WO2018043405A1 - ブラシレスモータおよび制御方法 - Google Patents

ブラシレスモータおよび制御方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2018043405A1
WO2018043405A1 PCT/JP2017/030751 JP2017030751W WO2018043405A1 WO 2018043405 A1 WO2018043405 A1 WO 2018043405A1 JP 2017030751 W JP2017030751 W JP 2017030751W WO 2018043405 A1 WO2018043405 A1 WO 2018043405A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
speed
energization
rotor
energization pattern
control
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/030751
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
池田　健
Original Assignee
株式会社ミツバ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社ミツバ filed Critical 株式会社ミツバ
Priority to US16/328,333 priority Critical patent/US11316450B2/en
Priority to EP17846410.3A priority patent/EP3509206B1/en
Priority to CN201780035456.3A priority patent/CN109379901B/zh
Publication of WO2018043405A1 publication Critical patent/WO2018043405A1/ja

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/15—Controlling commutation time
    • H02P6/153—Controlling commutation time wherein the commutation is advanced from position signals phase in function of the 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
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
    • 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
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/0004—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
    • H02P23/0027—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control using different modes of control depending on a parameter, e.g. the 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
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/15—Controlling commutation time
    • 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
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60S—SERVICING, CLEANING, REPAIRING, SUPPORTING, LIFTING, OR MANOEUVRING OF VEHICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60S1/00—Cleaning of vehicles
    • B60S1/02—Cleaning windscreens, windows or optical devices
    • B60S1/04—Wipers or the like, e.g. scrapers
    • B60S1/06—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive
    • B60S1/08—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven

Definitions

  • the present invention relates to a brushless motor and a control method.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2016-170801 filed on Sep. 1, 2016, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • the position and rotational speed of the rotor are detected by a position detection unit such as a hall sensor, and the advance angle and energization angle of the energization waveform for the stator are controlled.
  • the advance angle corresponds to the difference expressed by the electrical angle between the position detected by the position detection unit and the position where the energization state is changed.
  • the energization angle is a period represented by an electrical angle that continues the same energization state.
  • the timing for changing the energized state is calculated according to the position detected based on the output of the position detector and the rotational speed. That is, in the advance angle and energization angle control, the advance angle and energization angle are controlled based on the timing estimated according to the past detection result.
  • the motor control device described in Patent Document 1 solves the problem of a decrease in driving torque due to a decrease in estimation accuracy with the following configuration, when the load fluctuation is large during low-speed rotation. That is, in the motor control device described in Patent Document 1, according to the rotational speed, control for suppressing the magnitude of the difference between the position detected by the position detection unit and the position where the energization state is changed, and normal progress. Switching the angle control solves the problem of a decrease in driving torque due to load fluctuations during low-speed rotation.
  • the control for suppressing the above-described difference and the normal advance control are switched according to the rotational speed of the rotor. That is, when the rotational speed is less than the predetermined rotational speed, control for suppressing the magnitude of the difference is selected, and when the rotational speed is equal to or higher than the predetermined rotational speed, normal advance angle control is selected.
  • a predetermined rotational speed that is a threshold value for the determination condition. That is, if the threshold value of the determination condition is set high, it is conceivable that the range in which normal advance angle control is effective is limited, and sufficient operating characteristics cannot be obtained.
  • the threshold value of the determination condition is set to be low, sufficient estimation accuracy cannot be obtained when the load is large, for example, and the motor may be repeatedly stopped and restarted. .
  • An object of an aspect of the present invention is to provide a brushless motor and a control method capable of appropriately switching between low speed control and high speed control.
  • a brushless motor includes a stator having a three-phase winding; a rotor having a permanent magnet and rotating in a state of facing the stator; a plurality of switching elements; An inverter that energizes an alternating current to the three-phase winding by turning on or off the element; and a low-speed energization control of an energization pattern that represents a change in the energization state of each phase of the three-phase winding according to the rotation of the rotor And a control unit that controls an on or off state of the plurality of switching elements by switching to a low-speed energization pattern for high-speed energization or a high-speed energization pattern for high-speed energization control, and the control unit has a predetermined rotational speed of the rotor The energization pattern is switched to the low-speed energization pattern when the threshold value is less than the threshold value, and the rotor Loa
  • the control unit uses the pulse width modulation to set the duty ratio so that the rotation speed of the rotor becomes a predetermined target value when the plurality of switching elements are controlled to be on or off.
  • the duty ratio for setting the rotational speed of the rotor to the target value is less than the limit value, the load of the rotor is within the predetermined range. You may determine with a state.
  • the brushless motor includes a position detection unit that detects a rotational position of the rotor, and the low-speed energization pattern immediately changes the energization state of each phase at the timing when the output signal of the position detection unit changes, and
  • the energization pattern changes the energization state of each phase by shifting by a predetermined time that changes according to the rotation speed from the timing when the output signal of the position detection unit changes, and the energization angle in the high-speed energization pattern is the low-speed energization pattern It may be larger than the energization angle in the pattern.
  • a control method includes: a stator having a three-phase winding; a rotor having a permanent magnet and rotating in a state facing the stator; a plurality of switching elements; An inverter that supplies an alternating current to the three-phase winding by turning on or off the switching element; and a low-speed energization pattern that represents a change in the conduction state of each phase of the three-phase winding according to the rotation of the rotor
  • a control unit that switches to a low-speed energization pattern for energization control or a high-speed energization pattern for high-speed energization control to control the on or off state of the plurality of switching elements; When the rotational speed of the rotor is less than a predetermined threshold, the energization pattern is switched to the low-speed energization pattern, and the rotational speed of the rotor is the threshold. It includes switching the energization pattern when the rotor load in the
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a wiper device 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the wiper device 10 shown in FIG. 1 has a wiper arm 3a on the driver's seat side and a wiper arm 3b on the passenger's seat side that are swingably provided on the vehicle body.
  • a wiper blade 4a on the driver's seat side is attached to the wiper arm 3a on the driver's seat side.
  • a wiper blade 4b on the passenger seat side is attached to the wiper arm 3b on the passenger seat side.
  • the wiper blade 4a is in contact with the windshield 300 while being pressed against the windshield 300 by a spring member (not shown) provided in the wiper arm 3a.
  • the wiper blade 4b is in contact with the windshield 300 while being pressed against the windshield 300 by a spring member (not shown) or the like provided in the wiper arm 3b.
  • the vehicle body is provided with two wiper shafts (wiper shaft 9a and wiper shaft 9b).
  • the base end portion of the wiper arm 3a is attached to the wiper shaft 9a.
  • the base end portion of the wiper arm 3b is attached to the wiper shaft 9b.
  • the wiper device 10 is provided with two motor devices (a motor device 100a and a motor device 100b).
  • the motor device 100a swings the wiper arm 3a.
  • the motor device 100b swings the wiper arm 3b.
  • the wiper device 10 performs forward and reverse control by synchronizing the two motor devices 100a and 100b, so that the wiper blade 4a swings in the wiping range 5a indicated by a one-dot chain line, and the wiping range indicated by the wiper blade 4b by a one-dot chain line. Oscillate in 5b.
  • the motor device 100a includes a brushless motor (hereinafter sometimes simply referred to as a motor) 1a and a speed reduction mechanism 2a.
  • the motor device 100b includes a brushless motor 1b and a speed reduction mechanism 2b.
  • the brushless motor 1a is connected to the ECU 200, which is a vehicle-side controller, via an in-vehicle LAN (local area network) 400. From the ECU 200 to the brushless motor 1a, ON / OFF of the wiper switch, switch information such as Lo, Hi, and INT (intermittent operation), engine activation information, vehicle speed information, and the like are input via the in-vehicle LAN 400.
  • the brushless motors 1a and 1b are connected by a communication line 500.
  • the brushless motor 1a and the brushless motor 1b cooperate to control the operations of the wiper blades 4a and 4b by transmitting and receiving predetermined information via the communication line 500.
  • the brushless motor 1a and the brushless motor 1b differ in the contents of some programs, but the basic configuration can be the same.
  • the brushless motor 1a includes an inverter 11, a control unit 12, a rotor 13, a stator 14, and hall sensors 15u, 15v, and 15w.
  • the stator 14 has a stator core (not shown) and windings 14u, 14v and 14w wound around a plurality of slots of the stator core.
  • the windings 14u, 14v and 14w are delta-connected three-phase windings.
  • the connection method is not limited to delta connection, but may be star connection.
  • the rotor 13 has a permanent magnet and rotates in a state facing the stator 14.
  • the rotor 13 may be an inner rotor type structure disposed inside the stator 14.
  • the rotor 13 may be an outer rotor type structure arranged outside the stator 14.
  • the structure of the rotor 13 and the stator 14 is not limited. For example, a 4-pole 6-slot structure in which the number of permanent magnets composed of N and S poles is 4 and the number of slots of the stator 14 is 6 can be used. .
  • Hall sensors (position detection units) 15u, 15v, and 15w detect the rotational position of the rotor 13 using a Hall element, and output the detected result.
  • Hall sensors 15u, 15v, and 15w detect positions shifted by 120 ° in electrical angle.
  • the hall sensors 15u, 15v, and 15w are, for example, digital signals obtained by converting an analog signal having a magnitude proportional to a magnetic field generated using a hall element into a high level (H level) or low level (L level) signal by a comparator. Is output to the control unit 12.
  • the hall sensor 15u outputs a digital signal corresponding to the U phase
  • the hall sensor 15v outputs a digital signal corresponding to the V phase
  • the hall sensor 15w outputs a digital signal corresponding to the W phase.
  • the hall sensors 15u, 15v and 15w of this embodiment immediately changed the output of the inverter 11 at each position where the level of the output signal of the hall sensor 15u, 15v or 15w changes, that is, at each position where an edge occurs in the output signal.
  • the electrical angle is set to the rotor 13 so that the lead angle is 30 °.
  • the inverter 11 has a plurality of switching elements 11u1, 11u2, 11v1, 11v2, 11w1, and 11w2.
  • the inverter 11 is a three-phase winding 14u, 14v and 14w by turning on or off a plurality of switching elements 11u1, 11u2, 11v1, 11v2, 11w1 and 11w2 in a predetermined combination using an external power supply 600 as a DC power supply. An alternating current is passed through.
  • the external power source 600 includes, for example, a battery, a capacitor and the like mounted on the vehicle.
  • the six switching elements 11u1, 11u2, 11v1, 11v2, 11w1, and 11w2 are configured by n-channel MOSFETs (metal oxide semiconductor field effect transistors).
  • the switching elements 11u1, 11v1, and 11w1 have drains commonly connected to the positive electrode of the external power supply 600.
  • a source of the switching element 11u1 is connected to a connection terminal (referred to as a U-phase terminal) between the winding 14u and the winding 14w and a drain of the switching element 11u2.
  • a source of the switching element 11v1 is connected to a connection terminal (referred to as a V-phase terminal) between the winding 14v and the winding 14u and a drain of the switching element 11v2.
  • a source of the switching element 11w1 is connected to a connection terminal (referred to as a W-phase terminal) between the winding 14w and the winding 14v and a drain of the switching element 11w2.
  • the switching elements 11u2, 11v2, and 11w2 have their respective sources connected in common to the negative electrode (for example, a ground terminal) of the external power supply 600.
  • the on / off operation of the switching elements 11u1, 11u2, 11v1, 11v2, 11w1, and 11w2 is controlled by the control unit 12.
  • the control unit 12 includes, for example, a microcomputer including a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and peripheral circuits thereof, and switching elements 11u1, 11u2, 11v1, and 11v2. , 11w1 and 11w2 are controlled. Moreover, the control part 12 transmits / receives predetermined information between ECU200 and the brushless motor 1b.
  • a microcomputer including a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and peripheral circuits thereof, and switching elements 11u1, 11u2, 11v1, and 11v2. , 11w1 and 11w2 are controlled.
  • the control part 12 transmits / receives predetermined information between ECU200 and the brushless motor 1b.
  • control unit 12 converts the energization pattern representing the change in the energization state of the windings 14u, 14v and 14w of each phase of the three-phase winding according to the rotation of the rotor 13 into a low-speed energization pattern for low-speed energization control or a high-speed energization.
  • the on / off state of the plurality of switching elements 11u1, 11u2, 11v1, 11v2, 11w1, and 11w2 is controlled by switching to the high-speed energization pattern for control.
  • the rotational speed of the rotor 13 (also referred to as a motor speed) is a predetermined target value.
  • PWM pulse width modulation
  • a duty ratio also referred to as a duty output value
  • a predetermined limit value also referred to as a duty limit value
  • control below the predetermined limit value is a control for setting an upper limit on the current value flowing through the windings 14u, 14v and 14w, and the limit value is the rotational speed of the rotor 13, the voltage value of the external power supply 600, It varies depending on the ambient temperature.
  • the duty ratio is a value obtained by dividing the ON time in one PWM period by the total value of the ON time and the OFF time.
  • FIG. 3 shows a low-speed energization pattern for low-speed energization control.
  • FIG. 4 shows a high-speed energization pattern for high-speed energization control.
  • the horizontal axis represents an electrical angle, and from the top, the output signal of the hall sensor 15 u (Hall sensor U phase), the output signal of the Hall sensor 15 v (Hall sensor V phase), and the output signal of the Hall sensor 15 w (Hall sensor W phase), energization state of switching element 11u1 (motor output U phase (upper stage of FET)), energization state of switching element 11u2 (motor output U phase (lower stage of FET)), energization state of switching element 11v1 (motor output) V phase (FET upper stage)), switching element 11v2 energization state (motor output V phase (FET lower stage)), switching element 11w1 energization state (motor output W phase (FET upper stage)), and switching element 11w2 energization state ( Motor output W phase (FET lower stage).
  • the energized state is any of ON, OFF, or a duty ratio control state by PWM.
  • the output signal (Hall sensor U phase) of the Hall sensor 15u is “H”
  • the output signal (Hall sensor V phase) of the Hall sensor 15v is “L”
  • the output signal of the sensor 15w is “L”.
  • the switching element 11u2 (motor output U phase (FET lower stage)) is ON
  • the switching element 11w1 (motor output W phase (FET upper stage)) Is PWM control, and the other switching elements are off.
  • the output signal of the hall sensor 15u (Hall sensor U phase), the output signal of the Hall sensor 15v (Hall sensor V phase), or the output signal of the Hall sensor 15w.
  • the control part 12 changes the energization state of each phase immediately.
  • the motor output (that is, the output from the inverter 11 to the windings 14u, 14v, and 14w) is switched every time an edge (rising edge or falling edge) occurs in any of the hall sensors 15u, 15v, or 15w.
  • the advance angle is 30 ° and the energization angle is 120 °.
  • the motor output is not switched every time an edge occurs in any of the hall sensors 15u, 15v, or 15w, but the current rotation of the rotor 13 from the edge.
  • the control unit 12 switches the motor output at the timing (time) according to the speed, the correction angle of the hall sensors 15u, 15v, and 15w, the instruction advance angle, and the instruction energization angle.
  • the rotational speed of the rotor 13 can be calculated from the period of the output change of the Hall sensors 15u, 15v and 15w.
  • the correction angles of the hall sensors 15u, 15v, and 15w are learning information for correcting individual differences, and are calculated, for example, by measuring deviations in output changes of the three hall sensors 15u, 15v, and 15w. be able to.
  • the instruction advance angle can be 20 °
  • the instruction energization angle can be 130 °
  • the rotation speed can be increased by making the advance angle smaller than when the advance angle is 30 °.
  • the driving torque can be increased by increasing the energization angle as compared with the case where the energization angle is set to 120 °.
  • the control unit 12 changes the energization state of each phase by shifting by a predetermined time that varies according to the rotation speed of the rotor 13 from the timing at which the output signal of the hall sensor 15u, 15v, or 15w changes. Moreover, the control part 12 can make the electricity supply angle in a high-speed electricity supply pattern larger than the electricity supply angle in a low-speed electricity supply pattern.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of the energization control switching operation by the control unit 12. After starting the operation, the control unit 12 repeatedly executes the process shown in FIG. Note that the control unit 12 always selects the low-speed energization control when starting the operation.
  • the control unit 12 first determines whether or not the duty output value is equal to or greater than the duty limit value (step S11).
  • the duty output value is a command value of the duty ratio calculated based on the target rotation speed and the latest motor speed (rotation speed of the rotor 13), and the duty limit value is determined by the wiper device 10 including the motor device 100a. This is a limit value provided for protection.
  • the duty output value exceeds the duty limit value, the duty output value is limited to the duty limit value.
  • a large duty output value means a large deviation between the actual rotational speed and the target rotational speed.
  • the fact that the duty output value is continuously set to the duty limit value means that the load torque is large. Therefore, the control unit 12 determines whether or not the load torque of the rotor 13 is in a predetermined range within a relatively low range by the determination process in step S11.
  • the DutyLimit value can be set as follows, for example. That is, the control unit 12 first calculates a DutyLimit value as a reference for suppressing the currents flowing through the windings 14u, 14v, and 14w below the allowable value based on the supply voltage of the external power supply 600. Next, the control unit 12 measures the ambient temperature such as the substrate temperature constituting the control unit 12, and corrects the reference DutyLimit value based on the temperature measurement result. Next, the control unit 12 further corrects the corrected DutyLimit value based on the motor acceleration to determine a final DutyLimit value.
  • the control unit 12 sets the high-speed energization control switching timer value to a predetermined value (step S12).
  • the high-speed energization control switching timer value is a count value used for measuring the duration of the state where the duty output value is less than the duty limit value.
  • the duration of the state in which the duty output value is less than the duty limit value can be measured by reducing the value of the high-speed energization control switching timer value by 1 in the process of step S14 described later. it can.
  • the predetermined value set for the high-speed energization control switching timer value is equivalent to the time allowance to stably maintain the motor speed regardless of the load size after switching from low-speed energization control to high-speed energization control.
  • This predetermined value can be determined by, for example, experiments or simulations. For example, when the reciprocation cycle when the wiper is operated at a high speed is about 1 second, the predetermined value is set to a value less than half of about 0.5 seconds, which is the movement time on one side, so that the operation can be stabilized. And the performance improvement effect by switching between two types of energization control can be achieved.
  • the control unit 12 determines whether or not the high-speed energization control switching timer value is equal to 0 (step S13).
  • the control unit 12 decrements the high-speed energization control switching timer value by 1 (step S14).
  • step S12 When the process of step S12 is completed, when the process of step S14 is completed, or when the high-speed energization control switching timer value is equal to 0 (No in step S13), the control unit 12 is performing high-speed energization control. It is determined whether or not there is (step S15). When the high-speed energization control is being performed (Yes in Step S15), the control unit 12 determines whether or not the motor speed is less than a predetermined threshold value (Step S16). When the motor speed is less than the predetermined threshold (Yes in Step S16), the control unit 12 performs switching from the high-speed energization control to the low-speed energization control (Step S17).
  • step S17 the control unit 12 switches the energization pattern to the low-speed energization pattern for the low-speed energization control described with reference to FIG. 3, and then ends the process illustrated in FIG.
  • the control unit 12 ends the process shown in FIG. 5 without switching from the high-speed energization control to the low-speed energization control.
  • step S15 when the high-speed energization control is not being performed (No in step S15), the control unit 12 determines that the motor speed is greater than a predetermined threshold (or more than the threshold) and the high-speed energization control switching timer value is It is determined whether it is equal to 0 (step S18).
  • the control unit 12 switches from the low-speed energization control to the high-speed energization control. Perform (step S19).
  • step S19 the control unit 12 switches the energization pattern to the high-speed energization pattern for high-speed energization control described with reference to FIG. 4, and then ends the process illustrated in FIG.
  • the control unit 12 changes from the low-speed energization control to the high-speed energization control. The processing shown in FIG. 5 is terminated without switching to.
  • the control unit 12 executes the switching process between the low-speed energization control and the high-speed energization control as follows. That is, the control unit 12 performs switching from the high-speed energization control to the low-speed energization control when the high-speed energization control is being performed and the motor speed is less than the predetermined threshold value. On the other hand, the control unit 12 performs low-speed energization when low-speed energization control is being performed, the motor speed is greater than a predetermined threshold value, and the duty output value is smaller than the DutyLimit value for a predetermined time. Switch from control to high-speed energization control.
  • the control unit 12 switches the energization pattern to the low-speed energization pattern when the rotation speed of the rotor 13 is less than a predetermined threshold value, and the rotation speed of the rotor 13 is greater than the threshold value (or the threshold value).
  • the energization pattern is switched to the high-speed energization pattern when the load of the rotor 13 is within the predetermined range for a predetermined time.
  • the low-speed energization control can be continued without switching from the low-speed energization control to the high-speed energization control. Therefore, according to the brushless motors 1a and 1b of the present embodiment, the control for low speed and the control for high speed can be appropriately switched.
  • FIG. 7 the verification result in the actual machine of the switching operation of the energization control described with reference to FIG. 5 will be described.
  • FIG. 8 an experimental result (FIG. 8) when the energization control switching process is executed in the flow shown in FIG. 6 (hereinafter referred to as a comparative example) will also be described.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the operation of a comparative example in which the operation shown in FIG. 5 is partially changed.
  • the control unit 12 after starting the operation, the control unit 12 repeatedly executes the process shown in FIG. 6 at a constant cycle as in the case of FIG. Also in the comparative example, the control unit 12 always selects the low-speed energization control when starting the operation.
  • the control unit 12 first determines whether or not high-speed energization control is being performed (step S101). When the high-speed energization control is being performed (Yes in Step S101), the control unit 12 determines whether or not the motor speed is less than a predetermined threshold value (Step S102).
  • the threshold values used in step S102 and step S104 are the same as the threshold values used in step S16 and step S18 in FIG.
  • the control unit 12 performs switching to the low-speed energization control similarly to Step S17 in FIG. 5 (Step S103).
  • step S104 determines whether or not the motor speed is greater than a predetermined threshold. If the motor speed is greater than the predetermined threshold value (Yes in step S104), the control unit 12 performs switching to high-speed energization control as in step S19 in FIG. 5 (step S105).
  • FIG. 7 shows the case of the present embodiment (in the case of the flow shown in FIG. 5), and FIG. 8 shows the case of the comparative example (in the case of the flow shown in FIG. 6).
  • FIG. 7 and FIG. 8 are waveform diagrams showing the time change of the value of the next data in the RAM included in the control unit 12. 7 and 8, the horizontal axis is the time axis, the motor angle (rotor 13 angle), the target speed, and the motor speed are displayed on the upper stage, and the duty output value and the duty limit value are displayed on the lower stage.
  • the motor is repeatedly stopped and restarted in a region surrounded by a chain line. This is because the next operation is repeated. That is, (1) The motor speed is rapidly reduced due to a large motor applied load. (2) The angle at which the motor output is to be switched and the timing at which the motor output is actually switched deviate, and the motor characteristics deteriorate and the motor speed further decreases (calculate the motor output switching timing from the motor speed. Because). (3) When the motor speed decreases, the high-speed energization control is switched to the low-speed energization control, and the motor is output based on the hall edge. (4) Since the motor characteristics are restored by outputting the motor on the basis of the hall edge, the motor starts to move. (5) When the motor starts moving, the motor speed is switched again to the high-speed energization control. By repeating the operations (1) to (5) above, a malfunction occurs.
  • the motor in the case of the switching operation between the low-speed energization control and the high-speed energization control of the present embodiment, the motor can be continuously operated even when the motor applied load is high.
  • the low-speed energization control and the high-speed energization control are repeated by not switching to the high-speed energization control for a certain time during the low-speed operation of the motor with a large motor applied load.
  • Such an unstable operation can be prevented.
  • the determination of the motor applied load is determined based on whether or not the duty output value is limited, that is, whether or not the duty output value is greater than or equal to the duty limit value, a configuration required for determining the load large Can be easily simplified.
  • the embodiment of the present invention is not limited to the above.
  • the rotor 13 and the stator 14, the inverter 11, and the control unit 12 are integrally configured.
  • the control unit 12 may be configured separately from other configurations.
  • the wiper device 10 is provided with two motor devices 100a and 100b.
  • the present invention is not limited to this configuration.
  • the wiper arm 3a and It is good also as a structure which rocks 3b.
  • the said embodiment uses brushless motor 1a and 1b as the component of the wiper apparatus 10, an application field is not limited to a wiper apparatus.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

ブラシレスモータは、三相巻線を有するステータと；永久磁石を有するロータと；複数のスイッチング素子をオンまたはオフすることで三相巻線に交流電流を通電するインバータと；ロータの回転に応じた三相巻線の各相の通電状態の変化を表す通電パターンを低速通電制御用の低速通電パターンまたは高速通電制御用の高速通電パターンに切り替えて複数のスイッチング素子のオンまたはオフの状態を制御する制御部と；を備え、前記制御部は、ロータの回転速度が所定のしきい値未満の場合に通電パターンを低速通電パターンに切り替え、ロータの回転速度がしきい値以上の場合にロータの負荷が所定範囲内である状態が所定時間継続したときに通電パターンを高速通電パターンに切り替える。

Description

ブラシレスモータおよび制御方法
　本発明は、ブラシレスモータおよび制御方法に関する。
　本願は、２０１６年９月１日に出願された日本国特許出願２０１６－１７０８０１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　ブラシレスモータでは、ホールセンサ等の位置検出部によってロータの位置および回転速度が検出され、ステータに対する通電波形の進角や通電角が制御される。進角は、位置検出部が検出した位置と通電状態を変化させる位置との電気角で表した差分に対応する。通電角は、同一の通電状態を継続する電気角で表した期間である。通電状態を変化させるタイミングは、位置検出部の出力に基づき検出された位置と回転速度に応じて算出される。すなわち、進角や通電角の制御では、過去の検出結果に応じて推定されたタイミングに基づいて進角や通電角が制御される。
　しかしながら、負荷変動が大きい場合には、タイミングの推定精度が低下し、十分な駆動トルクが得られないときがある（例えば特許文献１）。これについて、特許文献１に記載されているモータ制御装置では、低速回転時に負荷変動が大きい場合に対して、次の構成によって推定精度の低下による駆動トルクの減少という課題を解決している。すなわち、特許文献１に記載されているモータ制御装置では、回転速度に応じて、位置検出部が検出した位置と通電状態を変化させる位置との差分の大きさを抑制する制御と、通常の進角制御とを切り替えることで、低速回転時の負荷変動による駆動トルクの低下という課題を解決している。
日本国特開２００２－１４２４９６号公報
　特許文献１に記載されているモータ制御装置では、ロータの回転速度に応じて、上述した差分の大きさを抑制する制御と、通常の進角制御が切り替えられる。すなわち、所定の回転速度未満の場合は差分の大きさを抑制する制御が選択され、所定の回転速度以上の場合は通常の進角制御が選択される。しかしながら、負荷変動が発生する回転速度の範囲が外部条件によって大きく変化するような場合、判定条件のしきい値となる所定の回転速度を適切に設定することが困難となる。すなわち、判定条件のしきい値を高めに設定したとすると、通常の進角制御が有効になる範囲が限定され、十分な動作特性が得られないことが考えられる。一方、判定条件のしきい値を低めに設定したとすると、負荷が大きい場合等に、十分な推定精度を得られず、例えば、モータ停止と再起動とを繰り返してしまうようなことが考えられる。
　本発明の態様は、適切に低速用の制御と高速用の制御を切り替えることができるブラシレスモータおよび制御方法を提供することを目的とする。
　本発明の一態様に係るブラシレスモータは、三相巻線を有するステータと；永久磁石を有し、前記ステータに対向した状態で回転するロータと；複数のスイッチング素子を有し、前記複数のスイッチング素子をオンまたはオフすることで前記三相巻線に交流電流を通電するインバータと；前記ロータの回転に応じた前記三相巻線の各相の通電状態の変化を表す通電パターンを低速通電制御用の低速通電パターンまたは高速通電制御用の高速通電パターンに切り替えて前記複数のスイッチング素子のオンまたはオフの状態を制御する制御部と；を備え、前記制御部は、前記ロータの回転速度が所定のしきい値未満の場合に前記通電パターンを前記低速通電パターンに切り替え、前記ロータの回転速度が前記しきい値以上の場合に前記ロータの負荷が所定範囲内である状態が所定時間継続したときに前記通電パターンを前記高速通電パターンに切り替える。
　上記ブラシレスモータでは、前記制御部は、前記複数のスイッチング素子をオンまたはオフ状態に制御する際に、前記ロータの回転速度が所定の目標値となるように、パルス幅変調を用いてデューティ比を所定の制限値以下で制御し、前記制御部は、前記ロータの回転速度を前記目標値とするための前記デューティ比が前記制限値未満である場合に、前記ロータの負荷が前記所定範囲内の状態であると判定してもよい。
　上記ブラシレスモータは、前記ロータの回転位置を検出する位置検出部を備え、前記低速通電パターンは、前記位置検出部の出力信号が変化したタイミングで前記各相の通電状態を直ちに変化させ、前記高速通電パターンは、前記位置検出部の出力信号が変化したタイミングから前記回転速度に応じて変化する所定時間分ずらして前記各相の通電状態を変化させ、前記高速通電パターンにおける通電角が前記低速通電パターンにおける通電角より大きくてもよい。
　本発明の別の一態様に係る制御方法は、三相巻線を有するステータと；永久磁石を有し、前記ステータに対向した状態で回転するロータと；複数のスイッチング素子を有し、前記複数のスイッチング素子をオンまたはオフすることで前記三相巻線に交流電流を通電するインバータと；前記ロータの回転に応じた前記三相巻線の各相の通電状態の変化を表す通電パターンを低速通電制御用の低速通電パターンまたは高速通電制御用の高速通電パターンに切り替えて前記複数のスイッチング素子のオンまたはオフの状態を制御する制御部と；を備えるブラシレスモータを用いて、前記制御部によって、前記ロータの回転速度が所定のしきい値未満の場合に前記通電パターンを前記低速通電パターンに切り替え、前記ロータの回転速度が前記しきい値以上の場合に前記ロータの負荷が所定範囲内である状態が所定時間継続したときに前記通電パターンを前記高速通電パターンに切り替えることを含む。
　本発明の態様によれば、適切に低速用の制御と高速用の制御を切り替えることができる。
本発明の一実施形態に係るワイパ装置を示す模式図である。 図１に示すブラシレスモータの構成例を示す構成図である。 図２に示すブラシレスモータの動作例を説明するための模式図である。 図２に示すブラシレスモータの動作例を説明するための模式図である。 図２に示す制御部の動作例を示すフローチャートである。 比較例の動作を示すフローチャートである。 図１に示すブラシレスモータの動作例を示す波形図である。 比較例の動作を示す波形図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るワイパ装置１０の全体構成を示す模式図である。図１に示すワイパ装置１０は、車体に揺動自在に設けられた運転席側のワイパアーム３ａと助手席側のワイパアーム３ｂとを有している。運転席側のワイパアーム３ａには、運転席側のワイパブレード４ａが取り付けられている。助手席側のワイパアーム３ｂには、助手席側のワイパブレード４ｂが取り付けられている。ワイパブレード４ａはワイパアーム３ａ内に設けられたばね部材（不図示）等によってフロントガラス３００に押さえつけられる状態でフロントガラス３００に接触している。ワイパブレード４ｂはワイパアーム３ｂ内に設けられたばね部材（不図示）等によってフロントガラス３００に押さえつけられる状態でフロントガラス３００に接触している。車体には２つのワイパ軸（ワイパ軸９ａおよびワイパ軸９ｂ）が設けられている。ワイパアーム３ａの基端部は、ワイパ軸９ａに取り付けられている。ワイパアーム３ｂの基端部は、ワイパ軸９ｂに取り付けられている。
　ワイパ装置１０には２つのモータ装置（モータ装置１００ａおよびモータ装置１００ｂ）が設けられている。モータ装置１００ａは、ワイパアーム３ａを揺動運動させる。モータ装置１００ｂは、ワイパアーム３ｂを揺動運動させる。ワイパ装置１０は、２つのモータ装置１００ａおよび１００ｂを同期させて正逆転制御することで、ワイパブレード４ａが一点鎖線で示す払拭範囲５ａにおいて揺動運動し、ワイパブレード４ｂが一点鎖線で示す払拭範囲５ｂにおいて揺動運動する。モータ装置１００ａは、ブラシレスモータ（以下、単にモータという場合がある）１ａと減速機構２ａとによって構成されている。モータ装置１００ｂは、ブラシレスモータ１ｂと減速機構２ｂとによって構成されている。ブラシレスモータ１ａは、車両側のコントローラであるＥＣＵ２００と車載ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）４００を介して接続されている。ＥＣＵ２００からブラシレスモータ１ａに対しては、ワイパスイッチのＯＮ／ＯＦＦや、ＬｏおよびＨｉおよびＩＮＴ（間欠作動）などのスイッチ情報やエンジン起動情報、車速情報等が車載ＬＡＮ４００を介して入力される。ブラシレスモータ１ａおよび１ｂ間は通信線５００で接続されている。図１に示すワイパ装置１０では、通信線５００を介して所定の情報を送受信することでブラシレスモータ１ａとブラシレスモータ１ｂが協働してワイパブレード４ａおよび４ｂの動作を制御する。ブラシレスモータ１ａとブラシレスモータ１ｂは一部のプログラムの内容等が異なるが、基本的な構成は同一とすることができる。
　次に、図２を参照して図１に示すブラシレスモータ１ａの構成例について説明する。ブラシレスモータ１ａは、インバータ１１と、制御部１２と、ロータ１３と、ステータ１４と、ホールセンサ１５ｕ、１５ｖおよび１５ｗとを備える。
　ステータ１４は、図示していないステータコアと、そのステータコアが有する複数のスロットに巻回された巻線１４ｕ、１４ｖおよび１４ｗとを有する。巻線１４ｕ、１４ｖおよび１４ｗは、デルタ結線された三相巻線である。結線方式は、デルタ結線に限らず、スター結線であってもよい。
　ロータ１３は、永久磁石を有し、ステータ１４に対向した状態で回転する。ロータ１３は、ステータ１４の内側に配置されたインナロータ形の構造であってもよい。ロータ１３は、ステータ１４の外側に配置されたアウターロータ形の構造であってもよい。ロータ１３およびステータ１４の構造に限定はないが、例えば、Ｎ極およびＳ極からなる永久磁石の極数を４極、ステータ１４のスロット数を６とする４極６スロット構造とすることができる。
　ホールセンサ（位置検出部）１５ｕ、１５ｖおよび１５ｗは、ホール素子を用いてロータ１３の回転位置を検出し、検出した結果を出力する。ホールセンサ１５ｕ、１５ｖおよび１５ｗは、それぞれ電気角で１２０°毎ずれた位置を検出する。ホールセンサ１５ｕ、１５ｖおよび１５ｗは、例えば、ホール素子を用いて発生した磁界に比例した大きさのアナログ信号をコンパレータによってハイレベル（Ｈレベル）またはローレベル（Ｌレベル）の信号に変換したデジタル信号を制御部１２に対して出力する。本実施形態では、ホールセンサ１５ｕがＵ相に対応するデジタル信号を出力し、ホールセンサ１５ｖがＶ相に対応するデジタル信号を出力し、ホールセンサ１５ｗがＷ相に対応するデジタル信号を出力する。本実施形態のホールセンサ１５ｕ、１５ｖおよび１５ｗは、ホールセンサ１５ｕ、１５ｖまたは１５ｗの出力信号のレベルが変化する各位置すなわち出力信号にエッジが発生する各位置で直ちにインバータ１１の出力を変化させた場合に電気角で３０°の進角となるようにロータ１３に対して設置されている。
　インバータ１１は、複数のスイッチング素子１１ｕ１、１１ｕ２、１１ｖ１、１１ｖ２、１１ｗ１および１１ｗ２を有する。インバータ１１は、外部電源６００を直流電源として複数のスイッチング素子１１ｕ１、１１ｕ２、１１ｖ１、１１ｖ２、１１ｗ１および１１ｗ２を所定の組み合わせでオンまたはオフすることで三相巻線である巻線１４ｕ、１４ｖおよび１４ｗに交流電流を通電する。外部電源６００は、例えば車両に搭載されたバッテリ、キャパシタ等を含む。図２に示す例では、６個のスイッチング素子１１ｕ１、１１ｕ２、１１ｖ１、１１ｖ２、１１ｗ１および１１ｗ２は、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）で構成されている。スイッチング素子１１ｕ１、１１ｖ１および１１ｗ１は、各ドレインが共通に外部電源６００の正極に接続されている。スイッチング素子１１ｕ１のソースは、巻線１４ｕと巻線１４ｗとの接続端子（Ｕ相端子とする）とスイッチング素子１１ｕ２のドレインに接続されている。スイッチング素子１１ｖ１のソースは、巻線１４ｖと巻線１４ｕとの接続端子（Ｖ相端子とする）とスイッチング素子１１ｖ２のドレインに接続されている。スイッチング素子１１ｗ１のソースは、巻線１４ｗと巻線１４ｖとの接続端子（Ｗ相端子とする）とスイッチング素子１１ｗ２のドレインに接続されている。スイッチング素子１１ｕ２、１１ｖ２および１１ｗ２は、各ソースが共通に外部電源６００の負極（例えば接地端子）に接続されている。なお、スイッチング素子１１ｕ１、１１ｕ２、１１ｖ１、１１ｖ２、１１ｗ１および１１ｗ２のオンまたはオフ動作は制御部１２によって制御される。
　制御部１２は、例えば、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）等を備えたマイクロコンピュータとその周辺回路とを含み、スイッチング素子１１ｕ１、１１ｕ２、１１ｖ１、１１ｖ２、１１ｗ１および１１ｗ２を制御する。また、制御部１２は、ＥＣＵ２００およびブラシレスモータ１ｂとの間で所定の情報を送受信する。また、制御部１２は、ロータ１３の回転に応じた三相巻線の各相の巻線１４ｕ、１４ｖおよび１４ｗの通電状態の変化を表す通電パターンを低速通電制御用の低速通電パターンまたは高速通電制御用の高速通電パターンに切り替えて複数のスイッチング素子１１ｕ１、１１ｕ２、１１ｖ１、１１ｖ２、１１ｗ１および１１ｗ２のオンまたはオフの状態を制御する。また、制御部１２は、複数のスイッチング素子１１ｕ１、１１ｕ２、１１ｖ１、１１ｖ２、１１ｗ１および１１ｗ２をオンまたはオフ状態に制御する際に、ロータ１３の回転速度（モータ速度ともいう）が所定の目標値となるように、ＰＷＭ（パルス幅変調）を用いて一定周期毎のデューティ比（Ｄｕｔｙ出力値ともいう）を所定の制限値（ＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値ともいう）以下で制御する。ここで所定の制限値以下での制御とは、巻線１４ｕ、１４ｖおよび１４ｗに流れる電流値に上限を設けるための制御であり、制限値はロータ１３の回転速度や外部電源６００の電圧値、周囲温度等によって変化する。この制限値を設定することで、モータ装置１００ａを含むワイパ装置１０を保護している。なお、デューティ比とは、ＰＷＭの１周期におけるオン時間をオン時間とオフ時間の合計値で除した値である。
　図３および図４を参照して、低速通電制御用の低速通電パターンの一例および高速通電制御用の高速通電パターンの一例について説明する。図３は低速通電制御用の低速通電パターンを示す。図４は高速通電制御用の高速通電パターンを示す。図３および図４は、横軸に電気角をとり、上から順にホールセンサ１５ｕの出力信号（ホールセンサＵ相）、ホールセンサ１５ｖの出力信号（ホールセンサＶ相）、ホールセンサ１５ｗの出力信号（ホールセンサＷ相）、スイッチング素子１１ｕ１の通電状態（モータ出力Ｕ相（ＦＥＴ上段））、スイッチング素子１１ｕ２の通電状態（モータ出力Ｕ相（ＦＥＴ下段））、スイッチング素子１１ｖ１の通電状態（モータ出力Ｖ相（ＦＥＴ上段））、スイッチング素子１１ｖ２の通電状態（モータ出力Ｖ相（ＦＥＴ下段））、スイッチング素子１１ｗ１の通電状態（モータ出力Ｗ相（ＦＥＴ上段））、およびスイッチング素子１１ｗ２の通電状態（モータ出力Ｗ相（ＦＥＴ下段））を示す。また、通電状態は、ＯＮ、ＯＦＦまたはＰＷＭによるデューティ比の制御状態のいずれかである。
　図３に示す低速通電制御用の低速通電パターンでは、例えば、左端の電気角で６０°の区間は、ホールセンサ１５ｕの出力信号（ホールセンサＵ相）が“Ｈ”、ホールセンサ１５ｖの出力信号（ホールセンサＶ相）が“Ｌ”およびホールセンサ１５ｗの出力信号（ホールセンサＷ相）が“Ｈ”であり、この場合、スイッチング素子１１ｖ２（モータ出力Ｖ相（ＦＥＴ下段））がオン、スイッチング素子１１ｗ１（モータ出力Ｗ相（ＦＥＴ上段））がＰＷＭ制御で、他のスイッチング素子がオフである。また、例えば、次の電気角で６０°の区間は、ホールセンサ１５ｕの出力信号（ホールセンサＵ相）が“Ｈ”、ホールセンサ１５ｖの出力信号（ホールセンサＶ相）が“Ｌ”およびホールセンサ１５ｗの出力信号（ホールセンサＷ相）が“Ｌ”であり、この場合、スイッチング素子１１ｕ２（モータ出力Ｕ相（ＦＥＴ下段））がオン、スイッチング素子１１ｗ１（モータ出力Ｗ相（ＦＥＴ上段））がＰＷＭ制御で、他のスイッチング素子がオフである。このように、図３に示す低速通電制御用の低速通電パターンでは、ホールセンサ１５ｕの出力信号（ホールセンサＵ相）、ホールセンサ１５ｖの出力信号（ホールセンサＶ相）またはホールセンサ１５ｗの出力信号（ホールセンサＷ相）のいずれかが変化した場合、制御部１２によって、各相の通電状態は直ちに変化させられる。この場合、ホールセンサ１５ｕ、１５ｖまたは１５ｗのいずれかにエッジ（立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジ）が発生する毎にモータ出力（すなわちインバータ１１から巻線１４ｕ、１４ｖおよび１４ｗへの出力）が切り替えられる。図３に示す低速通電制御用の低速通電パターンでは、進角が３０°であり、通電角が１２０°である。
　一方、図４に示す高速通電制御用の高速通電パターンでは、ホールセンサ１５ｕ、１５ｖまたは１５ｗのいずれかにエッジが発生する毎にモータ出力を切り替えるのではなく、エッジから、現在のロータ１３の回転速度と、ホールセンサ１５ｕ、１５ｖおよび１５ｗの補正角度、指示進角および指示通電角に応じたタイミング（時間）で制御部１２がモータ出力を切り替える。ここで、ロータ１３の回転速度はホールセンサ１５ｕ、１５ｖおよび１５ｗの出力変化の周期から算出することができる。また、ホールセンサ１５ｕ、１５ｖおよび１５ｗの補正角度は、個体差を補正するための学習情報であり、例えば、３個のホールセンサ１５ｕ、１５ｖおよび１５ｗの出力変化の偏差を計測することで算出することができる。高速通電パターンでは、例えば指示進角を２０°、指示通電角を１３０°等とすることができる。進角を２０°とした場合、進角を３０°とする場合と比べて進角を小さくすることで回転速度を増大させることができる。また、通電角を１３０°とした場合、通電角を１２０°とする場合と比べて通電角を大きくすることで駆動トルクを増大させることができる。制御部１２は、高速通電パターンでは、ホールセンサ１５ｕ、１５ｖまたは１５ｗの出力信号が変化したタイミングからロータ１３の回転速度に応じて変化する所定時間分ずらして各相の通電状態を変化させる。また、制御部１２は、高速通電パターンにおける通電角を低速通電パターンにおける通電角より大きくすることができる。
　次に、図５を参照して制御部１２による低速通電制御と高速通電制御の切り替え動作について説明する。図５は、制御部１２による通電制御切り替え動作の一例を示すフローチャートである。制御部１２は、動作開始後は例えば一定周期で図５に示す処理を繰り返し実行する。なお、制御部１２は、動作開始時は常に低速通電制御を選択する。
　制御部１２は、まず、Ｄｕｔｙ出力値がＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。上述したように、Ｄｕｔｙ出力値は目標回転速度と最新のモータ速度（ロータ１３の回転速度）に基づいて算出されたデューティ比の指令値であり、ＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値はモータ装置１００ａを含むワイパ装置１０を保護するために設けた制限値である。Ｄｕｔｙ出力値がＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値を超えた場合にはＤｕｔｙ出力値がＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値に制限される。Ｄｕｔｙ出力値が大きいということは実際の回転速度と目標回転速度との偏差が大きいことを意味する。Ｄｕｔｙ出力値が継続的にＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値に設定されているということは、負荷トルクが大きい状態であることを意味する。したがって、ステップＳ１１の判定処理によって、制御部１２は、ロータ１３の負荷トルクが比較的低い所定範囲内の状態であるか否かを判定している。
　ＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値は、例えば次のようにして設定することができる。すなわち、制御部１２は、まず外部電源６００の供給電圧に基づいて巻線１４ｕ、１４ｖおよび１４ｗに流れる電流を許容値未満に抑えるための基準とするＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値を算出する。次に、制御部１２は、制御部１２を構成する基板温度等の周囲温度を計測し、温度の計測結果に基づいて基準とするＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値を補正する。次に、制御部１２は、補正したＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値をモータ加速度に基づいてさらに補正し、最終的なＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値を決定する。
　Ｄｕｔｙ出力値がＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値以上の場合（ステップＳ１１でＹｅｓの場合）、制御部１２は、高速通電制御切り替えタイマ値を所定値に設定する（ステップＳ１２）。高速通電制御切り替えタイマ値は、Ｄｕｔｙ出力値がＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値未満である状態の継続時間を計測するために用いるカウント値である。Ｄｕｔｙ出力値がＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値未満の場合には後述するステップＳ１４の処理で高速通電制御切り替えタイマ値の値を１ずつ減じることでＤｕｔｙ出力値がＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値未満である状態の継続時間を計測することができる。高速通電制御切り替えタイマ値に設定する所定値は、低速通電制御から高速通電制御に切り替えた後に負荷の大小によらずに安定的にモータ速度を維持できるようにするための時間的なゆとりに相当する値を設定する。この所定値は、例えば実験やシミュレーションによって決定することができる。例えば、ワイパを高速で動作させる場合の往復の周期が１秒程度であるとき、所定値は、片側の移動時間である約０．５秒の半分未満の値に設定することで、動作の安定化と２種類の通電制御を切り替えることによる性能向上効果とを両立させることができる。
　一方、Ｄｕｔｙ出力値がＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値以上でない場合（ステップＳ１１でＮｏの場合）、制御部１２は、高速通電制御切り替えタイマ値が０と等しいか否かを判定する（ステップＳ１３）。高速通電制御切り替えタイマ値が０と等しくない場合（ステップＳ１３でＹｅｓの場合）、制御部１２は、高速通電制御切り替えタイマ値を１だけ減分する（ステップＳ１４）。
　ステップＳ１２の処理が終了した場合、ステップＳ１４の処理が終了した場合、または、高速通電制御切り替えタイマ値が０に等しい場合（ステップＳ１３でＮｏの場合）、制御部１２は、高速通電制御中であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。高速通電制御中である場合（ステップＳ１５でＹｅｓの場合）、制御部１２は、モータ速度が所定のしきい値未満であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。モータ速度が所定のしきい値未満である場合（ステップＳ１６でＹｅｓの場合）、制御部１２は、高速通電制御から低速通電制御への切り替えを行う（ステップＳ１７）。すなわち、ステップＳ１７において制御部１２は、通電パターンを図３を参照して説明した低速通電制御用の低速通電パターンに切り替えた後、図５に示す処理を終了する。他方、モータ速度が所定のしきい値未満でない場合（ステップＳ１６でＮｏの場合）、制御部１２は、高速通電制御から低速通電制御への切り替えを行わずに図５に示す処理を終了する。
　一方、高速通電制御中でない場合（ステップＳ１５でＮｏの場合）、制御部１２は、モータ速度が所定のしきい値より大（あるいはしきい値以上）で、かつ、高速通電制御切り替えタイマ値が０と等しいか否かを判定する（ステップＳ１８）。モータ速度が所定のしきい値より大で、かつ、高速通電制御切り替えタイマ値が０と等しい場合（ステップＳ１８でＹｅｓの場合）、制御部１２は、低速通電制御から高速通電制御への切り替えを行う（ステップＳ１９）。すなわち、ステップＳ１９において制御部１２は、通電パターンを図４を参照して説明した高速通電制御用の高速通電パターンに切り替えた後、図５に示す処理を終了する。他方、モータ速度が所定のしきい値より大でないか、または、高速通電制御切り替えタイマ値が０と等しくない場合（ステップＳ１８でＮｏの場合）、制御部１２は、低速通電制御から高速通電制御への切り替えを行わずに図５に示す処理を終了する。
　図５に示す動作例において制御部１２は低速通電制御と高速通電制御の切り替え処理を次のように実行する。すなわち、制御部１２は、高速通電制御中であり、かつ、モータ速度が所定のしきい値未満である場合に、高速通電制御から低速通電制御への切り替えを実行する。一方、制御部１２は、低速通電制御中であり、かつ、モータ速度が所定のしきい値より大であり、かつ、Ｄｕｔｙ出力値がＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値より小さい状態が所定時間継続した場合に、低速通電制御から高速通電制御への切り替えを実行する。この場合、制御部１２は、ロータ１３の回転速度が所定のしきい値未満の場合に通電パターンを低速通電パターンに切り替え、ロータ１３の回転速度がそのしきい値より大きい場合（あるいはしきい値以上の場合）にロータ１３の負荷が所定範囲内である状態が所定時間継続したときに通電パターンを高速通電パターンに切り替える。この構成によれば、例えばモータ印加負荷が大きくモータ速度が遅い場合に、低速通電制御から高速通電制御への切り替えを行わず、低速通電制御を継続させることができる。よって、本実施形態のブラシレスモータ１ａおよび１ｂによれば、適切に低速用の制御と高速用の制御を切り替えることができる。
　次に、図７を参照して、図５を参照して説明した通電制御の切り替え動作の実機での検証結果について説明する。なお、比較のため、図６に示すフローで通電制御の切り替え処理を実行した場合（以下、比較例と称する）の実験結果（図８）についても説明する。
　図６は、図５に示す動作を一部変更した比較例の動作を示すフローチャートである。比較例において、制御部１２は、動作開始後は図５の場合と同様、一定周期で図６に示す処理を繰り返し実行する。また、比較例においても、制御部１２は、動作開始時は常に低速通電制御を選択する。
　図６に示す動作例において、制御部１２は、まず、高速通電制御中か否かを判定する（ステップＳ１０１）。高速通電制御中である場合（ステップＳ１０１でＹｅｓの場合）、制御部１２は、モータ速度が所定のしきい値未満か否かを判定する（ステップＳ１０２）。このステップＳ１０２およびステップＳ１０４で用いるしきい値は、図５のステップＳ１６およびステップＳ１８で用いるしきい値と同じである。モータ速度が所定のしきい値未満である場合（ステップＳ１０２でＹｅｓの場合）、制御部１２は、図５のステップＳ１７と同様に低速通電制御への切り替えを実行する（ステップＳ１０３）。一方、高速通電制御中でない場合（ステップＳ１０１でＮｏの場合）、制御部１２は、モータ速度が所定のしきい値より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０４）。モータ速度が所定のしきい値より大きい場合（ステップＳ１０４でＹｅｓの場合）、制御部１２は、図５のステップＳ１９と同様に高速通電制御への切り替えを実行する（ステップＳ１０５）。
　次に、図７および図８を参照して、実機での検証結果について説明する。図７および図８の検証時には、ブラシレスモータ１ａに対して一定の高負荷を印加している。ただし、負荷は、モータが起動できないほどの高負荷ではない。図７は本実施形態の場合（図５に示すフローの場合）であり、図８は比較例の場合（図６に示すフローの場合）である。図７および図８は、制御部１２が有するＲＡＭ内の次のデータの値の時間変化を表す波形図である。図７および図８は、横軸を時間軸として、上段にモータ角度（ロータ１３の角度）と目標速度とモータ速度を表示し、下段にＤｕｔｙ出力値とＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値を表示している。
　図８に示すように比較例では鎖線で囲んだ領域でモータの停止と再作動が繰り返されている。これは、次の動作が繰り返されることが原因である。すなわち、（１）モータ印加負荷大によりモータ速度が急激に低下する。（２）モータ出力を切替えたい角度と、実際にモータ出力を切替えするタイミングがずれてしまい、モータ特性が低下してさらにモータ速度が遅くなってしまう（モータ速度からモータ出力切替えタイミングを算出しているため）。（３）モータ速度低下で高速通電制御から低速通電制御に切り替えて、ホールエッジ基準でモータ出力する。（４）ホールエッジ基準でモータ出力することで、モータ特性が戻るので、モータが動き出す。（５）モータが動き出すと、モータ速度有で再び高速通電制御に切替えられる。上記（１）～（５）の動作を繰り返すことで、不具合動作となる。
　これに対し、図７に示すように、本実施形態の低速通電制御と高速通電制御との切り替え動作の場合には、モータ印加負荷が高い状態でもモータを連続で動作させることができている。
　以上のように、本発明の実施形態によれば、モータ印加負荷大でモータ低速動作中は、一定時間、高速通電制御に切替えないようにすることで、低速通電制御と高速通電制御とが繰り返されるような不安定な動作を防止することができる。また、モータ印加負荷大の判定を、Ｄｕｔｙ出力値が制限されている状態であるか否か、すなわちＤｕｔｙ出力値がＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値以上であるか否かで判定するので、負荷大の判定に要する構成を容易に簡易化することができる。
　なお、本発明の実施形態は上記のものに限定されない。例えば、上記実施形態では、ロータ１３およびステータ１４と、インバータ１１および制御部１２を一体的に構成しているが、例えば、制御部１２をその他の構成から分離して構成してもよい。あるいは、制御部１２とインバータ１１をその他の構成から分離して構成してもよい。また、上記実施形態は、ワイパ装置１０には２つのモータ装置１００ａおよび１００ｂが設けられている構成としたが、この構成に限定されず、例えば、１つのモータ装置でリンク機構を介しワイパアーム３ａおよび３ｂを揺動運動させる構成としてもよい。また、上記実施形態は、ブラシレスモータ１ａおよび１ｂを、ワイパ装置１０の構成要素としているが、適用分野はワイパ装置に限定されない。
１ａ、１ｂ　ブラシレスモータ
１０　ワイパ装置
１００ａ、１００ｂ　モータ装置
１１　インバータ
１１ｕ１、１１ｕ２、１１ｖ１、１１ｖ２、１１ｗ１、１１ｗ２　スイッチング素子
１２　制御部
１３　ロータ
１４　ステータ
１４ｕ、１４ｖ、１４ｗ　巻線
１５ｕ、１５ｖ、１５ｗ　ホールセンサ。

Claims (4)

  1. 　三相巻線を有するステータと；
    　永久磁石を有し、前記ステータに対向した状態で回転するロータと；
    　複数のスイッチング素子を有し、前記複数のスイッチング素子をオンまたはオフすることで前記三相巻線に交流電流を通電するインバータと；
    　前記ロータの回転に応じた前記三相巻線の各相の通電状態の変化を表す通電パターンを低速通電制御用の低速通電パターンまたは高速通電制御用の高速通電パターンに切り替えて前記複数のスイッチング素子のオンまたはオフの状態を制御する制御部と；を備え、
    　前記制御部は、前記ロータの回転速度が所定のしきい値未満の場合に前記通電パターンを前記低速通電パターンに切り替え、前記ロータの回転速度が前記しきい値以上の場合に前記ロータの負荷が所定範囲内である状態が所定時間継続したときに前記通電パターンを前記高速通電パターンに切り替える
    　ブラシレスモータ。
  2. 　前記制御部は、前記複数のスイッチング素子をオンまたはオフ状態に制御する際に、前記ロータの回転速度が所定の目標値となるように、パルス幅変調を用いてデューティ比を所定の制限値以下で制御し、
    　前記制御部は、前記ロータの回転速度を前記目標値とするための前記デューティ比が前記制限値未満である場合に、前記ロータの負荷が前記所定範囲内の状態であると判定する
    　請求項１に記載のブラシレスモータ。
  3. 　前記ロータの回転位置を検出する位置検出部を備え、
    　前記低速通電パターンは、前記位置検出部の出力信号が変化したタイミングで前記各相の通電状態を直ちに変化させ、
    　前記高速通電パターンは、前記位置検出部の出力信号が変化したタイミングから前記回転速度に応じて変化する所定時間分ずらして前記各相の通電状態を変化させ、
    　前記高速通電パターンにおける通電角が前記低速通電パターンにおける通電角より大きい
    　請求項１または２に記載のブラシレスモータ。
  4. 　三相巻線を有するステータと；
    　永久磁石を有し、前記ステータに対向した状態で回転するロータと；
    　複数のスイッチング素子を有し、前記複数のスイッチング素子をオンまたはオフすることで前記三相巻線に交流電流を通電するインバータと；
    　前記ロータの回転に応じた前記三相巻線の各相の通電状態の変化を表す通電パターンを低速通電制御用の低速通電パターンまたは高速通電制御用の高速通電パターンに切り替えて前記複数のスイッチング素子のオンまたはオフの状態を制御する制御部と；
    　を備えるブラシレスモータを用いて、
    　前記制御部によって、前記ロータの回転速度が所定のしきい値未満の場合に前記通電パターンを前記低速通電パターンに切り替え、前記ロータの回転速度が前記しきい値以上の場合に前記ロータの負荷が所定範囲内である状態が所定時間継続したときに前記通電パターンを前記高速通電パターンに切り替えること
    　を含む制御方法。
PCT/JP2017/030751 2016-09-01 2017-08-28 ブラシレスモータおよび制御方法 WO2018043405A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/328,333 US11316450B2 (en) 2016-09-01 2017-08-28 Brushless motor and control method
EP17846410.3A EP3509206B1 (en) 2016-09-01 2017-08-28 Brushless motor and control method
CN201780035456.3A CN109379901B (zh) 2016-09-01 2017-08-28 无刷电动机以及控制方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016170801A JP6802674B2 (ja) 2016-09-01 2016-09-01 ブラシレスモータおよび制御方法
JP2016-170801 2016-09-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018043405A1 true WO2018043405A1 (ja) 2018-03-08

Family

ID=61301329

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/030751 WO2018043405A1 (ja) 2016-09-01 2017-08-28 ブラシレスモータおよび制御方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11316450B2 (ja)
EP (1) EP3509206B1 (ja)
JP (1) JP6802674B2 (ja)
CN (1) CN109379901B (ja)
WO (1) WO2018043405A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020010576A (ja) * 2018-07-12 2020-01-16 株式会社ミツバ モータ制御装置およびモータ制御方法
JP2023062838A (ja) * 2021-10-22 2023-05-09 株式会社ミツバ モータ装置、ワイパー装置、及びモータ制御方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002233183A (ja) * 2001-01-31 2002-08-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd ブラシレスモータの駆動装置および駆動方法
JP2003111469A (ja) * 2001-09-28 2003-04-11 Sharp Corp モータの制御方法および制御装置
JP2009100526A (ja) * 2007-10-16 2009-05-07 Mitsuba Corp モータ制御装置
JP2015168273A (ja) * 2014-03-04 2015-09-28 アスモ株式会社 ワイパ制御装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5184050A (ja) 1975-01-22 1976-07-23 Sumitomo Electric Industries Dokishadanshikensochi
JP3479730B2 (ja) * 1994-10-20 2003-12-15 光洋精工株式会社 電動パワーステアリング装置
EP0716499A1 (en) * 1994-12-07 1996-06-12 General Motors Corporation Controller for a brushless DC Motor
JP3483740B2 (ja) * 1997-08-29 2004-01-06 株式会社東芝 洗濯機
JP3574046B2 (ja) * 2000-06-08 2004-10-06 三洋電機株式会社 ブラシレスモータの駆動装置
JP2002142496A (ja) 2000-11-06 2002-05-17 Denso Corp 同期モータ制御装置
JP2010161907A (ja) * 2009-01-09 2010-07-22 Toyota Motor Corp モータ駆動制御システムの制御装置
WO2010082473A1 (ja) * 2009-01-14 2010-07-22 パナソニック株式会社 モータ駆動装置およびこれを用いた電気機器
CN102324882B (zh) * 2011-09-19 2013-07-31 河南工程学院 混合励磁同步电动机宽调速系统中的电流分配方法
JP6022319B2 (ja) * 2012-11-19 2016-11-09 ミネベア株式会社 モータの駆動制御装置
JP6170455B2 (ja) * 2014-03-20 2017-07-26 日立オートモティブシステムズ株式会社 ブラシレスモータの制御装置及び制御方法
JP6244482B2 (ja) * 2014-12-26 2017-12-06 東芝キヤリア株式会社 モータ駆動装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002233183A (ja) * 2001-01-31 2002-08-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd ブラシレスモータの駆動装置および駆動方法
JP2003111469A (ja) * 2001-09-28 2003-04-11 Sharp Corp モータの制御方法および制御装置
JP2009100526A (ja) * 2007-10-16 2009-05-07 Mitsuba Corp モータ制御装置
JP2015168273A (ja) * 2014-03-04 2015-09-28 アスモ株式会社 ワイパ制御装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3509206A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
US11316450B2 (en) 2022-04-26
US20210281197A1 (en) 2021-09-09
CN109379901B (zh) 2022-04-08
EP3509206B1 (en) 2022-02-09
JP6802674B2 (ja) 2020-12-16
EP3509206A4 (en) 2020-04-08
EP3509206A1 (en) 2019-07-10
JP2018038203A (ja) 2018-03-08
CN109379901A (zh) 2019-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8773060B2 (en) Brushless motor drive device and drive method
JP4735681B2 (ja) モータ制御回路，車両用ファン駆動装置及びモータ制御方法
JP7221166B2 (ja) ブラシレスモータ、ブラシレスモータの制御方法およびワイパ装置の制御方法
JP4513914B2 (ja) モータ制御回路，車両用ファン駆動装置及びモータ制御方法
US8890451B2 (en) Sensorless control unit for brushless DC motor
US20150084557A1 (en) Motor driving control device and control method of motor driving control device
CN111095783A (zh) 雨刷装置
WO2018043405A1 (ja) ブラシレスモータおよび制御方法
US20130026960A1 (en) Brushless-motor drive apparatus
WO2015098789A1 (ja) ブラシレスモータ及びワイパ装置、モータ装置及びモータ装置の制御方法
US8729840B2 (en) Sensorless control unit for brushless DC motor
JP2009100526A (ja) モータ制御装置
JPH09215382A (ja) 永久磁石同期モータの駆動方法
JP5087411B2 (ja) モータ駆動装置
EP3624329B1 (en) Brushless motor, method for controlling the same and method for controlling wiper device
JP6938925B2 (ja) ワイパ装置
WO2018066564A1 (ja) ブラシレスモータの駆動装置及び駆動方法
JP6239378B2 (ja) ワイパ装置及びワイパ装置の制御方法
US11014538B2 (en) Wiper device
JP4062228B2 (ja) 直流電動機の駆動装置
WO2018135218A1 (ja) ワイパ装置
JP2002051585A (ja) モータ制御装置
US20230238906A1 (en) Advance angle correction method, advance angle setting device, motor device, and in-vehicle device
JP5384908B2 (ja) ブラシレスモータ起動方法及び制御装置
JP6919203B2 (ja) ワイパ装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17846410

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017846410

Country of ref document: EP

Effective date: 20190401