバ 4を通じてモータへ出力される (ステップ S 14)。
図 7にセンサレス駆動用の通電パターン a〜gを例示する。
CPU1は、 3相ステータコイル 8のうち!/、ずれかの通電パターンを長くするように相 切替え信号を生成する。 CPU1は、ブラシレスモータを再起動する際に、ロータマグ ネット 16とステータコア 11 (ティース部 12)とが磁気的に吸引し合う任意の停止位置 から、 3相ステータコイル 8のうち最初の 2相分の通電パターンを通常回転時より長く する相切替え信号を生成する。そしてロータ 13が 1回転するごとに同様の通電パタ ーンによりセンサレス駆動を行なう。
即ち、図 7において、センサ駆動時の 12パターン Z回転の通電パターンから、 14 パターン Z回転の通電パターンへ変更し、通電開始力 例えば VH相と UL相のステ ータコイル 8へタイマーカウント値で 2パターン分 (通電パターン a,b)通電される。これ により、ステータティース部 12に対向するロータマグネット 16の磁極位置が安定する のでモータ 5の脱調を防ぎ安定駆動できる。 3パターン目 (通電パターン c)の WH相と UL相のステータコイル 8へ通電からタイマーが 1パターンカウントするごとに相切替え を行なうようになっている。そして、 7パターン目 (通電パターン g)までの通電が終了す ると再度 1パターン目 (通電パターン a)から 7パターン目 (通電パターン g)までの通電を 繰り返すことで、一旦停止した開閉体を所定方向へ移動させて開口部を開ける（閉じ る）ことができる。このように、ロータ 13が 1回転するごとに同様の通電パターンにより センサレス駆動を行なうことにより、仮に 1回転目の通電でロータ 13がステータコイル 8の相切替え信号に追従して回転できなくても、 2回目以降の回転においてロータマ グネット 16とステータティース部 12とが磁気的バランスがとれた状態となつてから回転 し始めるため、確実な開閉動作が行える。また、 CPU1は、開閉用のスィッチ操作に より当該スィッチが押されている間だけ、モータのセンサレス駆動を行なう。開閉体と しては閉じる方向への動作が多いが、車両がロール一オーバーした際の脱出用とし て開放する場合も想定される。よって、スィッチ操作としては、開方向の場合と閉方向 の場合のいずれかとなる。
図 8はセンサレス駆動時のモータ制御動作のフローチャートである。ユーザーから の入力指令によりセンサレス駆動を開始すると、 CPU1の回転磁界発生制御部 3 (図 1参照）で生成された 3相 PWM信号がプリドライバ 4からモータへ出力される。 N (1〜 7)番目の通電パターンで駆動電圧を印加してステータコイル 8へ通電する（ステップ S21)。ステータコイル 8への通電を開始するとタイマーがカウントを開始してカウント 値が予め設定された転流指令値を超えた力否力判定する (ステップ S22)。タイマー カウント値が転流指令値を超えない場合には、ステップ S27へ進み、ユーザーからの 駆動指令入力を確認する。
タイマーカウント値が転流指令値を超えると N (1〜7)番目の通電パターン力 N + 1番目の通電パターンへ切り換えて通電する（ステップ S23)。次いで、通電パターン が 7番目まで到達したか否かを判定し (ステップ S24)、 7番目の通電パターンでな ヽ 場合にはステップ S27に進み、ユーザー力もの駆動指令が «続していれば、タイマ 一カウント値が転流指令値に到達するまで N番目の通電パターンで通電を続行する 通電パターンが 7番目まで到達した場合には、 N= 1番目の通電パターンに戻り（ス テツプ S25)、タイマーカウント値をリセットする (ステップ S26)。そして、ユーザーから の駆動指令入力 (スィッチ入力）が解除されていれば、モータ 5の回転を停止させる（ ステップ S27)。以上のセンサレス駆動により、磁極センサが故障したブラシレスモー タを再起動させてユーザーが望む位置までスィッチ操作で開閉体を移動させることが できる。
モータ駆動部 4は、ブラシレスによる静音化に加えて、モータのトルクリップルを抑制 して回転振動を低減し静音化を促進するため、ステータコイル 8に正弦波電流若しく は擬似正弦波電流が流れるように駆動電圧を印加するのが好ましい。また、ロータマ グネット 16が、ラジアル方向にスキュー着磁若しくは正弦波着磁されていると、モータ のトルクリップルゃコギングトルクを減らすことで回転振動を低減できるので、ステータ コイル 8への正弦波通電若しくは擬似正弦波通電と合わせて更なる静音化が図れる

Claims

請求の範囲
[1] 車載用の開閉体をモータ駆動により開閉する開閉体駆動装置において、
駆動源である DCブラシレスモータと、
ロータマグネットの磁極位置を検出する複数の磁極センサにより検出されたロータ の回転位置や回転数に応じてステータコイルへ印加する駆動電圧を切り換えるモー タ駆動部と、
磁極センサの検出信号によりモータ駆動部を通じて開閉体の開閉動作を制御する 制御部を備え、
制御部は、磁極センサの検出パターンとして異常論理を検出するとセンサの故障と 判定して DCブラシレスモータの駆動をー且停止させ、モータ駆動部は DCブラシレ スモータを再起動する際に、 V、ずれかの通電パターンを長くする相切替え信号を生 成してセンサレス駆動することを特徴とする開閉体駆動装置。
[2] 前記制御部は、ブラシレスモータを再起動する際に、ロータマグネットと固定子とが 磁気的に吸引し合う任意の停止位置から、 3相ステータコイルのうち最初の 2相分の 通電パターンを通常回転時より長くする相切替え信号を生成してロータが i回転する ごとに同様の通電パターンによりセンサレス駆動を行なうことを特徴とする請求項 1記 載の開閉体駆動装置。
[3] 前記制御部は、開閉用のスィッチ操作により当該スィッチが押されている間だけ、 モータのセンサレス駆動を行なうことを特徴とする請求項 1記載の開閉体駆動装置。
[4] 前記制御部は、最初の異常論理を検出してから所定回数再確認を繰り返して異常 を検出した場合に、モータの駆動を停止させて、センサレス駆動に切り替えることを 特徴とする請求項 1記載の開閉体駆動機構。
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