WO2013027348A1 - モータ駆動装置およびブラシレスモータ - Google Patents

モータ駆動装置およびブラシレスモータ Download PDF

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WO2013027348A1
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pwm
signal
error
motor
cycle
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佐藤　大資
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パナソニック株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/10—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines
    • B60L50/15—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines with additional electric power supply
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/06—Arrangements for speed regulation of a single motor wherein the motor speed is measured and compared with a given physical value so as to adjust the motor speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2201/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the converter used
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    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors

Definitions

  • the present invention relates to a motor driving device and a brushless motor for driving a motor so as to correct a rotational speed deviation of the motor.
  • Hybrid vehicles and electric vehicles are equipped with large batteries to drive the vehicles themselves, and air cooling blowers, which are motors equipped with impellers (impellers), are installed as cooling methods for the circuits.
  • the cooling performance (air flow) necessary at each time is determined according to the running state of the vehicle, such as the value of the current flowing through the circuit, and it is necessary to control the blower so as to satisfy it. Further, the variation in cooling performance depends on the blower, and particularly has a great influence on the variation in the rotational speed of the impeller.
  • the above-described conventional method needs to increase the allowable current amount and the heat dissipation amount of the motor drive circuit in order to realize a large rotational speed. For this reason, in the conventional method, the size of the blower unit including the circuit is increased. Or, when a high-accuracy clock or serial communication circuit is mounted, there is a problem that the cost increases.
  • the motor drive device of the present invention includes a PWM duty ratio detection unit that detects a target rotation speed from a duty ratio of a PWM signal input from a host system, a PWM cycle detection unit that detects a cycle of the PWM signal, and this PWM cycle detection
  • a PWM cycle error calculation unit for calculating an error between a PWM cycle output from the unit and a PWM cycle set in advance as a reference calculated using the operation clock generation unit, and a position detection sensor for detecting a permanent magnet of the rotor
  • an actual rotation speed calculation unit that calculates an actual rotation speed of the rotor using a signal from the position detection sensor.
  • this motor drive device is the structure which correct
  • the control circuit provided in the blower corrects and detects the actual rotational speed of the motor shaft based on the PWM signal from the host system.
  • FIG. 1 is a diagram showing a structure of a brushless motor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of the motor drive device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a characteristic example between the temperature of the operation clock and the maximum error.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of the procedure of the motor drive device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing a structure of a brushless motor 10 provided in a blower in Embodiment 1 of the present invention.
  • an example of an inner rotor type brushless motor in which a rotor is rotatably disposed on an inner peripheral side of a stator will be described.
  • the brushless motor according to the present embodiment has a plurality of phases of windings, and each phase is driven and rotated by a signal that is pulse-width modulated (hereinafter referred to as PWM as appropriate).
  • PWM pulse-width modulated
  • the brushless motor 10 includes a stator 11, a rotor 12, a circuit board 13, and a motor case 14.
  • the motor case 14 is formed of a sealed cylindrical metal, and the brushless motor 10 has a configuration in which the stator 11, the rotor 12, and the circuit board 13 are accommodated in the motor case 14.
  • the motor case 14 includes a case main body 14a and a case lid 14b.
  • the motor case 14 is substantially sealed by attaching the case lid 14b to the case main body 14a.
  • the stator 11 is configured by winding a winding 16 for each phase around a stator core 15.
  • a winding 16 divided into three phases of a U phase, a V phase, and a W phase that are 120 degrees out of phase with each other is wound around the stator core 15.
  • the stator iron core 15 has a plurality of salient poles protruding toward the inner peripheral side.
  • the outer peripheral side of the stator core 15 has a substantially cylindrical shape, and the outer periphery thereof is fixed to the case main body 14a.
  • a rotor 12 is inserted inside the stator 11 through a gap.
  • the rotor 12 holds a cylindrical permanent magnet 18 on the outer periphery of the rotor frame 17, and is disposed so as to be rotatable around a rotating shaft 20 supported by a bearing 19. That is, the front end surface of the salient pole of the stator core 15 and the outer peripheral surface of the permanent magnet 18 are arranged to face each other.
  • a circuit board 13 on which various circuit components 31 are mounted is built in a motor case 14. These circuit components 31 constitute a motor drive device for controlling and driving the motor. Further, a position detection sensor 38 such as a Hall element is mounted on the circuit board 13 in order to detect the rotational position of the rotor 12.
  • a support member 21 is attached to the stator core 15, and the circuit board 13 is fixed in the motor case 14 via the support member 21. Ends of the U-phase, V-phase, and W-phase windings 16 are led out from the stator 11 as lead wires 16 a, and the lead wires 16 a are connected to the circuit board 13.
  • the stator 11 is inserted into the case body 14a and fixed to the inner surface of the case body 14a, and then the rotor 12 and the circuit board 13 are housed in the case body 14a.
  • the case lid 14b is fixed to the case body 14a.
  • the brushless motor 10 including the position detection sensor and the motor driving device is formed.
  • the brushless motor 10 may have a configuration in which a motor driving device is integrated.
  • the motor case 14 is made of metal and has a shielding effect, electromagnetic noise radiated to the outside from the circuit board 13 and the stator 11 can be suppressed.
  • the stator core 15 is directly fixed to the case main body 14a, heat generated in the stator 11 can be radiated to the outside through the metal motor case 14.
  • a driving current flows through the winding 16 by the motor driving device of the circuit board 13, and a magnetic field is generated from the stator iron core 15. appear.
  • the magnetic field from the stator iron core 15 and the magnetic field from the permanent magnet 18 generate an attractive force and a repulsive force according to the polarities of the magnetic fields, and the rotor 12 rotates around the rotating shaft 20 by these forces.
  • the inner rotor type brushless motor as described above is described.
  • the present invention can also be applied to an outer motor type, and can also be applied to general rotor rotation type motors such as a brushed motor.
  • a blower used for air cooling or the like is configured by mounting a blower impeller on the rotating shaft 20 of the brushless motor 10.
  • FIG. 2 is a block diagram of the motor drive device 40 of the brushless motor 10 in the present embodiment.
  • the motor drive device 40 includes a position detection sensor 38 corresponding to each of the three phases, a rotation speed control unit 41, a drive waveform generation unit 42, a PWM circuit 43, an inverter 44, an energization timing generation unit 45, an operation clock generation unit 46, PWM signal detection unit 47, PWM cycle detection unit 48, PWM duty ratio detection unit 49, PWM cycle error calculation unit 50, operation clock temperature-maximum error table 51, PWM cycle error determination unit 52, actual rotation speed calculation unit 53, sensor A switching time detector 54 and a target rotational speed converter 55 are provided.
  • the motor drive device 40 is notified of, for example, a command signal Rr targeting a rotational speed (rpm) per minute as a target rotational speed, for example, from an external host system 60 or the like.
  • the PWM signal detection unit 47 and the sensor switching time detection unit 54 detect the PWM signal and the sensor switching time based on the signal Ck that is a clock signal from the operation clock generation unit 46.
  • a command signal Rr which is a PWM (pulse width modulated) signal, is output from the host system 60, and a target rotation speed is given to the motor drive device 40 with the duty ratio of this PWM signal.
  • the actual rotational speed signal Rv is generated based on the detected PWM signal cycle error Epwm and the output signal Det of the position detection sensor 38 that detects the rotational position of the rotor 12.
  • a command signal Rr that is a PWM signal is input from the host system 60 as a command transmission means, and a target rotation speed is given by a duty ratio.
  • the period of the PWM signal is a fixed value determined in advance as a design period, for example, a period of 2 ms with a frequency of 500 Hz.
  • the PWM signal detection unit 47 counts the time widths of the signal levels High and Low of the input PWM waveform using the clock signal Ck from the operation clock generation unit 46 provided in the blower. Both count values are notified to the PWM cycle detection unit 48 and the PWM duty ratio detection unit 49.
  • the PWM duty ratio detection unit 49 detects the duty ratio and the period using the signal from the PWM signal detection unit 47.
  • the target rotational speed converting unit 55 converts the duty ratio and period from the PWM duty ratio detecting unit 49 into a target rotational speed indicated by the command signal Rr, and outputs the target rotational speed as a command signal Tv indicating the target rotational speed. To do.
  • the frequency of the clock signal Ck is sufficiently higher than the frequency of the PWM signal.
  • the host system 60 normally operates with a high-accuracy clock using, for example, a crystal oscillator. For this reason, the PWM pulse period of the command signal Rr supplied from the host system 60 is also highly accurate.
  • the clock accuracy of the operation clock generation unit 46 in the motor driving device 40 is generally low due to cost and the like, and the frequency fluctuation due to temperature is larger than that of the host system 60, for example.
  • the cycle calculation unit 481 calculates a PWM cycle obtained by adding the high and low time widths of the PWM waveform and the both time widths based on the count value from the PWM signal detection unit 47. Thereafter, in order to prevent a sudden change in the cycle due to noise or the like, the filter 482 is passed through and the PWM cycle Hf is output.
  • the filter 482 is a low-pass filter or an averaging filter.
  • the period range determination unit 483 determines whether the PWM period Hf is a noise level, and outputs the determination result to the PWM period error calculation unit 50 as an OK / NG signal Jz.
  • the PWM cycle error calculation unit 50 calculates a cycle error Epwm that is a difference between a predetermined cycle and the detected PWM signal cycle.
  • the signal Jz from the period range determination unit 483 is NG, that is, when the noise level is determined, the previous PWM period error Epwm is output.
  • FIG. 3 shows the relationship between the temperature around the generation location of the operation clock provided in the blower and the maximum error, and is an example of the operation clock temperature-maximum error table 51 in FIG.
  • the ambient temperature is acquired from the temperature sensor 511, and the maximum error of the operation clock provided in the motor at that temperature is derived.
  • the PWM period error determination unit 52 compares the maximum error Emax of the operation clock with the detected period error Epwm of the PWM signal, and outputs an error determination signal Je.
  • the sensor switching time detection unit 54 counts the position information based on the position detection sensor signal Det from the position detection sensor 38 using the clock signal Ck of the operation clock generation unit 46 as in the case of the PWM cycle.
  • the sensor switching time detection unit 54 performs, for example, a differentiation operation, calculates the rotation speed of the rotor 12, and outputs a detection speed signal Ro.
  • the sensor switching time detector 54 counts the clock signal Ck with low frequency accuracy of the operation clock generator 46, and calculates the rotation speed based on this count value. For this reason, the accuracy of the calculated rotational speed is also low.
  • the accuracy of the actual rotation speed is compensated for by the actual rotation speed calculation unit 53 described below for the detection speed signal Ro having a low accuracy output from the sensor switching time detection unit 54.
  • the actual rotation speed calculation unit 53 performs a multiplication operation using the error determination signal Je from the PWM cycle error determination unit 52 and the PWM cycle error signal Epwm from the PWM cycle error calculation unit 50 to obtain an actual rotation speed signal Rv. Output. That is, the actual rotational speed calculation unit 53 corrects the detected speed signal Ro using the period error Epwm, and outputs the corrected actual rotational speed as the actual rotational speed signal Rv.
  • the PWM cycle error Becomes 5 Hz.
  • the actual rotation speed calculation unit 53 corrects the detected speed signal Ro using the PWM period error signal Epwm indicating such a PWM period error, and outputs it as the actual rotation speed signal Rv.
  • the PWM cycle error determination unit 52 determines that the PWM cycle error signal Epwm is larger, the correction processing using the PWM cycle error signal Epwm is not performed, and is output from the sensor switching time detection unit 54.
  • the detected speed signal Ro is output as the actual rotational speed signal Rv.
  • the rotational speed control unit 41 determines the actual speed according to the target rotational speed from the deviation Df between the command signal Tv indicating the target rotational speed and the actual rotational speed signal Rv indicating the actual rotational speed calculated by the actual rotational speed calculation unit 53.
  • the rotation control signal Dd indicating the amount of torque corresponding to the deviation Df is generated and supplied to the drive waveform generation unit 42 so as to rotate at the same time.
  • the drive waveform generator 42 generates a waveform signal Wd for driving the winding 16 for each phase, and supplies the generated waveform signal Wd to the PWM circuit 43.
  • the waveform signal Wd is a sine wave signal.
  • the waveform signal Wd is a rectangular wave signal.
  • the amplitude of the waveform signal Wd is determined according to the rotation control signal Dd.
  • the timing for supplying the waveform signal Wd to the PWM circuit 43 is determined according to the energization phase signal Dp from the energization timing generation unit 45. With respect to the reference timing, when the timing according to the energization phase signal Dp is a phase in the advance direction, it is a so-called advance angle, and when the phase is in the delay direction, it is a retard angle.
  • the PWM circuit 43 performs pulse width modulation (PWM) on each of the waveform signals Wd supplied from the drive waveform generation unit 42 for each phase as a modulation signal.
  • the PWM circuit 43 supplies the drive pulse signal Pd, which is a pulse train signal pulse-width-modulated with the waveform signal Wd as described above, to the inverter 44.
  • the inverter 44 energizes the winding 16 for each phase based on the drive pulse signal Pd to drive the winding 16.
  • the inverter 44 includes a switching element connected to the positive side of the power source and a switching element connected to the negative side for each of the U phase, the V phase, and the W phase.
  • the opposite power supply sides of both the positive electrode side and the negative electrode side are connected to each other, and this connection portion becomes a drive output end portion for driving the winding 16 from the inverter 44.
  • the U-phase drive output end Uo is connected to the winding 16U
  • the V-phase drive output end Vo is connected to the winding 16V
  • the W-phase drive output end Wo is connected to the winding 16W via the lead wire 16a. Connected.
  • a drive current flows from the drive output end to the winding 16 via the switch element that is turned on from the power source.
  • the drive pulse signal Pd is a signal obtained by performing pulse width modulation on the waveform signal Wd
  • the respective windings 16 are energized with the drive current corresponding to the waveform signal Wd when the switch elements are turned on and off in this way. Is done.
  • the position detection sensor 38 mounted on the circuit board 13 detects a magnetic pole change of the permanent magnet 18 of the rotating rotor 12 and outputs it as a position detection sensor signal Det.
  • the position detection sensor signal Det is supplied to the energization timing generation unit 45 and the sensor switching time detection unit 54.
  • the energization timing generation unit 45 adjusts the phase lag of the drive current flowing in the winding 16 of the brushless motor 10 (phase lag with respect to the reference timing due to the influence of the winding inductance, etc.) using the timing of the position detection sensor signal Det as the reference timing. Therefore, an energization timing is generated by shifting the phase by a predetermined advance amount from the reference timing. Then, the energization timing generation unit 45 generates an energization phase signal Dp indicating a timing advanced by a predetermined advance amount from the reference timing. Such an energization phase signal Dp is supplied to the drive waveform generator 42.
  • the drive waveform generator 42 outputs the waveform signal Wd at a timing advanced by the energization phase signal Dp from the reference timing based on the position detection sensor signal Det.
  • the motor driving device 40 operates to energize and drive the winding 16 with the waveform signal Wd having an amplitude corresponding to the rotation control signal Dd and a phase corresponding to the advance amount.
  • a feedback control loop for controlling the rotational speed of the rotor 12 according to the command signal Rr is formed. That is, in the present embodiment, the rotor 12 is rotated by performing feedback control so that the rotor 12 rotates following the command rotational speed.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of the procedure of the motor driving method in the present embodiment.
  • the processing routine of this flowchart is repeatedly executed every execution cycle (for example, 10 usec) unless the motor drive is stopped due to an abnormality in the PWM cycle.
  • the motor driving device 40 has been described with reference to an example of a functional block as shown in FIG. 2.
  • the motor driving method described below is implemented by a program, for example, with a microcomputer. It is good also as a structure which performs.
  • the PWM signal detection unit 47 is step S200
  • the cycle calculation unit 481 and the filter 482 are step S201
  • the cycle range determination unit 483 is step S202
  • the PWM cycle error calculation unit 50 is the block shown in FIG. This corresponds to step S203 and step S208, respectively.
  • step S200 detection of a PWM signal input as the command signal Rr from the host system 60 is started.
  • step S201 the period is measured.
  • step S202 in order to determine the noise of the detected PWM signal, it is confirmed whether the cycle is equal to or less than a predetermined value (step S202). If the period is equal to or less than the predetermined value, it is determined as noise (NG), and the process proceeds to step S203. If the period is equal to or greater than a predetermined value, it is determined that the noise is not present (OK), and the process proceeds to step S204. In step 203, a period NG period, that is, a period determined as noise is measured.
  • step S205 it is determined whether noise is continuously input and the NG period has reached a predetermined value or more (step S205). If the NG period is equal to or greater than the predetermined value, the motor drive is stopped (step S206). If the NG period is equal to or less than the predetermined value, the process proceeds to step S207, and the end of the motor driving process is determined. On the other hand, in step S204, when the motor is in a stopped state, the rotation operation is started. Next, a cycle error Epwm is calculated from the design cycle value of the PWM signal input from the host system 60 and the detected cycle value of the PWM signal (step S208).
  • the design cycle is a cycle used as a standard of the PWM signal determined in advance at the design stage of the blower.
  • the maximum error of the operation clock is calculated by referring to the temperature-maximum error table of the operation clock (step S209).
  • step S210 the actual rotation speed of the motor output shaft is calculated using the position detection sensor 38 (step S210). Further, the order of steps S204, S208, and S209 may be before and after, and any of them may be used.
  • the magnitude relation is compared (step S211). If the detected cyclic error Epwm of the PWM signal is smaller than the maximum error Emax of the operation clock, the actual rotational speed is corrected using the cyclic error Epwm (step S212).
  • step S207 If the host system 60 or the like is not instructed to end the process, the processes from step S200 to step S212 are repeated, and when the end is instructed, the process of the motor driving method is ended (step S207).
  • the motor driving device of the present invention is a driving device including a control circuit such as a microcomputer, for example, and the microcomputer operates using a clock with a low frequency accuracy (for example, a built-in RC clock).
  • a host system for example, a vehicle-mounted battery ECU
  • the rotation speed of the motor output shaft that rotates the impeller is given from the host system to the blower including the motor drive device using the duty ratio of the PWM signal.
  • the motor drive device detects the rotational speed of the motor output shaft from the switching time from the signal level ON to OFF and from OFF to ON output from the position detection sensor (for example, Hall sensor).
  • the motor driving apparatus constantly measures the period of the PWM signal input with high accuracy from the host system and recognizes the period error. By multiplying the calculated rotational speed by this periodic error, the true rotational speed is calculated, and speed feedback control is performed.
  • the motor drive device of the present invention has a function of checking the period range with a filter such as a low-pass filter or an averaging filter when measuring the PWM signal period from the host system.
  • the motor drive device of the present invention includes a maximum error conversion table for each temperature related to the provided operation clock. If the PWM signal cycle error is larger than the maximum error of the operation clock derived from the ambient temperature at that time, the actual operation speed correction using the PWM signal cycle error is not performed, and the provided operation clock The actual rotation speed is calculated only (for example, 8 MHz clock).
  • the motor drive device of the present invention has a function of executing the above-described motor drive method, and is configured to rotate the rotor based on the target rotation speed given from the host system.
  • the host system signal-connected to the blower including the motor drive device of the present invention includes a control circuit equipped with a microcomputer, a high-accuracy clock generation unit for operating the microcomputer, and the required cooling performance from the blower.
  • a target rotation speed generation unit that generates a target rotation speed
  • a PWM duty ratio generation unit that generates a duty ratio of a PWM signal based on the target rotation speed
  • a waveform generation unit that generates a PWM waveform from a high-accuracy clock signal .
  • alteration by the waveform signal supplied from the waveform generation part is provided.
  • the host system may have such a configuration.
  • the motor drive device of the present invention is a drive device including a control circuit in which a microcomputer is mounted, and the microcomputer includes an operation clock generation unit. Using the signal from the operation clock generation unit, the PWM signal detection unit for measuring the High and Low times of the PWM signal input from the host system, and the duty ratio and the period using the signal from the PWM signal detection unit A PWM duty ratio detection unit to detect and a PWM cycle detection unit are provided.
  • a target rotational speed conversion unit that converts the target rotational speed into a target rotational speed using a signal from the duty ratio detection unit, and a signal from the PWM cycle detection unit (a periodic signal counted using the operation clock generation unit 46, for example, 505 kHz ) And a PWM design cycle (a cycle of a predetermined value in design, for example, 500 kHz counted using the operation clock generator 46), a PWM cycle error (for example, 5 kHz in this case) is calculated.
  • a calculation unit is provided.
  • a sensor switching time detection unit that detects a switching time from ON to OFF and OFF to ON of a signal level output from a position detection sensor (for example, a hall sensor), a sensor switching time detection unit, and a cyclic error calculation
  • a position detection sensor for example, a hall sensor
  • a sensor switching time detection unit for example, a sensor switching time detection unit
  • a cyclic error calculation This is a configuration in which speed feedback control is performed using signals from an actual rotation speed calculation unit that calculates an actual rotation speed using a signal from the unit, and signals from a target rotation speed calculation unit and an actual rotation speed calculation unit.
  • the motor driving apparatus of the present invention further includes a filter such as a low-pass filter and an averaging filter and a period range determination unit in a PWM period detection unit that detects the period of the PWM signal input from the host system.
  • a filter such as a low-pass filter and an averaging filter and a period range determination unit in a PWM period detection unit that detects the period of the PWM signal input from the host system.
  • the blower motor driving device of the present invention includes a maximum error table for each temperature related to the operation clock generation unit provided in the blower, and the PWM clock error is derived from the ambient temperature at that time. If it is larger than the maximum error, the actual rotational speed is calculated using only the signal from the operation clock generator provided in the blower without correcting the actual rotational speed using the PWM cycle error.
  • blower motor drive device This enables the blower motor drive device to measure the actual rotation speed without causing a significant deterioration in accuracy and to suppress blower rotation errors when a clock error (decrease in accuracy) occurs in the host system.
  • the command signal supplied to the motor is the PWM signal, and the duty ratio of the PWM signal is given as the target rotation speed.
  • the period of the PWM signal is constantly measured, and the actual rotational speed calculated from the position detection sensor is corrected using the periodic error at that time, and the rotation control is performed.
  • the motor driving device of the present invention uses the error of the PWM cycle detected last time when the cycle of the given PWM signal is equal to or less than a predetermined value and the cycle determination unit of the PWM cycle detection unit determines “noise”. In this configuration, the actual rotation speed calculated from the position detection sensor is corrected and rotation control is performed.
  • the motor driving device of the present invention has a table of the temperature and maximum error of the operation clock provided in the motor, and when the PWM cycle error determination unit determines that the cycle error of the PWM signal is large, it is calculated from the position detection sensor. In this configuration, rotation control is performed without correcting the actual rotation speed.
  • the brushless motor of the present invention has a configuration in which the above-described motor driving device is incorporated or integrated.
  • the rotational speed deviation of the brushless motor provided in the blower or the like can be suppressed, it is possible to provide a motor drive device and a brushless motor that enable stable rotational speed and cooling performance with little variation.
  • the motor drive device and the brushless motor of the present invention are used in electrical equipment because they can suppress a rotational speed deviation and enable a stable rotational speed even when the accuracy of the operation clock is deteriorated due to heat generation during energization driving. It is useful for motors, and is particularly suitable for use in vehicles where temperature fluctuations are severe.

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Abstract

本モータ駆動装置は、周波数精度の低いクロック信号を生成する動作クロック生成部と、上位システムから入力される高精度のＰＷＭ信号のデューティ比から前記クロック信号に基づいて目標回転速度を検出するＰＷＭデューティ比検出部と、前記高精度のＰＷＭ信号の周期を前記クロック信号に基づいて検出するＰＷＭ周期検出部と、このＰＷＭ周期検出部から出力されるＰＷＭ周期と予め設計周期として設定されたＰＷＭ周期との誤差を算出するＰＷＭ周期誤差算出部と、ロータの永久磁石を検出する位置検出センサと、この位置検出センサからの信号を用いて、ロータの実回転速度を前記クロック信号に基づいて算出する実回転速度算出部とを備え、前記ＰＷＭ周期誤差に基づき前記実回転速度を補正することにより、前記クロック信号が周辺温度の影響を受けやすいといった低精度なものであっても，高精度な速度制御を実現する。

Description

モータ駆動装置およびブラシレスモータ
　本発明は、モータの回転速度ズレを補正するようにモータを駆動するモータ駆動装置およびブラシレスモータに関する。
　ハイブリッド自動車や電気自動車は、車自身を走行させるため、大型バッテリを搭載しており、その回路の冷却方法として、インペラー（羽根車）を備えたモータである空冷ブロアを搭載している。回路に流れる電流値等、車の走行状態に従い、その時々に必要な冷却性能（風量）が定められており、それを満足するようブロアを制御する必要がある。また、その冷却性能バラツキは、ブロアに依存しており、とりわけ、インペラーの回転速度バラツキに大きく影響している。
　このため、従来、回転速度バラツキが大きく、必要とされる冷却性能を満たせないと想定される場合は、設計段階で、予め大きめの回転速度で動作するように設計するか、または、回転速度を測定するユニット（マイコン）の動作クロックを高精度化し、回転速度バラツキを低減していた。一方で、動作クロックを補正する手段として、シリアル通信により制御ＩＣからクロック誤差を取得する方法があった（例えば、特許文献１参照）。
　しかしながら、上述した従来の手法は、大きめの回転数を実現するため、モータ駆動回路の許容電流量や放熱量を大きくする必要がある。このため、従来の手法では回路も含めブロアユニットとしては、サイズが大きくなってしまう。または、高精度クロックやシリアル通信回路を搭載した場合は、その分がコストアップにつながる、といった課題を有していた。
特開２０１０－０６１４７０号公報
　本発明のモータ駆動装置は、上位システムから入力されるＰＷＭ信号のデューティ比から目標回転速度を検出するＰＷＭデューティ比検出部と、ＰＷＭ信号の周期を検出するＰＷＭ周期検出部と、このＰＷＭ周期検出部から出力されるＰＷＭ周期と動作クロック生成部を用いて算出される予め基準として設定されたＰＷＭ周期との誤差を算出するＰＷＭ周期誤差算出部と、ロータの永久磁石を検出する位置検出センサと、この位置検出センサからの信号を用いて、ロータの実回転速度を算出する実回転速度算出部とを備える。そして、本モータ駆動装置は、ＰＷＭ周期誤差に基づき実回転速度を補正し、速度制御する構成である。
　本発明のモータ駆動装置によれば、ブロアに備えられた制御回路において、上位システムからのＰＷＭ信号に常時基づいて、モータ軸の実回転速度を補正検出する。
　このため、ブロアに備えられた動作クロックの固体バラツキ（周期ズレ）が大きい時だけでなく、モータコイルや回路の発熱時においても、動作クロックの温度特性（周期ズレ）による、実回転速度のズレを抑制し、安定した冷却性能を可能としたブロア駆動方法、ブロア駆動装置を提供できる。
図１は、本発明の実施の形態１におけるブラシレスモータの構造を示す図である。 図２は、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置のブロック図である。 図３は、動作クロックの温度と最大誤差との特性例を示す図である。 図４は、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置の手順の一例を示すフローチャートである。
　以下、本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置およびブロアなどに備えられるブラシレスモータについて図面を参照しながら説明する。
　（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１における、ブロアに備えられるブラシレスモータ１０の構造を示す図である。本実施の形態では、ロータがステータの内周側に回転自在に配置されたインナロータ型のブラシレスモータの例を挙げて説明する。本実施の形態のブラシレスモータは、複数相の巻線を有しており、各相がパルス幅変調（以下、適宜、ＰＷＭと呼ぶ）された信号で駆動されて回転する。
　図１に示すように、ブラシレスモータ１０は、ステータ１１、ロータ１２、回路基板１３およびモータケース１４を備えている。モータケース１４は密封された円筒形状の金属で形成されており、ブラシレスモータ１０は、このようなモータケース１４内にステータ１１、ロータ１２および回路基板１３を収納した構成である。モータケース１４は、ケース本体１４ａとケース蓋１４ｂとで構成され、ケース本体１４ａにケース蓋１４ｂを装着することで略密封されたモータケース１４となる。
　図１において、ステータ１１は、ステータ鉄心１５に相ごとの巻線１６を巻回して構成される。本実施の形態では、互いに１２０度位相が異なるＵ相、Ｖ相、Ｗ相とする３つの相に区分した巻線１６をステータ鉄心１５に巻回した一例を挙げて説明する。ステータ鉄心１５は、内周側に突出した複数の突極を有している。また、ステータ鉄心１５の外周側は概略円筒形状であり、その外周がケース本体１４ａに固定されている。
　ステータ１１の内側には、空隙を介してロータ１２が挿入されている。ロータ１２は、ロータフレーム１７の外周に円筒形状の永久磁石１８を保持し、軸受１９で支持された回転軸２０を中心に回転自在に配置される。すなわち、ステータ鉄心１５の突極の先端面と永久磁石１８の外周面とが対向するように配置されている。
　さらに、このブラシレスモータ１０には、各種の回路部品３１を実装した回路基板１３がモータケース１４の内部に内蔵されている。これら回路部品３１によって、モータを制御や駆動するためのモータ駆動装置が構成される。また、回路基板１３には、ロータ１２の回転位置を検出するために、ホール素子などによる位置検出センサ３８も実装されている。ステータ鉄心１５には支持部材２１が装着されており、回路基板１３は、この支持部材２１を介してモータケース１４内に固定される。そして、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれの巻線１６の端部が引出線１６ａとしてステータ１１から引き出されており、回路基板１３にそれぞれの引出線１６ａが接続されている。
　このような構成とするため、まず、ステータ１１をケース本体１４ａの内部に挿入してケース本体１４ａの内面に固定し、次にロータ１２、回路基板１３をケース本体１４ａの内部に収納した後、ケース蓋１４ｂをケース本体１４ａに固着する。このような手順で、位置検出センサやモータ駆動装置を内蔵したブラシレスモータ１０が形成される。なお、ブラシレスモータ１０がモータ駆動装置を一体化した構成であってもよい。特に、モータケース１４を金属製とすることによりシールド効果があるため、回路基板１３やステータ１１などから外部に放射される電磁ノイズを抑制できる。また、ステータ鉄心１５をケース本体１４ａに直接固定した構成であるため、ステータ１１で生じた熱を金属製のモータケース１４を介して外部に放熱できる。
　以上のように構成されたブラシレスモータ１０に対して、外部から電源電圧や制御信号を供給することにより、回路基板１３のモータ駆動装置によって巻線１６に駆動電流が流れ、ステータ鉄心１５から磁界が発生する。そして、ステータ鉄心１５からの磁界と永久磁石１８からの磁界とにより、それら磁界の極性に応じて吸引力および反発力が生じ、これらの力によって回転軸２０を中心にロータ１２が回転する。
　なお、本実施の形態では、以上のようなインナロータ型ブラシレスモータを用いて説明しているが、アウターモータ型についても適用でき、さらにブラシ付モータなどロータ回転型モータ全般でも適用できる。
　また、ブラシレスモータ１０の回転軸２０に、送風用のインペラーを装着することで空冷用などに利用されるブロアが構成される。
　次に、回路基板１３上に実装された位置検出センサ３８や回路部品３１により構成された本実施の形態のモータ駆動装置について説明する。
　図２は、本実施の形態におけるブラシレスモータ１０のモータ駆動装置４０のブロック図である。モータ駆動装置４０は、３つの相にそれぞれ対応する位置検出センサ３８とともに、回転速度制御部４１、駆動波形生成部４２、ＰＷＭ回路４３、インバータ４４、通電タイミング生成部４５、動作クロック生成部４６、ＰＷＭ信号検出部４７、ＰＷＭ周期検出部４８、ＰＷＭデューティ比検出部４９、ＰＷＭ周期誤差算出部５０、動作クロック温度－最大誤差テーブル５１、ＰＷＭ周期誤差判定部５２、実回転速度算出部５３、センサ切替り時間検出部５４、および目標回転速度変換部５５を備える。また、モータ駆動装置４０には、例えば外部の上位システム６０などから、目標回転速度として、例えば１分間あたりの回転速度（ｒｐｍ）を目標とする指令信号Ｒｒが通知される。ＰＷＭ信号検出部４７およびセンサ切替り時間検出部５４は、動作クロック生成部４６からのクロック信号である信号Ｃｋに基づき、ＰＷＭ信号の検出およびセンサ切替り時間の検出を行う。本実施の形態では、上位システム６０から、ＰＷＭ（パルス幅変調）された信号である指令信号Ｒｒが出力され、このＰＷＭ信号のデューティ比でモータ駆動装置４０に目標回転速度を与える。これと共に、その検出したＰＷＭ信号周期誤差Ｅｐｗｍとロータ１２の回転位置を検出する位置検出センサ３８の出力信号Ｄｅｔとに基づいて、実回転速度信号Ｒｖを生成する一例を挙げている。
　具体的には、上位システム６０から指令伝達手段として、ＰＷＭ信号である指令信号Ｒｒが入力され、デューティ比で目標回転速度が与えられる。ただし、ＰＷＭ信号の周期は、例えば周波数５００Ｈｚの周期２ｍｓとするような予め設計周期として定められた固定値である。ＰＷＭ信号検出部４７は、入力されたＰＷＭ波形の信号レベルＨｉｇｈおよびＬｏｗの時間幅を、ブロアに備わっている動作クロック生成部４６からのクロック信号Ｃｋを用いてカウントされる。この両カウント値が、ＰＷＭ周期検出部４８およびＰＷＭデューティ比検出部４９に通知される。ＰＷＭデューティ比検出部４９は、ＰＷＭ信号検出部４７からの信号を用いて、デューティ比と周期とを検出する。目標回転速度変換部５５は、ＰＷＭデューティ比検出部４９からのデューティ比と周期とを示す信号を用いて、指令信号Ｒｒが示す目標回転速度へ変換し、目標回転速度を示す指令信号Ｔｖとして出力する。なお、上記のようなカウント動作を行うため、クロック信号Ｃｋの周波数は、ＰＷＭ信号の周波数よりも十分に高い周波数としている。
　ここで、通常、上位システム６０は、例えば水晶発振器などを用いた高精度クロックで動作している。このため、上位システム６０から供給される指令信号ＲｒのＰＷＭのパルス周期も精度が高い。一方、コスト面などから、モータ駆動装置４０における動作クロック生成部４６のクロック精度は一般的に低く、例えば温度による周波数変動も上位システム６０に比べて大きい。詳細については以下で説明するが、本実施の形態では、このような精度の高い指令信号Ｒｒのパルス周期を利用して、回転速度の精度を確保している。
　ＰＷＭ周期検出部４８では、周期算出部４８１により、ＰＷＭ信号検出部４７からのカウント値に基づいて、ＰＷＭ波形のＨｉｇｈおよびＬｏｗ時間幅、さらに両時間幅を加算したＰＷＭ周期を算出する。その後、ノイズ等による周期の急変を防ぐためフィルタ４８２を通し、ＰＷＭ周期Ｈｆを出力する。ここで、フィルタ４８２は、ローパスフィルタや平均化フィルタである。周期範囲判定部４８３では、ＰＷＭ周期Ｈｆがノイズレベルかどうか判定し、その判定結果をＯＫ／ＮＧ信号ＪｚとしてＰＷＭ周期誤差算出部５０へ出力する。そして、ＰＷＭ周期誤差算出部５０では、予め定められた周期と検出したＰＷＭ信号の周期との差である周期誤差Ｅｐｗｍを算出する。ただし、周期範囲判定部４８３からの信号ＪｚがＮＧ、すなわちノイズレベルの判定の場合は、前回のＰＷＭ周期誤差Ｅｐｗｍを出力する。
　図３は、ブロアに備えられた動作クロックの生成箇所周辺の温度と最大誤差との関係を示し、図２の動作クロック温度－最大誤差テーブル５１の一例である。動作クロック温度－最大誤差テーブル５１では、温度センサ５１１から周辺温度を取得し、その温度における、モータに備えられた動作クロックの最大誤差を導出する。ＰＷＭ周期誤差判定部５２では、動作クロックの最大誤差Ｅｍａｘと検出したＰＷＭ信号の周期誤差Ｅｐｗｍの大小を比較し、誤差判定信号Ｊｅを出力する。そして、センサ切替り時間検出部５４は、位置検出センサ３８からの位置検出センサ信号Ｄｅｔによる位置情報を、ＰＷＭ周期の場合と同様に動作クロック生成部４６のクロック信号Ｃｋを用いてカウントされる。さらに、センサ切替り時間検出部５４は、例えば微分演算などを行い、ロータ１２の回転速度を算出し、検出速度信号Ｒｏを出力する。ここで、センサ切替り時間検出部５４は、動作クロック生成部４６の周波数精度の低いクロック信号Ｃｋをカウントし、このカウント値に基づいて回転速度を算出している。このため、算出した回転速度の精度も低い。本実施の形態では、センサ切替り時間検出部５４から出力される精度の低い検出速度信号Ｒｏに対し、次に説明する実回転速度算出部５３によって実回転速度の精度を補償している。
　実回転速度算出部５３は、ＰＷＭ周期誤差判定部５２からの誤差判定信号ＪｅおよびＰＷＭ周期誤差算出部５０からのＰＷＭ周期誤差信号Ｅｐｗｍを用いて、乗算演算などを行い、実回転速度信号Ｒｖとして出力する。すなわち、実回転速度算出部５３は、周期誤差Ｅｐｗｍを用いて検出速度信号Ｒｏを補正し、補正した実回転速度を実回転速度信号Ｒｖとして出力している。
　例えば、ＰＷＭの設計周期に対応する周波数を５００Ｈｚとし、ＰＷＭ周期検出部４８が動作クロック生成部４６のクロック信号Ｃｋをカウントして求めた周期に対応する周波数が５０５Ｈｚであったとすると、ＰＷＭ周期誤差は５Ｈｚとなる。実回転速度算出部５３は、このようなＰＷＭ周期誤差を示すＰＷＭ周期誤差信号Ｅｐｗｍを用いて、検出速度信号Ｒｏを補正し、実回転速度信号Ｒｖとして出力している。
　ただし、ＰＷＭ周期誤差判定部５２において、ＰＷＭ周期誤差信号Ｅｐｗｍの方が大きいと判定した場合は、ＰＷＭ周期誤差信号Ｅｐｗｍを用いた補正処理を実施せず、センサ切替り時間検出部５４から出力される検出速度信号Ｒｏを実回転速度信号Ｒｖとして出力する。
　回転速度制御部４１は、目標回転速度を示す指令信号Ｔｖと、実回転速度算出部５３が算出した実回転速度を示す実回転速度信号Ｒｖとの偏差Ｄｆから、目標回転速度に従った実速度で回転するように、偏差Ｄｆに応じたトルク量を示す回転制御信号Ｄｄを生成し、駆動波形生成部４２に供給する。駆動波形生成部４２は、巻線１６を駆動するための波形信号Ｗｄを相ごとに生成し、生成した波形信号ＷｄをＰＷＭ回路４３に供給する。巻線１６を正弦波駆動する場合には波形信号Ｗｄは正弦波信号であり、巻線１６を矩形波駆動する場合には波形信号Ｗｄは矩形波信号である。また、波形信号Ｗｄの振幅は、回転制御信号Ｄｄに応じて決定される。そして、波形信号ＷｄをＰＷＭ回路４３に供給するタイミングは、通電タイミング生成部４５からの通電位相信号Ｄｐに応じて決定される。基準とするタイミングに対して、通電位相信号Ｄｐに応じたタイミングが進み方向の位相のときにはいわゆる進角であり、遅れ方向の位相のときには遅角である。
　ＰＷＭ回路４３は、駆動波形生成部４２から相ごとに供給された波形信号Ｗｄを変調信号として、それぞれにパルス幅変調（ＰＷＭ）を行う。ＰＷＭ回路４３は、このように波形信号Ｗｄでパルス幅変調したパルス列の信号である駆動パルス信号Ｐｄを、インバータ４４に供給する。インバータ４４は、駆動パルス信号Ｐｄに基づいて、相ごとに巻線１６への通電を行い、巻線１６を駆動する。インバータ４４は、電源の正極側に接続されたスイッチ素子と負極側に接続されたスイッチ素子とを、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれに備えている。
　また、正極側と負極側との両スイッチ素子の反電源側は互いに接続されており、この接続部がインバータ４４から巻線１６を駆動する駆動出力端部となる。Ｕ相の駆動出力端部Ｕｏは巻線１６Ｕに、Ｖ相の駆動出力端部Ｖｏは巻線１６Ｖに、そして、Ｗ相の駆動出力端部Ｗｏは巻線１６Ｗに、それぞれ引出線１６ａを介して接続される。そして、それぞれの相において、駆動パルス信号Ｐｄによりスイッチ素子がオンオフされると、電源からオンのスイッチ素子を介し、駆動出力端部から巻線１６に駆動電流が流れる。ここで、駆動パルス信号Ｐｄは波形信号Ｗｄをパルス幅変調した信号であるため、各スイッチ素子がこのようにオンオフされることにより、波形信号Ｗｄに応じた駆動電流でそれぞれの巻線１６が通電される。
　次に、通電位相信号Ｄｐを生成するための構成について説明する。まず、回路基板１３上に実装された位置検出センサ３８は、回転するロータ１２の永久磁石１８の磁極変化を検出し、位置検出センサ信号Ｄｅｔとして出力する。位置検出センサ信号Ｄｅｔは、通電タイミング生成部４５およびセンサ切替り時間検出部５４に供給される。
　通電タイミング生成部４５は、位置検出センサ信号Ｄｅｔのタイミングを基準タイミングとして、ブラシレスモータ１０の巻線１６に流れる駆動電流の位相遅れ（巻線のインダクタンスの影響などによる基準タイミングに対する位相遅れ）を調整するため、基準タイミングから所定の進角量だけ位相をずらした通電タイミングを生成する。そして、通電タイミング生成部４５は、基準タイミングから所定の進角量だけ進角したタイミングを示す通電位相信号Ｄｐを生成する。このような通電位相信号Ｄｐが、駆動波形生成部４２に供給される。これにより、駆動波形生成部４２は、位置検出センサ信号Ｄｅｔに基づく基準タイミングから通電位相信号Ｄｐだけ進角したタイミングで、波形信号Ｗｄを出力する。すなわち、モータ駆動装置４０は、回転制御信号Ｄｄに応じた振幅かつ進角量に応じた位相の波形信号Ｗｄで巻線１６を通電駆動するように動作する。
　以上のような構成により、指令信号Ｒｒに従ってロータ１２の回転速度を制御するフィードバック制御ループが形成される。すなわち、本実施の形態では、指令回転速度に追従してロータ１２が回転するようにフィードバック制御して、ロータ１２を回転させている。
　図４は、本実施の形態におけるモータ駆動方法の手順の一例を示すフローチャートである。本フローチャートの処理ルーチンは、ＰＷＭ周期の異常によりモータ駆動停止にならない限り、実行周期（例えば１０ｕｓｅｃ）毎に繰返し実行される。なお、以上の説明では、モータ駆動装置４０の構成として図２のような機能ブロックで構成した一例を挙げて説明したが、例えばマイコンを備えた構成とし、以下に説明するモータ駆動方法をプログラムによって実行するような構成としてもよい。
　図４のフローチャートは、図２に示す各ブロックにおいて、ＰＷＭ信号検出部４７はステップＳ２００、周期算出部４８１とフィルタ４８２はステップＳ２０１、周期範囲判定部４８３はステップＳ２０２、ＰＷＭ周期誤差算出部５０はステップＳ２０３とステップＳ２０８にそれぞれ対応している。
　図４において、本モータ駆動方法の処理を開始すると、まず、上位システム６０から指令信号Ｒｒとして入力されるＰＷＭ信号の検出を開始する（ステップＳ２００）。ＰＷＭ信号が検出されると、周期を測定する（ステップＳ２０１）。
　次に、検出されたＰＷＭ信号のノイズ判定をするため、周期が所定の値以下かを確認する（ステップＳ２０２）。周期が所定の値以下の場合、ノイズと判定（ＮＧ）し、ステップＳ２０３へ進む。周期が所定の値以上の場合、ノイズでないと判定（ＯＫ）し、ステップＳ２０４へ進む。ステップ２０３では、周期ＮＧ期間、すなわちノイズと判定している期間を測定する。
　次に、連続してノイズが入力され、ＮＧ期間が所定の値以上に達しているか判定する（ステップＳ２０５）。ＮＧ期間が所定の値以上の場合、モータの駆動を停止する（ステップＳ２０６）。ＮＧ期間が所定の値以下の場合、ステップＳ２０７へ進み、モータ駆動処理の終了判定を行う。一方、ステップＳ２０４では、モータが停止状態の場合、回転動作を開始する。次に、上位システム６０から入力されるＰＷＭ信号の設計周期の値と、検出したＰＷＭ信号の周期の値とから周期誤差Ｅｐｗｍを算出する（ステップＳ２０８）。ここで、設計周期は、本ブロアの設計段階等の時点で予め定めたＰＷＭ信号の標準とする周期である。次に、ブロアモータの温度センサ５１１から取得した値を用いて、動作クロックの温度－最大誤差テーブルを参照し、動作クロックの最大誤差を算出する（ステップＳ２０９）。
　次に位置検出センサ３８を用いて、モータ出力軸の実回転速度を算出する（ステップＳ２１０）。また、ステップＳ２０４、Ｓ２０８、Ｓ２０９の順序は、前後しても良く、いずれでも構わない。検出したＰＷＭ信号の周期誤差Ｅｐｗｍと動作クロックの最大誤差Ｅｍａｘとを算出後、大小関係を比較する（ステップＳ２１１）。検出したＰＷＭ信号の周期誤差Ｅｐｗｍの方が、動作クロックの最大誤差Ｅｍａｘよりも小さい場合、周期誤差Ｅｐｗｍを用いて実回転速度を補正する（ステップＳ２１２）。
　一方、検出したＰＷＭ信号の周期誤差Ｅｐｗｍの方が、動作クロックの最大誤差Ｅｍａｘよりも大きい場合、ＰＷＭ信号を生成出力した上位システム６０のクロック異常と判断し、周期誤差Ｅｐｗｍによる実回転速度の補正を実施せず、終了判定ステップＳ２０７へ進む。そして、上位システム６０などから処理の終了を指令されない場合は、ステップＳ２００からステップＳ２１２までの処理を繰り返し、終了が指令されると本モータ駆動方法の処理を終了する（ステップＳ２０７）。
　また、図４に示す処理において、実回転速度をＰＷＭ周期誤差Ｅｐｗｍで補正する際、Ｅｐｍｗの値を１から徐々に増加または減少させていく手法でもよく、ノイズ等による一時的なＰＷＭ周期の変動や、その変動による回転速度の変動、ひいては騒音などを抑制することができる。
　以上のように、本発明のモータ駆動装置は、例えばマイコンなどの制御回路を含む駆動装置であって、本マイコンは周波数精度の低いクロック（例えば内蔵ＲＣクロック）を用いて動作している。また、上位システム（例えば、車載のバッテリーＥＣＵ）は、ＣＡＮ通信機能等を有し、それらを実現するため、常時、高精度クロックで動作している。上位システムから本モータ駆動装置を含むブロアへ、ＰＷＭ信号のデューティ比を用いて、インペラーを回転させるモータ出力軸の回転速度が与えられる。本モータ駆動装置によって、位置検出センサ（例えば、ホールセンサ）から出力される信号レベルＯＮからＯＦＦおよびＯＦＦからＯＮへの切替り時間から、モータ出力軸の回転速度が検出される。また、本モータ駆動装置は、上位システムから高精度に入力されるＰＷＭ信号の周期を常時計測すると共に、周期誤差を認識している。この周期誤差を算出された回転速度に乗算することにより、真の回転速度を算出し、速度フィードバック制御を実施する。
　これにより、モータ駆動装置に備えられた動作クロック（例えば、マイコン内蔵クロックまたは外付けのクロック）の誤差が大きくても、モータ出力軸の真の回転速度を高精度に測定し、速度制御することができる。このため、例えば本モータ駆動装置をブロアに実装すると、ブロア固体毎のバラツキが小さい安定した冷却性能を実現することができる。
　また、本発明のモータ駆動装置は、上位システムからのＰＷＭ信号周期を測定する際、ローパスフィルタや平均化フィルタ等のフィルタと周期範囲とのチェック機能を備えている。
　これにより、ＰＷＭ信号へノイズが印加されたとしても、周期誤差、ひいては、算出される真の回転速度が不安定になる事による、モータ回転音の増大を抑制できる。
　また、本発明のモータ駆動装置は、備えられた動作クロックに関する、温度毎の最大誤差変換テーブルを備えている。そして、ＰＷＭ信号周期誤差が、その時々の周辺温度から導出された動作クロックの最大誤差よりも大きい場合は、ＰＷＭ信号周期誤差を用いた実回転速度の補正を実施せず、備えられた動作クロック（例えば、８ＭＨｚのクロック）のみで実回転速度を算出する。
　これにより、上位システムのクロック異常（精度悪化）発生時、精度の大幅な悪化を招く事無く、実回転速度を測定することができ、モータ回転誤差を抑制することができる。
　さらに、本発明のモータ駆動装置は、上述のモータ駆動方法を実行する機能を備え、上位システムから与えられた目標回転速度に基づいて、ロータを回転駆動させる構成である。
　また、本発明のモータ駆動装置を含むブロアと信号接続される上位システムは、マイコンを搭載した制御回路を備え、マイコンを動作させる高精度のクロック生成部と、必要とされる冷却性能からブロアの目標回転速度を生成する目標回転速度生成部と、目標回転速度に基づきＰＷＭ信号のデューティ比を生成するＰＷＭデューティ比生成部と、高精度クロック信号からＰＷＭ波形を生成するための波形生成部を備える。そして、波形生成部から供給された波形信号によりパルス幅変調したパルス信号を生成するＰＷＭ回路を備える。上位システムは、このような構成とすればよい。
　さらに、本発明のモータ駆動装置は、マイコンを搭載した制御回路を含む駆動装置であって、本マイコンは動作クロック生成部を備える。この動作クロック生成部からの信号を用いて、上位システムから入力されるＰＷＭ信号のＨｉｇｈおよびＬｏｗ時間を測定するＰＷＭ信号検出部と、ＰＷＭ信号検出部からの信号を用いて、デューティ比と周期を検出するＰＷＭデューティ比検出部とＰＷＭ周期検出部を備える。さらに、デューティ比検出部からの信号を用いて、目標回転速度へ変換する目標回転速度変換部と、前記ＰＷＭ周期検出部からの信号（動作クロック生成部４６を用いてカウントした周期信号、例えば５０５ｋＨｚ）とＰＷＭの設計周期（設計上の所定値の周期、例えば動作クロック生成部４６を用いてカウントした５００ｋＨｚ）を用いて、ＰＷＭ周期誤差（例えば、この場合５ｋＨｚとなる）を算出するＰＷＭ周期誤差算出部を備える。そして、位置検出センサ（例えば、ホールセンサ）から出力される信号レベルＯＮからＯＦＦおよびＯＦＦからＯＮへの切替り時間を検出するセンサ切替り時間検出部と、センサ切替り時間検出部と周期誤差算出部からの信号を用いて、実回転速度を算出する実回転速度算出部と、目標回転速度算出部と実回転速度算出部からの信号を用いて、速度フィードバック制御を行う構成である。
　この構成により、例えばブロアに搭載されたマイコンにおいて、動作クロックの誤差が大きくても、モータ出力軸の回転速度を高精度に検出することができるため、ブロア固体毎のバラツキが小さい安定した冷却性能を実現することができる。
　また、本発明のモータ駆動装置は、上位システムから入力されるＰＷＭ信号の周期を検出するＰＷＭ周期検出部にローパスフィルタや平均化フィルタ等のフィルタと周期範囲判定部を備えている。
　これにより、ＰＷＭ信号へのノイズ印加時、周期誤差、ひいては、算出される実回転速度が不安定になる事による、ブロア回転音の増大を抑制できる。
　また、本発明のブロアモータ駆動装置は、ブロアに備えられた動作クロック生成部に関する、温度毎の最大誤差テーブルを備え、ＰＷＭ周期誤差が、その時々の周辺温度から導出された前記動作クロック生成部の最大誤差よりも大きい場合、ＰＷＭ周期誤差を用いた実回転速度の補正を実施せず、ブロアに備えられた動作クロック生成部からの信号のみで実回転数を算出する。
　これにより、上位システムのクロック異常（精度悪化）発生時、ブロアモータ駆動装置は、精度の大幅な悪化を招く事無く、実回転速度を測定することができ、ブロア回転誤差を抑制することができる。
　以上、本発明のモータ駆動装置は、モータに供給される指令信号をＰＷＭ信号とし、ＰＷＭ信号のデューティ比を目標回転速度として与えられる。ＰＷＭ信号の周期を常時測定し、その時々の周期誤差を用いて、位置検出センサから算出した実回転速度を補正し、回転制御を行う構成である。
　また、本発明のモータ駆動装置は、与えられたＰＷＭ信号の周期が所定の値以下となり、ＰＷＭ周期検出部の周期判定部が「ノイズ」と判定すると、前回検出したＰＷＭ周期の誤差を用いて、位置検出センサから算出した実回転速度を補正し、回転制御を行う構成である。
　また、本発明のモータ駆動装置は、モータに備えられた動作クロックの温度と最大誤差のテーブルを持ち、ＰＷＭ周期誤差判定部が、ＰＷＭ信号の周期誤差大と判定すると、位置検出センサから算出した実回転速度を補正せず、そのまま回転制御を行う構成である。さらに、本発明のブラシレスモータは、上述のモータ駆動装置を内蔵または一体化した構成である。
　したがって、本発明によれば、ブロアなどに備えられたブラシレスモータの回転速度ズレを抑制できるため、バラツキが小さく安定した回転速度、冷却性能を可能としたモータ駆動装置およびブラシレスモータを提供できる。
　本発明のモータ駆動装置およびブラシレスモータは、通電駆動中において、発熱等による動作クロックの精度悪化時も、回転速度ズレを抑制し、安定した回転速度を可能にできるため、電気機器に使用されるモータに有用であり、特に、温度変動が激しい車載用として利用することが好適である。
　１０　　ブラシレスモータ
　１１　　ステータ
　１２　　ロータ
　１３　　回路基板
　１４　　モータケース
　１４ａ　　ケース本体
　１４ｂ　　ケース蓋
　１５　　ステータ鉄心
　１６，１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗ　　巻線
　１６ａ　　引出線
　１７　　ロータフレーム
　１８　　永久磁石
　１９　　軸受
　２０　　回転軸
　２１　　支持部材
　３１　　回路部品
　３８　　位置検出センサ
　４０　　モータ駆動装置
　４１　　回転速度制御部
　４２　　駆動波形生成部
　４３　　ＰＷＭ回路
　４４　　インバータ
　４５　　通電タイミング生成部
　４６　　動作クロック生成部
　４７　　ＰＷＭ信号検出部
　４８　　ＰＷＭ周期検出部
　４９　　ＰＷＭデューティ比検出部
　５０　　ＰＷＭ周期誤差算出部
　５１　　動作クロック温度－最大誤差テーブル
　５２　　ＰＷＭ周期誤差判定部
　５３　　実回転速度算出部
　５４　　センサ切替り時間検出部
　５５　　目標回転速度変換部
　６０　　上位システム
　４８１　　周期算出部
　４８２　　フィルタ
　４８３　　周期範囲判定部
　５１１　　温度センサ

Claims (5)

  1. 永久磁石を保持し回転軸を中心として回転自在に配置されたロータと、複数の突極を有するステータ鉄心に相ごとの巻線を巻回したステータと、前記巻線に通電するためのモータ駆動回路と、このモータ駆動回路のクロック信号を生成する動作クロック生成部とを備えたモータ駆動装置であって、
    上位システムから入力されるＰＷＭ信号のデューティ比から目標回転速度を検出する前記ＰＷＭデューティ比検出部と、
    前記ＰＷＭ信号の周期を検出するＰＷＭ周期検出部と、
    このＰＷＭ周期検出部から出力されるＰＷＭ周期と前記動作クロック生成部を用いて算出される予め基準として設定されたＰＷＭ周期との誤差を算出するＰＷＭ周期誤差算出部と、
    前記ロータの永久磁石を検出する位置検出センサと、
    この位置検出センサからの信号を用いて、前記ロータの実回転速度を算出する実回転速度算出部とを備え、
    前記ＰＷＭ周期誤差に基づき前記実回転速度を補正し、速度制御することを特徴とするモータ駆動装置。
  2. モータ内の温度を計測する温度センサと、この温度センサにより計測される各温度での前記動作クロックの誤差を示す動作クロック温度－最大誤差テーブルとを備え、
    前記モータ内の温度と前記動作クロック温度－最大誤差テーブルから導出された最大誤差が、前記上位システムから入力されるＰＷＭ信号のＰＷＭ周期検出部の信号から算出されたＰＷＭ周期誤差よりも大きい場合に、前記ＰＷＭ周期誤差算出部による補正を行いながら速度制御することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
  3. 前記ＰＷＭ周期検出部にフィルタを備え、上位システムから入力されたＰＷＭ信号の検出周期が、所定の周期よりも小さい場合は、前回の周期誤差を出力する、または、モータ駆動を停止することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータ駆動装置。
  4. 前記フィルタは、ローパスフィルタおよび平均化フィルタのいずれかであることを特徴とする請求項３に記載のモータ駆動装置。
  5. 請求項１または請求項２に記載のモータ駆動装置を内蔵または一体化したことを特徴とするブラシレスモータ。
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