WO2024029455A1 - モータ駆動制御装置、モータユニット、およびモータ駆動制御方法 - Google Patents

モータ駆動制御装置、モータユニット、およびモータ駆動制御方法 Download PDF

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WO2024029455A1
WO2024029455A1 PCT/JP2023/027724 JP2023027724W WO2024029455A1 WO 2024029455 A1 WO2024029455 A1 WO 2024029455A1 JP 2023027724 W JP2023027724 W JP 2023027724W WO 2024029455 A1 WO2024029455 A1 WO 2024029455A1
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WO
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signal
motor
energization
drive control
position detection
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Application number
PCT/JP2023/027724
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English (en)
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Inventor
政人 青木
Original Assignee
ミネベアミツミ株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/10Arrangements for controlling torque ripple, e.g. providing reduced torque ripple

Definitions

  • the present invention relates to a motor drive control device, a motor unit, and a motor drive control method.
  • a drive signal (PWM signal) with a predetermined duty ratio for each PWM cycle is generated every 360 electrical degrees, and by turning on and off a switching element, the coil current of the motor is driven by a sine wave. It is controlled to have a waveform.
  • the generation timing of a drive signal with a predetermined duty ratio for every 360 electrical degrees is determined from the change time of the position detection signal immediately before being output from the position detector that detects the position of the rotor of the motor.
  • the position detection signal changes every 60 electrical degrees when there are three position detectors, but every 180 electrical degrees or every 360 degrees when there is one position detector. Measure the section, calculate the electrical angle of 60 degrees, and realize sine wave drive.
  • one Hall element is used as a position detector, and the energizing phase of the motor is switched based on the timing obtained every period of 180 degrees/n of electrical angle or 360 degrees/n of electrical angle of the Hall signal output by the Hall element.
  • a motor drive circuit that performs this is known (for example, Patent Document 1).
  • the inventor investigated the switching of the energized phase of the motor, and found that the electrical angle of 60 degrees was determined based on the 180 degree electrical angle section, and the case that the electrical angle of 60 degrees was determined based on the 360 degree electrical angle section. We found that there are the following differences in each.
  • the rotational speed of the immediately preceding motor (change in position detection signal) can be reflected in the energization, and the followability is higher than when using a 360 degree section, but the duty ratio of the Hall signal is If there is variation, the timing of switching the energization pattern will be shifted, and in that case, the energization will be unstable compared to when using a 360-degree section, and the possibility of vibration will increase.
  • the present invention is intended to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a motor drive control device, a motor unit, and a motor drive control method that can reduce startup time and improve vibration after startup. do.
  • a motor drive control device includes a motor drive section that selectively energizes coils of multiple phases of the motor, and a drive control signal that outputs a drive control signal to the motor drive section.
  • a motor drive section that selectively energizes coils of multiple phases of the motor, and a drive control signal that outputs a drive control signal to the motor drive section.
  • the control circuit section energizes the plurality of phase coils of the motor at a timing determined based on either a 180 degree section or a 360 degree section of the position detection signal, depending on a rotational state of the motor.
  • an energization switching signal generation unit that generates an energization switching signal for switching patterns; and a energization switching signal generation unit that switches the energization pattern based on the energization switching signal and generates a control signal for driving the motor in a sine wave as the drive control signal.
  • the present invention is characterized by comprising a drive control signal generation section that performs the following steps.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a motor unit 1 including a motor drive control device 10 according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a drive signal in 120-degree energization rectangular wave drive. It is a figure which shows an example of the drive signal in sine wave drive.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a U-phase drive signal and a winding current waveform in sine wave drive. It is a figure showing an example of control operation in motor drive control device 10 concerning this embodiment. It is a figure explaining the relationship between position detection signal Shu and energization switching signal S6.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the flow of energization control processing in the control circuit unit 3.
  • a motor drive control device (10) includes a motor drive unit (2) that selectively energizes multiple phase coils (Lu, Lv, Lw) of a motor (20). ), a control circuit unit (3) that outputs a drive control signal (Sd) to the motor drive unit to switch the energization pattern of the plurality of phase coils energized by the motor drive unit in a predetermined order; a position detection signal output section (25) that outputs a position detection signal (Shu) corresponding to the position of the rotor of the motor, and the control circuit section outputs the position detection signal (Shu) according to the rotation state of the motor.
  • a position detection signal output section (25) that outputs a position detection signal (Shu) corresponding to the position of the rotor of the motor, and the control circuit section outputs the position detection signal (Shu) according to the rotation state of the motor.
  • an energization switching signal generation unit that generates an energization switching signal (S6) for switching the energization pattern to the multi-phase coils of the motor at a timing determined based on either a 180 degree section or a 360 degree section; (35); and a drive control signal generation unit (33) that switches the energization pattern based on the energization switching signal and generates a control signal (S4) for driving the motor in a sine wave as the drive control signal. It is characterized by having the following.
  • the energization switching signal generation unit determines whether the change timing of the position detection signal and the switching timing of the energization switching signal are synchronized. A timing determined based on the 180 degree interval when the synchronization determination unit and the synchronization determination unit determine that the change timing of the position detection signal and the switching timing of the energization switching signal are not synchronized. generates the energization switching signal, and when the synchronization determination unit determines that the change timing of the position detection signal and the switching timing of the energization switching signal are synchronized,
  • the power supply device may further include a signal generation unit that generates the energization switching signal at a determined timing.
  • the control circuit unit controls the drive control signal generation unit to control the motor before detecting the position detection signal when starting the motor. After instructing to generate a control signal for driving the rectangular wave as the drive control signal and detecting the position detection signal when starting the motor, the drive control signal generation unit is instructed to generate the drive control signal.
  • the device may further include an energization method instructing section that instructs to generate a control signal for sine wave driving as the drive control signal.
  • a motor unit (1) includes the motor drive control device (10) according to any one of [1] to [4] above, and the motor (20). It is characterized by comprising the following.
  • a motor drive control method includes a motor drive section that selectively energizes coils of multiple phases of the motor, and a drive control signal outputted to the motor drive section. , comprising a control circuit unit that switches in a predetermined order the energization pattern of the plurality of phase coils energized by the motor drive unit, and a position detector that outputs a position detection signal corresponding to the position of the rotor of the motor.
  • a motor drive control method using a motor drive control device according to the present invention, wherein the control circuit section is determined based on either a 180 degree section or a 360 degree section of the position detection signal, depending on the rotational state of the motor.
  • the method is characterized in that it includes a second step of generating a control signal for the drive control signal as the drive control signal.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a motor unit 1 including a motor drive control device 10 according to the present embodiment.
  • the motor unit 1 shown in FIG. 1 includes a motor drive control device 10, a motor 20, and a position detector 25 (an example of a position detection signal output section).
  • the motor 20 is a motor that has at least one coil.
  • the motor 20 is a brushless DC motor having three-phase (U-phase, V-phase, and W-phase) coils (windings) Lu, Lv, and Lw.
  • the motor 20 functions as one fan motor, for example, by connecting an impeller (not shown) to an output shaft of the motor 20.
  • the position detector 25 is a device that generates a position detection signal Shu according to the rotation of the rotor of the motor 20.
  • the position detector 25 is, for example, a Hall IC.
  • a Hall IC is provided at a position corresponding to the U-phase coil Lu of the motor 20.
  • the Hall IC detects the magnetic poles of the rotor, converts a signal whose voltage changes according to the rotation of the rotor into a signal that periodically changes high and low, and outputs the signal as a Hall signal.
  • the Hall signal output from the position detector 25 is input to the motor drive control device 10 as a position detection signal Shu.
  • the motor drive control device 10 is a device that controls the drive of the motor 20.
  • the motor drive control device 10 outputs a drive signal so that the rotational speed of the motor 20 matches the target rotational speed and a rectangular or sinusoidal current flows through the coils Lu, Lv, and Lw of each phase of the motor 20.
  • the motor 20 is driven by controlling the generation.
  • the motor drive control device 10 includes a control circuit section 3 and a motor drive section 2.
  • the motor drive control device 10 receives a DC voltage from an external DC power source (not shown).
  • the DC voltage is supplied to a power line (not shown) in the motor drive control device 10 via a protection circuit or the like, and is input as a power voltage to the control circuit section 3 and the motor drive section 2 through the power line. Ru.
  • the motor drive section 2 has an inverter circuit 2a and a predrive circuit 2b.
  • the inverter circuit 2a has, for example, six switching elements (not shown), and supplies AC power to the three-phase coils Lu, Lv, and Lw of the motor 20. Three high-side switching elements among the six switching elements are arranged on the positive side of the power supply Vcc, and the remaining three low-side switching elements are arranged on the negative side of the power supply Vcc.
  • the predrive circuit 2b has six output terminals connected to the respective gate terminals of the six switching elements of the inverter circuit 2a.
  • the predrive circuit 2b outputs drive signals Vuh, Vul, Vvh, Vvl, Vwh, and Vwl for each of the six switching elements of the inverter circuit 2a based on the drive control signal Sd output from the control circuit section 3, Controls the on/off operation of switching elements.
  • the drive signals Vuh, Vul, Vvh, Vvl, Vwh, and Vwl are, respectively, a U-phase high-side drive signal, a U-phase low-side drive signal, a V-phase high-side drive signal, a V-phase low-side drive signal, a W-phase high-side drive signal, This is a W-phase low-side drive signal.
  • the motor drive unit 2 is a circuit that drives the motor 20 based on the drive control signal Sd output from the control circuit unit 3.
  • the drive control signal Sd is a signal for controlling the drive of the motor 20, and is, for example, a PWM signal.
  • the control circuit section 3 is a circuit for controlling the operation of the motor drive control device 10 in an integrated manner.
  • the control circuit unit 3 includes, for example, a processor such as a CPU, various storage devices such as RAM, ROM, and flash memory, a counter (timer), an A/D conversion circuit, and a D/A conversion circuit. , a clock generation circuit, and peripheral circuits such as an input/output interface circuit are connected to each other via a bus or a dedicated line.
  • the control circuit section 3 is a microcontroller unit (MCU).
  • control circuit section 3 and the motor drive section 2 may be configured to be packaged as one semiconductor integrated circuit (IC), or may be packaged as individual integrated circuits and mounted on a circuit board. They may be mounted on a circuit board and electrically connected to each other on a circuit board.
  • IC semiconductor integrated circuit
  • the control circuit section 3 performs PWM control. That is, the control circuit unit 3 determines the duty ratio so that the rotational speed of the motor 20 matches the target rotational speed and a rectangular or sinusoidal current flows through the coils Lu, Lv, and Lw of each phase of the motor 20.
  • a PWM signal (an example of a control signal) S4 is generated and output as a drive control signal Sd.
  • the control circuit unit 3 generates the PWM signal S4 using different generation methods depending on the rotational state of the motor 20, thereby shortening the startup time and improving vibration after startup. It has a configuration that allows both.
  • the control circuit unit 3 generates a PWM signal S4 in which the current flowing through the coils Lu, Lv, and Lw of each phase of the motor 20 has a rectangular wave shape (executes rectangular wave drive) until the position detection signal Shu is detected at the time of startup. ), and after detecting the position detection signal Shu at startup, generates a PWM signal S4 in which the current flowing through the coils Lu, Lv, and Lw of each phase of the motor 20 has a sine wave shape (executes sine wave drive).
  • the position detection signal Shu was detected at the time of startup means that the position detection signal Shu was detected in an interval where the rotational position of the motor 20 based on the position detection signal Shu could be determined. For example, when detecting the position detection signal Shu in an interval of 180 degrees, it can be determined that the motor 20 has rotated half a rotation, so it can be determined that "the position detection signal Shu was detected at the time of startup.” That is, at the time of startup, the control circuit unit 3 causes a rectangular wave current to flow through the coils Lu, Lv, and Lw of each phase of the motor 20 until it detects the position detection signal Shu in an interval of 180 degrees, for example. A PWM signal S4 is generated and rectangular wave driving is performed to output it as a drive control signal Sd.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a drive signal in 120-degree energization rectangular wave drive.
  • FIG. 2 shows the waveform of a drive signal (on/off signal) input to each switching element of the inverter circuit 2a in 120-degree energization rectangular wave drive. That is, from the top to the bottom of FIG.
  • the waveform of the position detection signal Shu the waveform of the U-phase high-side drive signal Vuh, the waveform of the U-phase low-side drive signal Vul, the waveform of the V-phase high-side drive signal Vvh, The waveform of the phase low-side drive signal Vvl, the waveform of the W-phase high-side drive signal Vwh, and the waveform of the W-phase low-side drive signal Vwl are shown.
  • FIG. 2 also shows that the energization pattern to the three-phase coils Lu, Lv, and Lw is switched every 60 degrees in the order of VU, WU, WV, UV, UW, and VW.
  • the energization pattern VU is an energization pattern in which the winding current flows from the V-phase coil Lv to the U-phase coil Lu
  • the energization pattern WU is an energization pattern in which the winding current flows from the W-phase coil Lw to the U-phase coil Lu.
  • the energization pattern WV is an energization pattern in which the winding current flows from the W-phase coil Lw to the V-phase coil Lv
  • the energization pattern UV is an energization pattern in which the winding current flows from the U-phase coil Lu to the V-phase coil Lv
  • the energization pattern UW is an energization pattern in which the winding current flows from the U-phase coil Lu to the W-phase coil Lw
  • the energization pattern VW is an energization pattern in which the winding current flows from the V-phase coil Lv to the W-phase coil. This is an energization pattern that flows to Lw. In the example shown in FIG.
  • the energization pattern to the three-phase coils Lu, Lv, and Lw of the motor 20 is controlled by controlling the drive signals Vuh, Vul, Vvh, Vvl, Vwh, and Vwl every 60 electrical degrees. Control is performed to switch in a predetermined order (in this example, the order of VU, WU, WV, UV, UW, and VW).
  • the energization pattern is switched based on an energization switching signal S6 for switching the energization pattern of the three-phase coils Lu, Lv, and Lw of the motor 20.
  • the control circuit unit 3 controls the drive signals Vuh, Vul, Vvh, Vvl, Vwh, and Vwl input to each switching element of the inverter circuit 2a to control the three-phase coil Lu. , Lv, and Lw, the energized phase is switched every 60 electrical degrees.
  • the switching timing of the energization switching signal S6 in the rectangular wave drive is set to a timing of 60 electrical degrees predetermined by a timer inside the control circuit unit 3.
  • a PWM signal S4 is generated as shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a drive signal in sine wave drive.
  • FIG. 3 shows the waveform of a drive signal (PWM signal) input to each switching element of the inverter circuit 2a in sine wave drive. That is, from the top to the bottom of FIG. 3, the waveform of the position detection signal Shu, the waveform of the U-phase high-side drive signal Vuh, the waveform of the U-phase low-side drive signal Vul, the waveform of the V-phase high-side drive signal Vvh, and the waveform of the V-phase high-side drive signal Vvh.
  • the waveform of the phase low-side drive signal Vvl, the waveform of the W-phase high-side drive signal Vwh, and the waveform of the W-phase low-side drive signal Vwl are shown.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a U-phase drive signal and a winding current waveform in sine wave driving.
  • FIG. 4 shows the waveforms of the drive signal (PWM signal) input to the U-phase switching element and the winding current flowing through the U-phase coil Lu in sine wave driving. That is, from the top to the bottom of FIG. 4, the waveform of the position detection signal Shu, the waveform of the U-phase high-side drive signal Vuh, the waveform of the U-phase low-side drive signal Vul, and the waveform of the winding current flowing in the U-phase coil Lu Waveforms are shown.
  • the control circuit unit 3 performs PWM so that sinusoidal winding currents whose phases are shifted by 120 degrees from each other flow through the U-phase, V-phase, and W-phase coils Lu, Lv, and Lw of the motor 20.
  • a signal S4 is generated and given to the motor drive unit 2 as a drive control signal Sd.
  • a drive signal (PWM signal) input to each switching element of the inverter circuit 2a is generated, for example, according to a duty value of the PWM signal stored in a waveform table.
  • the control circuit unit 3 switches the waveform table used to generate the drive signal (PWM signal) to be input to each switching element of the inverter circuit 2a every 60 electrical degrees. That is, in the example shown in FIG.
  • the electrical angle of 60 degrees set as the switching timing of the energization switching signal S6 in the sine wave drive is set in the 180 degree section of the position detection signal Shu according to the rotational state of the motor 20. or a 360 degree interval. That is, when the rotation of the motor 20 is not stable, one-third of the time corresponding to the 180 degree section of the position detection signal Shu is determined as the time of 60 degrees electrical angle, and the motor 20 When the rotation of the position detection signal Shu is stable, one-sixth of the time corresponding to the 360 degree section of the position detection signal Shu is determined as the time of 60 degrees electrical angle, and the energization switching signal S6 is switched. Set as timing.
  • Whether or not the rotation of the motor 20 is in a stable state can be determined, for example, by using the change timing of the position detection signal Shu and the energization switching signal S6 for switching the energization pattern of the three-phase coils Lu, Lv, and Lw of the motor 20.
  • the determination can be made based on whether or not the switching timing is synchronized with the switching timing.
  • the switching timing of the energization switching signal S6 in sine wave driving is the position detection signal Shu while the change timing of the position detection signal Shu and the switching timing of the energization switching signal S6 are not synchronized (asynchronous).
  • the timing is set to 60 degrees in electrical angle, which is determined based on the 180 degree section of
  • the timing is set at an electrical angle of 60 degrees determined based on the section.
  • the determination as to whether or not the rotation of the motor 20 is in a stable state is determined by determining whether or not the rotation speed of the motor 20 is in a stable state, that is, the difference between the target rotation speed and the actual rotation speed of the motor 20.
  • the determination can be made based on whether or not the value is less than or equal to a predetermined value.
  • the switching timing of the energization switching signal S6 in the sine wave drive is determined based on the 180 degree section of the position detection signal Shu while the difference between the target rotational speed and the actual rotational speed of the motor 20 does not become less than the threshold value. While the difference between the target rotational speed and the actual rotational speed of the motor 20 is below the threshold, the timing of the electrical angle of 60 degrees is determined based on the 360 degree section of the position detection signal Shu. It may be set to
  • the switching timing of the energization switching signal S6 in the sine wave drive is set to the timing of 60 electrical degrees determined based on the 180 degree section of the position detection signal Shu. Therefore, the immediately preceding rotational speed of the motor 20 (change in the position detection signal Shu) can be reflected in the energization, and the followability for approaching the target driving state is improved, and as a result, the startup time can be shortened.
  • the switching timing of the energization switching signal S6 in the sine wave drive is set to the timing of 60 electrical degrees determined based on the 360-degree section of the position detection signal Shu.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a control operation in the motor drive control device 10 according to the present embodiment.
  • FIG. 5 shows the control operation from when the motor 20 is started until the motor 20 is stably rotated.
  • the control circuit unit 3 executes rectangular wave driving when starting the motor 20, and executes sine wave driving when detecting the position detection signal Shu for a 180 degree interval.
  • the control circuit unit 3 performs the following operations during a period in which the change timing of the position detection signal Shu and the switching timing of the energization switching signal S6 are not synchronized (asynchronous) after switching to sine wave driving.
  • the switching timing of the energization switching signal S6 is set at the timing of 60 electrical degrees determined based on the 180-degree section of the position detection signal Shu, and sine wave driving is executed. Furthermore, as shown in FIG.
  • the control circuit unit 3 controls the position detection signal Shu during the period when the change timing of the position detection signal Shu after switching to the sine wave drive is synchronized with the switching timing of the energization switching signal S6.
  • the switching timing of the energization switching signal S6 is set at the timing of 60 electrical degrees determined based on the 360-degree section in Shu, and sine wave driving is executed.
  • the control circuit unit 3 generates the drive control signal Sd using different generation methods depending on the rotational state of the motor 20, thereby shortening the startup time and
  • the structure is designed to improve vibration after startup.
  • the control circuit section 3 includes a rotation speed calculation section 31, a speed command analysis section 32, a drive control signal generation section 33, and an energization method instruction section 34 as functional sections that perform the above-mentioned PWM control. and an energization switching signal generation section 35.
  • the drive control signal generation section 33 includes a PWM command section 331 and a PWM signal generation section 332.
  • Each of the above-mentioned functional units constituting the control circuit unit 3 is realized, for example, by program processing of an MCU as the control circuit unit 3.
  • the processor configuring the MCU as the control circuit unit 3 performs various calculations according to programs stored in the memory and controls each peripheral circuit configuring the MCU, thereby controlling the rotation speed calculation unit.
  • a speed command analysis section 32, a drive control signal generation section 33, an energization method instruction section 34, and an energization switching signal generation section 35 are realized.
  • the rotation speed calculation unit 31 is a functional unit that calculates the actual rotation speed (actual rotation speed) of the motor 20.
  • the rotation speed calculation unit 31 generates an actual rotation speed signal S2 indicating the actual rotation speed of the motor 20 based on the position detection signal Shu input from the position detector 25 using a known calculation method, and performs drive control. It is output to the PWM command section 331 of the signal generation section 33.
  • the speed command analysis unit 32 receives, for example, a drive command signal Sc output from a host device (not shown) provided outside the motor drive control device 10.
  • the drive command signal Sc is a signal that indicates a target value for driving the motor 20, and is, for example, a speed command signal that indicates a target rotational speed of the motor 20.
  • the speed command analysis unit 32 acquires information on the specified target rotation speed by analyzing the drive command signal Sc. For example, when the drive command signal Sc is a PWM signal having a duty ratio corresponding to the target rotational speed, the speed command analysis section 32 analyzes the duty ratio of the drive command signal Sc, and calculates the rotational speed corresponding to the duty ratio. The information is output to the PWM command unit 331 as a target rotational speed signal S1.
  • the drive control signal generation unit 33 generates a PWM signal S4 with a determined duty ratio so that the actual rotation speed of the motor 20 becomes the target rotation speed, and generates the drive control signal S4 at a desired energization method and desired energization switching timing. Output as Sd. This will be explained in detail below.
  • the actual rotation speed signal S2 output from the rotation speed calculation section 31 and the target rotation speed signal S1 corresponding to the drive command signal Sc output from the speed command analysis section 32 are input to the PWM command section 331. Further, the PWM command section 331 receives an energization method instruction signal S5 outputted from the energization method instruction section 34 and an energization switching signal S6 outputted from the energization switching signal generation section 35. The PWM command unit 331 determines the operation amount of the motor 20 to make the actual rotation speed of the motor 20 match the target rotation speed based on the target rotation speed signal S1 and the actual rotation speed signal S2, and calculates the operation amount of the motor 20 based on the target rotation speed signal S1 and the actual rotation speed signal S2.
  • a PWM command value S3 is generated.
  • the PWM signal generation unit 332 generates a PWM signal S4 based on the PWM command value S3 and outputs it as a drive control signal Sd.
  • the energization method instruction unit 34 performs a rectangular wave drive in which a rectangular wave winding current flows through the coils Lu, Lv, and Lw of each phase of the motor 20 until the position detection signal Shu is detected at the time of startup, and the current is set at the position at the time of startup. After detecting the detection signal Shu, the drive control signal generation unit 33 is instructed to perform a sine wave drive so that a sine wave winding current flows through the coils Lu, Lv, and Lw of each phase of the motor 20. Instruct.
  • the position detection signal Shu was detected at startup means that a level change of the position detection signal Shu was detected twice. That is, when the position detection signal Shu is detected in an interval of 180 degrees, it can be determined that "the position detection signal Shu was detected at the time of startup.”
  • the energization switching signal generation unit 35 generates an energization switching signal S6 having switching timing according to the rotational state of the motor 20.
  • the energization switching signal S6 is a signal for switching the energization pattern to the three-phase coils Lu, Lv, and Lw of the motor 20 in a predetermined order, and the switching timing indicates an electrical angle of 60 degrees.
  • the energization switching signal generation unit 35 generates the energization switching signal S6 including information indicating the electrical angle of 60 degrees at a timing predetermined by an internal timer until the position detection signal Shu is detected at the time of startup. generate.
  • the energization switching signal generation unit 35 After detecting the position detection signal Shu at the time of startup, the energization switching signal generation unit 35 generates an electrical angle determined based on either the 180 degree section or the 360 degree section of the position detection signal Shu, depending on the rotation state. An energization switching signal S6 having a switching timing of 60 degrees is generated.
  • the energization switching signal generation section 35 includes a timer 351, a signal generation section 352, an energization synchronization adjustment section (an example of a synchronization determination section) 353, and an electrical angle instruction section 354.
  • the timer 351 counts the time required to define a predetermined electrical angle 60, and outputs a notification to that effect to the signal generation unit 352 every time it counts 60 degrees of electrical angle.
  • the signal generation unit 352 generates the energization switching signal S6 having the switching timing set to the timing of 60 electrical degrees received from the timer 351 until the signal generation unit 352 detects the position detection signal Shu at the time of startup.
  • the signal generation unit 352 uses the 180 degree section of the position detection signal Shu instead of the 60 degree electrical angle timing received from the timer 351, depending on the rotational state of the motor 20.
  • an energization switching signal S6 having a switching timing set to a timing of 60 electrical degrees determined based on any one of the 360-degree sections is generated.
  • the signal generation section 352 generates the energization switching signal S6 having the switching timing set to the timing determined based on the electrical angle generation reference instruction signal S8 output from the electrical angle instruction section 354.
  • the electrical angle generation reference instruction signal S8 is a signal that includes an instruction as to whether the 180 degree section or the 360 degree section of the position detection signal Shu is to be used as a reference for determining the electrical angle of 60 degrees.
  • the signal generation unit 352 When the signal generation unit 352 receives the electrical angle generation standard instruction signal S8 including an instruction to set the electrical angle of 60 degrees as a reference on the 180 degree section of the position detection signal Shu, the signal generation section 352 sets the electrical angle of 60 degrees as a reference on the 180 degree section of the position detection signal Shu. The timing of the electrical angle of 60 degrees is determined, and the energization switching signal S6 having the switching timing set to the determined timing is generated.
  • the signal generation unit 352 When the signal generation unit 352 receives the electrical angle generation standard instruction signal S8 including an instruction to set the electrical angle of 60 degrees as a reference on the 360 degree section of the position detection signal Shu, the signal generation section 352 sets the electrical angle of 60 degrees as a reference on the 360 degree section of the position detection signal Shu. The timing of the electrical angle of 60 degrees is determined, and the energization switching signal S6 having the switching timing set to the determined timing is generated.
  • the electrical angle instruction unit 354 generates an electrical angle generation standard including an instruction as to whether to generate the 60 degree electrical angle based on the 180 degree section or the 360 degree section of the position detection signal Shu, depending on the rotational state of the motor 20.
  • An instruction signal S8 is generated.
  • the electrical angle instruction unit 354 determines the electrical angle of 60 degrees based on either the 180 degree interval or the 360 degree interval in the position detection signal Shu, based on the synchronization notification signal S7 generated by the energization synchronization adjustment unit 353.
  • An electrical angle generation reference instruction signal S8 including an instruction as to whether to perform the electrical angle generation is generated.
  • the synchronization notification signal S7 is a signal including synchronization presence/absence information, which is information as to whether or not the change timing of the position detection signal Shu and the switching timing of the energization switching signal S6 are synchronized.
  • the synchronization presence/absence information included in the synchronization notification signal S7 is one form of information indicating whether or not the rotation of the motor 20 is in a stable state.
  • the rotational state of the motor 20 is determined based on whether the rotational state of the motor 20 is stable based on the criterion of whether or not the change timing of the position detection signal Shu and the switching timing of the energization switching signal S6 are synchronized.
  • the present invention is not limited to this.
  • the synchronization notification signal S7 is a signal that includes other information indicating whether or not the rotation of the motor 20 is in a stable state. can be used.
  • the electrical angle instruction unit 354 When the electrical angle instruction unit 354 receives a synchronization notification signal S7 from the energization synchronization adjustment unit 353 indicating that the change timing of the position detection signal Shu and the switching timing of the energization switching signal S6 are synchronized, the electrical angle instruction unit 354 It determines that the rotation is in a stable state, generates an electrical angle generation standard instruction signal S8 including an instruction to base the generation of an electrical angle of 60 degrees on the 360 degree section of the position detection signal Shu, and generates an energization switching signal. The output signal is output to the signal generating section 352 of the section 35.
  • the electrical angle instruction unit 354 receives a synchronization notification signal S7 from the energization synchronization adjustment unit 353 indicating that the change timing of the position detection signal Shu and the switching timing of the energization switching signal S6 are not synchronized, the electrical angle instruction unit 354 It determines that the rotation is not in a stable state, generates an electrical angle generation standard instruction signal S8 including an instruction to base the generation of an electrical angle of 60 degrees on the 180 degree section of the position detection signal Shu, and generates an energization switching signal. The output signal is output to the signal generating section 352 of the section 35.
  • the energization synchronization adjustment unit 353 adjusts the change timing of the position detection signal Shu and the energization switching signal S6 based on the position detection signal Shu input from the position detector 25 and the PWM command value S3 input from the PWM command unit 331. It is determined whether or not the switching timing is synchronized, and a synchronization notification signal S7 containing synchronization information is generated. Since the PWM command value S3 includes information on the timing of the electrical angle of 60 degrees designated by the energization switching signal S6, the switching timing of the energization switching signal S6 can be determined based on the PWM command value S3.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between the position detection signal Shu and the energization switching signal S6.
  • FIG. 6 shows six patterns of the timing of the position detection signal Shu with respect to the timing of 60 electrical degrees of the energization switching signal S6.
  • broken lines extending vertically indicate rising edges or falling edges of the energization switching signal S6.
  • the winding current flowing through the U-phase coil Lu of the motor 20 is one sine during the 360-degree electrical angle in which the energization switching signal S6 indicating the timing of the 60-degree electrical angle is output six times.
  • Form a waveform That is, the time when the energization switching signal S6 is output six times corresponds to the time of one cycle of rotation of the motor 20.
  • the energization synchronization adjustment unit 353 can identify six timings corresponding to (1) to (6) of the energization switching signal S6 shown in FIG. 6 by counting the PWM command value S3 of the sine wave drive. .
  • the top row of FIG. 6 shows the relationship between the position detection signal Shu (solid line) and the energization switching signal S6 when they are synchronized, and (a) to (e) show the relationship between the position detection signal Shu (solid line) and the energization switching signal S6 when they are not synchronized.
  • the relationship between the position detection signal Shu (broken line) and the energization switching signal S6 is shown.
  • the energization synchronization adjustment unit 353 detects the falling edge of the position detection signal Shu at the timing (1) of the energization switching signal S6, and detects the position at the timing (4) of the energization switching signal S6. It is determined that synchronization is achieved when a rising edge of the signal Shu is detected.
  • the energization synchronization adjustment unit 353 determines that synchronization is not achieved when the phase of the position detection signal Shu indicating the rotational position of the rotor is earlier or later than the energization switching signal S6. Such cases are shown in (a) to (e) in FIG. 6.
  • Case (a) is a case where the detection timing of the position detection signal Shu is delayed by one with respect to the energization switching signal S6. That is, the falling edge of the position detection signal Shu is detected at the timing (2) of the energization switching signal S6, and the rising edge of the position detection signal Shu is detected at the timing (5) of the energization switching signal S6.
  • Case (b) is a case where the detection timing of the position detection signal Shu is delayed by two times with respect to the energization switching signal S6. That is, the falling edge of the position detection signal Shu is detected at the timing (3) of the energization switching signal S6, and the rising edge of the position detection signal Shu is detected at the timing (6) of the energization switching signal S6.
  • Case (c) is a case where the detection timing of the position detection signal Shu is delayed by three times with respect to the energization switching signal S6. That is, the falling edge of the position detection signal Shu is detected at the timing (4) of the energization switching signal S6, and the rising edge of the position detection signal Shu is detected at the timing (1) of the energization switching signal S6.
  • Case (d) is a case where the detection timing of the position detection signal Shu is delayed by four times with respect to the energization switching signal S6. That is, the falling edge of the position detection signal Shu is detected at the timing (5) of the energization switching signal S6, and the rising edge of the position detection signal Shu is detected at the timing (2) of the energization switching signal S6.
  • Case (e) is a case where the detection timing of the position detection signal Shu is delayed by five times with respect to the energization switching signal S6. That is, the falling edge of the position detection signal Shu is detected at the timing (6) of the energization switching signal S6, and the rising edge of the position detection signal Shu is detected at the timing (3) of the energization switching signal S6.
  • the energization synchronization adjustment unit 353 determines whether the change timing of the position detection signal Shu and the switching timing of the energization switching signal S6 are synchronized based on the position detection signal Shu and the PWM command value S3. Since the PWM command value S3 includes information on the timing of the electrical angle of 60 degrees designated by the energization switching signal S6, the switching timing of the energization switching signal S6 can be known based on the PWM command value S3.
  • a synchronization notification signal S7 is generated that includes synchronization presence/absence information indicating that the change timing of the signal Shu and the switching timing of the energization switching signal S6 are synchronized.
  • the energization synchronization adjustment unit 353 determines that the position detection signal Shu and the energization switching signal S6 are not synchronized, and A synchronization notification signal S7 is generated that includes synchronization information indicating that Shu and the energization switching signal S6 are not synchronized.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the process flow of energization control in the control circuit unit 3.
  • the control circuit unit 3 first instructs 120-degree energization at the time of startup (step S101).
  • the energization method instruction section 34 generates an energization method instruction signal S5 that instructs rectangular wave drive with 120-degree energization immediately after startup, and outputs it to the PWM instruction section 331 of the drive control signal generation section 33.
  • the energization switching signal generation section 35 outputs the energization switching signal S6 indicating the predetermined timing of 60 electrical degrees to the PWM command section 331 of the drive control signal generation section 33.
  • the control circuit unit 3 determines whether the position detection signal Shu has been acquired (detected) (step S102). Specifically, the energization method instructing unit 34 determines whether or not the position detection signal Shu in an interval of 180 degrees has been acquired (detected), for example. If the control circuit unit 3 cannot determine that the position detection signal Shu has been acquired (step S102: NO), it waits until it can determine.
  • control circuit unit 3 determines that the position detection signal Shu has been acquired (step S102: YES), it instructs sine wave driving (step S103). Specifically, the energization method instruction section 34 generates an energization method instruction signal S5 that instructs sine wave driving, and outputs it to the PWM instruction section 331.
  • step S102 When determining that the position detection signal Shu has been acquired (step S102: YES), the control circuit unit 3 determines whether the change timing of the position detection signal Shu and the switching timing of the energization switching signal S6 are synchronized. Determination is made (step S104). Specifically, the energization synchronization adjustment unit 353 determines whether the change timing of the position detection signal Shu and the switching timing of the energization switching signal S6 are synchronized based on the position detection signal Shu and the PWM command value S3. judge.
  • step S104 determines that the change timing of the position detection signal Shu is not synchronized with the switching timing of the energization switching signal S6 (step S104: NO)
  • the control circuit unit 3 uses the 180 degree section of the position detection signal Shu as a reference.
  • step S105 determines that the change timing of the position detection signal Shu and the switching timing of the energization switching signal S6 are not synchronized, and includes synchronization presence/absence information indicating that they are not synchronized.
  • a synchronization notification signal S7 is output to the electrical angle instruction section 354.
  • the electrical angle instruction section 354 Upon receiving this synchronization notification signal S7, the electrical angle instruction section 354 sends an electrical angle generation standard instruction signal S8 to the signal generation section 352, which instructs to generate an electrical angle of 60 degrees based on the 180 degree section of the position detection signal Shu. Output to.
  • step S104 determines that the change timing of the position detection signal Shu is synchronized with the switching timing of the energization switching signal S6 (step S104: YES)
  • step S106 determines an electrical angle of 60 degrees based on (step S106).
  • the energization synchronization adjustment unit 353 determines that the change timing of the position detection signal Shu and the switching timing of the energization switching signal S6 are synchronized, and includes synchronization presence/absence information indicating that they are synchronized.
  • a synchronization notification signal S7 is output to the electrical angle instruction section 354.
  • the electrical angle instruction unit 354 Upon receiving this synchronization notification signal S7, the electrical angle instruction unit 354 sends an electrical angle generation reference instruction signal S8 to the signal generation unit 352, which instructs to generate an electrical angle of 60 degrees based on the 360 degree section of the position detection signal Shu. Output to.
  • the signal generation unit 352 generates an electrical angle of 60 degrees based on the section in the position detection signal Shu instructed by the processing in steps S105 and S106, and outputs it to the PWM command unit 331 as the energization switching signal S6.
  • the control circuit unit 3 determines whether or not to stop driving the motor 20 (step S107), and if the driving of the motor 20 is to be stopped (step S107: YES), it ends the process and stops driving the motor 20. If not stopped (step S107: YES), return to step S104 (step S107: NO) and continue the process.
  • the control circuit section 3 is determined based on either the 180 degree section or the 360 degree section of the position detection signal Shu, depending on the rotational state of the motor 20.
  • an energization switching signal S6 for switching the energization pattern to the three-phase coils Lu, Lv, and Lw of the motor 20 is generated, and the energization pattern is switched based on the energization switching signal S6, and the motor 20 is set to a sine wave.
  • a drive control signal Sd for driving is generated.
  • the energization switching signal generation unit 35 determines whether the change timing of the position detection signal Shu and the switching timing of the energization switching signal S6 are synchronized. , the rotational state of the motor 20 is determined.
  • the rotational state of the motor 20 can be determined based on the position detection signal Shu and the PWM command value S3, so the configuration for determining the rotational state of the motor 20 can be simplified.
  • the control circuit section 3 transmits a PWM signal (control signal Example) After generating S4 as the drive control signal Sd and detecting the position detection signal Shu when starting the motor 20, drive control of the PWM signal (an example of a control signal) S4 for driving the motor 20 in a sine wave is performed. It is generated as a signal Sd.
  • the drive control signal Sd for driving the motor 20 in a sine wave can be generated when the state is such that sine wave driving is possible.
  • a drive signal (PWM signal) with a predetermined duty ratio for each PWM cycle is generated every 360 electrical degrees, and each switching element of the inverter circuit 2a is switched, so that the winding current of the motor 20 has a sine waveform.
  • Control so that The generation timing of the PWM signal for every 360 electrical degrees is determined from the change time of the previous position detection signal Shu, so at startup, the motor 20 is driven by square wave drive, and the change time of the position detection signal Shu is determined. Switch to sine wave drive at the timing when it is possible to detect.
  • the energization synchronization adjustment unit 353 transmits, for example, information indicating which of cases (a) to case (e) shown in FIG. It may be included in S7.
  • the electrical angle generation standard instruction signal S8 generated by the electrical angle instruction section 354 or the signal generation section 352 generates information indicating which of cases (a) to (e) shown in FIG. It may be included in the energization switching signal S6.
  • the drive control signal generation unit 33 can adjust the phase of the PWM signal S4 generated as the drive control signal Sd according to information indicating the degree of asynchrony included in the energization switching signal S6.
  • the motor 20 is not limited to a brushless DC motor. Further, the motor 20 is not limited to three phases, but may have a configuration of two or more phases.
  • the electrical angle of 60 degrees is calculated based on the 180 degree section, and after synchronization is achieved, the electrical angle of 60 degrees is calculated using the 360 degree section as the reference.
  • these switchings are not limited to the time of startup. For example, if synchronization is lost again due to sudden deceleration after synchronization has been achieved, the calculation will change from calculating an electrical angle of 60 degrees based on a 360 degree section to calculating an electrical angle of 60 degrees based on a 180 degree section. , and after synchronization is achieved again, the electrical angle of 60 degrees may be calculated based on the 360 degree section.
  • a Hall IC used as the position detector 25
  • the present invention is not limited to this.
  • a Hall element, an encoder, a resolver, etc. may be provided as the position detector 25, and their detection signals may be input to the motor drive control device 10 as the position detection signal Shu.
  • the number of position detectors 25 is not particularly limited.
  • the motor drive control device 10 may calculate the rotational speed and electrical angle of the motor 20 by calculation using a known position sensorless method such as synchronous detection using winding voltage without providing the position detector 25. good.
  • each functional unit of the control circuit unit 3 is realized by program processing of the MCU is illustrated, the present invention is not limited to this. ) may be realized.
  • SYMBOLS 1 Motor unit, 2... Motor drive part, 2a... Inverter circuit, 2b... Predrive circuit, 3... Control circuit part, 31... Rotation speed calculation part, 32... Speed command analysis part, 33... Drive control signal generation part, 331... PWM command section, 332... PWM signal generation section, 34... Energization method instruction section, 35... Energization switching signal generation section, 351... Timer, 352... Signal generation section, 353... Energization synchronization adjustment section (an example of a synchronization determination section) ), 354... Electrical angle indicator, 10... Motor drive control device, 20... Motor, 25... Position detector (an example of a position detection signal output part), Shu... Position detection signal, Sc... Drive command signal, Sd...

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Abstract

起動時間の短縮および起動後の振動改善を両立する。 モータ駆動制御装置(10)は、モータ(20)の3相のコイル(Lu,Lv,Lw)に選択的に通電するモータ駆動部(2)に駆動制御信号(Sd)を出力することにより、モータ駆動部(2)により通電される3相のコイル(Lu,Lv,Lw)の通電パターンを所定の順序で切り替える制御回路部(3)を備え、制御回路部(3)は、モータ(20)の回転状態に応じて、位置検出信号(Shu)における180度区間または360度区間のいずれかを基準として決定されるタイミングで、モータ(20)の3相のコイル(Lu,Lv,Lw)への通電パターンを切り替えるための通電切替信号(S6)を生成する通電切替信号生成部(35)と、通電切替信号(S6)に基づいて通電パターンを切り替えて、モータ(20)を正弦波駆動するためのPWM信号(S4)を駆動制御信号(Sd)として生成する駆動制御信号生成部(33)と、を有する。

Description

モータ駆動制御装置、モータユニット、およびモータ駆動制御方法
 本発明は、モータ駆動制御装置、モータユニット、およびモータ駆動制御方法に関する。
 モータの正弦波駆動においては、電気角360度毎に、PWM周期毎の所定デューティ比の駆動信号(PWM信号)を生成し、スイッチング素子をオン・オフさせることで、モータのコイル電流が正弦波波形になるように制御している。
 電気角360度毎の所定デューティ比の駆動信号の生成タイミングは、モータのロータの位置を検出する位置検出器から出力される直前の位置検出信号の変化時間から決定される。位置検出信号の変化は、位置検出器が3個の場合は電気角60度毎であるのに対し、位置検出器が1個の場合は電気角180度毎または360度毎であるため、その区間を測定して、電気角60度を算出し、正弦波駆動を実現する。
 従来、位置検出器として1つのホール素子を用い、当該ホール素子により出力されるホール信号の電気角180度/nもしくは電気角360度/nの周期毎に得たタイミングによってモータの通電相切り替えを行うモータ駆動回路が知られている(例えば、特許文献1)。
特開2006-20440号公報
 特許文献1のモータ駆動回路においては、モータの通電相切り替えにあたり、電気角60度のタイミングをホール信号の電気角180度区間と電気角360度区間のどちらをもとに決定するか(利用するか)については特に言及していない。
 モータの通電相切り替えについて、本発明者が検討したところ、電気角180度区間をもとに電気角60度を決定した場合と電気角360度区間をもとに電気角60度を決定した場合のそれぞれにおいて、以下のような違いがあるという知見が得られた。
 すなわち、180度区間を利用する場合、直前のモータの回転速度(位置検出信号の変化)を通電に反映でき、360度区間利用の場合に比べて追従性が高いが、ホール信号のデューティ比がばらついた場合には、通電パターンを切り替えるタイミングがずれてしまい、その場合は360度区間利用のときに比べて通電が不安定となり、振動する可能性が高くなる。
 一方、360度区間を利用する場合、位置検出信号のデューティ比がばらついても平均化して60度が算出可能なため、通電パターンを切り替えるタイミングが安定し、180度区間利用の場合に比べて振動する可能性は低いが、直前のモータの回転速度(位置検出信号の変化)が平均化されるため、180度区間利用の場合に比べて追従性が低い。
 上記のような違いに鑑みて、適切な手法で決定した電気角60度によってモータの通電パターンの切り替えを行うことにより、起動時間の短縮および起動後の振動改善を両立できることを発見し、本発明に至った。
 本発明は、上述した課題を解消するためのものであり、起動時間の短縮および起動後の振動改善を両立可能なモータ駆動制御装置、モータユニット、およびモータ駆動制御方法を提供することを目的とする。
 本発明の代表的な実施の形態に係るモータ駆動制御装置は、モータの複数相のコイルに選択的に通電するモータ駆動部と、前記モータ駆動部に駆動制御信号を出力することにより、前記モータ駆動部により通電される前記複数相のコイルの通電パターンを所定の順序で切り替える制御回路部と、前記モータのロータの位置に対応する位置検出信号を出力する位置検出信号出力部と、を備え、前記制御回路部は、前記モータの回転状態に応じて、前記位置検出信号における180度区間または360度区間のいずれかを基準として決定されるタイミングで、前記モータの複数相のコイルへの前記通電パターンを切り替えるための通電切替信号を生成する通電切替信号生成部と、前記通電切替信号に基づいて前記通電パターンを切り替えて、前記モータを正弦波駆動するための制御信号を前記駆動制御信号として生成する駆動制御信号生成部と、を有することを特徴とする。
 本発明の一態様によれば、起動時間の短縮および起動後の振動改善を両立することが可能となる。
本実施の形態に係るモータ駆動制御装置10を備えたモータユニット1の構成を示す図である。 120度通電矩形波駆動における駆動信号の一例を示す図である。 正弦波駆動における駆動信号の一例を示す図である。 正弦波駆動におけるU相の駆動信号と巻線電流波形の一例を示す図である。 本実施の形態に係るモータ駆動制御装置10における制御動作の一例を示す図である。 位置検出信号Shuと通電切替信号S6との関係を説明する図である。 制御回路部3における通電制御の処理の流れの一例を示す図である。
1.実施の形態の概要
 先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。なお、以下の説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を、括弧を付して記載している。
 〔1〕本発明の代表的な実施の形態に係るモータ駆動制御装置(10)は、モータ(20)の複数相のコイル(Lu,Lv,Lw)に選択的に通電するモータ駆動部(2)と、前記モータ駆動部に駆動制御信号(Sd)を出力することにより、前記モータ駆動部により通電される前記複数相のコイルの通電パターンを所定の順序で切り替える制御回路部(3)と、前記モータのロータの位置に対応する位置検出信号(Shu)を出力する位置検出信号出力部(25)と、を備え、前記制御回路部は、前記モータの回転状態に応じて、前記位置検出信号における180度区間または360度区間のいずれかを基準として決定されるタイミングで、前記モータの複数相のコイルへの前記通電パターンを切り替えるための通電切替信号(S6)を生成する通電切替信号生成部(35)と、前記通電切替信号に基づいて前記通電パターンを切り替えて、前記モータを正弦波駆動するための制御信号(S4)を前記駆動制御信号として生成する駆動制御信号生成部(33)と、を有することを特徴とする。
 〔2〕上記〔1〕に記載のモータ駆動制御装置において、前記通電切替信号生成部は、前記位置検出信号の変化タイミングと前記通電切替信号の切替タイミングとが同期しているか否かを判定する同期判定部と、前記同期判定部において、前記位置検出信号の変化タイミングと前記通電切替信号の切替タイミングとが同期していないと判定された場合に、前記180度区間を基準として決定されるタイミングで前記通電切替信号を生成し、前記同期判定部において、前記位置検出信号の変化タイミングと前記通電切替信号の切替タイミングとが同期していると判定された場合に、前記360度区間を基準として決定されるタイミングで前記通電切替信号を生成する信号生成部と、を有していてもよい。
 〔3〕上記〔2〕に記載のモータ駆動制御装置において、前記制御回路部は、前記モータの起動時において前記位置検出信号を検出する前は、前記駆動制御信号生成部に対して前記モータを矩形波駆動するための制御信号を前記駆動制御信号として生成する旨の指示をし、前記モータの起動時において前記位置検出信号を検出した後は、前記駆動制御信号生成部に対して前記モータを正弦波駆動するための制御信号を前記駆動制御信号として生成する旨の指示をする通電方式指示部と、さらに有していてもよい。
 〔4〕上記〔3〕に記載のモータ駆動制御装置において、前記駆動制御信号生成部は、前記通電方式指示部から前記モータを矩形波駆動するための制御信号を生成する旨の指示を受け取ると、120度通電を行うための制御信号を前記駆動制御信号として生成していてもよい。
 〔5〕本発明の代表的な実施の形態に係るモータユニット(1)は、上記〔1〕乃至〔4〕の何れかに記載のモータ駆動制御装置(10)と、前記モータ(20)と、を備えることを特徴とする。
 〔6〕本発明の代表的な実施の形態に係るモータ駆動制御方法は、モータの複数相のコイルに選択的に通電するモータ駆動部と、前記モータ駆動部に駆動制御信号を出力することにより、前記モータ駆動部により通電される前記複数相のコイルの通電パターンを所定の順序で切り替える制御回路部と、前記モータのロータの位置に対応する位置検出信号を出力する位置検出器と、を備えたモータ駆動制御装置によるモータ駆動制御方法であって、前記制御回路部が、前記モータの回転状態に応じて、前記位置検出信号における180度区間または360度区間のいずれかを基準として決定されるタイミングで、前記モータの複数相のコイルへの前記通電パターンを切り替えるための通電切替信号を生成する第1ステップと、前記通電切替信号に基づいて前記通電パターンを切り替えて、前記モータを正弦波駆動するための制御信号を前記駆動制御信号として生成する第2ステップと、を含む、ことを特徴とする。
2.実施の形態の具体例
 以下、本発明の実施の形態の具体例について図を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。
 ≪実施の形態≫
 図1は、本実施の形態に係るモータ駆動制御装置10を備えたモータユニット1の構成を示す図である。
 図1に示すモータユニット1は、モータ駆動制御装置10と、モータ20と、位置検出器(位置検出信号出力部の一例)25と、を備えている。
 モータ20は、少なくとも1つのコイルを有するモータである。本実施の形態では、例えば、モータ20は、3相(U相、V相、およびW相)のコイル(巻線)Lu,Lv,Lwを有するブラシレスDCモータである。モータ20は、例えば、モータ20の出力軸にインペラ(不図示)が連結されることにより、一つのファンモータとして機能する。
 位置検出器25は、モータ20の回転子(ロータ)の回転に応じた位置検出信号Shuを生成する装置である。位置検出器25は、例えば、ホールICである。本実施の形態に係るモータユニット1においては、モータ20のU相のコイルLuに対応する位置にホールICが設けられている。ホールICは、ロータの磁極を検出し、ロータの回転に応じて電圧が変化する信号を周期的にハイ、ローとなる信号に変換してホール信号として出力する。位置検出器25から出力されるホール信号は、位置検出信号Shuとしてモータ駆動制御装置10に入力される。
 モータ駆動制御装置10は、モータ20の駆動を制御する装置である。モータ駆動制御装置10は、例えば、モータ20の回転速度が目標回転速度に一致し、且つモータ20の各相のコイルLu,Lv,Lwに矩形波状または正弦波状の電流が流れるように駆動信号を生成する制御を行うことにより、モータ20を駆動する。
 モータ駆動制御装置10は、制御回路部3とモータ駆動部2とを備えている。モータ駆動制御装置10は、外部の直流電源(不図示)から直流電圧の供給を受ける。直流電圧は、例えば、保護回路等を介してモータ駆動制御装置10内の電源ライン(不図示)に供給され、電源ラインを介して制御回路部3とモータ駆動部2に電源電圧としてそれぞれ入力される。
 モータ駆動部2は、インバータ回路2aおよびプリドライブ回路2bを有する。
 インバータ回路2aは、例えば6つのスイッチング素子を有し(不図示)、モータ20の3相のコイルLu,Lv,Lwに交流電力を供給する。6つのスイッチング素子のうち3つのハイサイドスイッチング素子は、電源Vccの正極側に配置され、残りの3つのローサイドスイッチング素子は、電源Vccの負極側に配置される。
 プリドライブ回路2bは、インバータ回路2aの6つのスイッチング素子のそれぞれのゲート端子に接続される6つの出力端子を有する。プリドライブ回路2bは、制御回路部3から出力された駆動制御信号Sdに基づいて、インバータ回路2aの6つのスイッチング素子のそれぞれに対する駆動信号Vuh,Vul,Vvh,Vvl,Vwh,Vwlを出力し、スイッチング素子のオン・オフ動作を制御する。駆動信号Vuh,Vul,Vvh,Vvl,Vwh,Vwlは、それぞれ、U相ハイサイド駆動信号,U相ローサイド駆動信号,V相ハイサイド駆動信号,V相ローサイド駆動信号,W相ハイサイド駆動信号,W相ローサイド駆動信号である。
 モータ駆動部2は、制御回路部3から出力される駆動制御信号Sdに基づいて、モータ20を駆動する回路である。駆動制御信号Sdは、モータ20の駆動を制御するための信号であって、例えば、PWM信号である。
 制御回路部3は、モータ駆動制御装置10の動作を統括的に制御するための回路である。本実施の形態において、制御回路部3は、例えば、CPU等のプロセッサと、RAM,ROM、およびフラッシュメモリ等の各種記憶装置と、カウンタ(タイマ)、A/D変換回路、D/A変換回路、クロック発生回路、および入出力インターフェース回路等の周辺回路とが、バスや専用線を介して互いに接続された構成を有するプログラム処理装置である。例えば、制御回路部3は、マイクロコントローラ(MCU:Micro Controller Unit)である。
 なお、制御回路部3とモータ駆動部2とは、一つの半導体集積回路(IC:Integrated Circuit)としてパッケージ化された構成であってもよいし、個別の集積回路として夫々パッケージ化されて回路基板に実装され、回路基板上で互いに電気的に接続された構成であってもよい。
 制御回路部3は、PWM制御を行う。すなわち、制御回路部3は、モータ20の回転速度が目標回転速度に一致し、且つモータ20の各相のコイルLu,Lv,Lwに矩形波状または正弦波状の電流が流れるようにデューティ比を決定したPWM信号(制御信号の一例)S4を生成し、駆動制御信号Sdとして出力する。
 ここで、制御回路部3におけるPWM信号S4の生成手法について説明する。
 本実施の形態のモータ駆動制御装置10では、制御回路部3は、モータ20の回転状態に応じて、異なる生成手法でPWM信号S4を生成することにより、起動時間の短縮および起動後の振動改善を両立可能な構成としている。
 制御回路部3は、起動時において位置検出信号Shuを検出するまでは、モータ20の各相のコイルLu,Lv,Lwに流れる電流が矩形波状となるPWM信号S4を生成(矩形波駆動を実行)し、起動時において位置検出信号Shuを検出した後は、モータ20の各相のコイルLu,Lv,Lwに流れる電流が正弦波状となるPWM信号S4を生成(正弦波駆動を実行)する。
 ここで、「起動時において位置検出信号Shuを検出した」とは、位置検出信号Shuによるモータ20の回転位置を判別可能な程度の区間の位置検出信号Shuを検出したことをいう。例えば、180度分の区間の位置検出信号Shuを検出した場合に、モータ20が半回転したことを判別できるので、「起動時において位置検出信号Shuを検出した」と判断できる。すなわち、制御回路部3は、起動時において、例えば180度分の区間の位置検出信号Shuを検出するまでは、モータ20の各相のコイルLu,Lv,Lwに矩形波状の電流が流れるようにPWM信号S4を生成し、駆動制御信号Sdとして出力する矩形波駆動を実行する。
 図2は、120度通電矩形波駆動における駆動信号の一例を示す図である。
 図2には、120度通電矩形波駆動において、インバータ回路2aの各スイッチング素子に入力される駆動信号(オン・オフ信号)の波形が示されている。すなわち、図2の上側から下側に向かって、位置検出信号Shuの波形、U相ハイサイド駆動信号Vuhの波形、U相ローサイド駆動信号Vulの波形、V相ハイサイド駆動信号Vvhの波形、V相ローサイド駆動信号Vvlの波形、W相ハイサイド駆動信号Vwhの波形,W相ローサイド駆動信号Vwlの波形が示されている。
 図2には、3相のコイルLu,Lv,Lwへの通電パターンが60度毎にVU、WU、WV、UV、UW、VWの順序で切り替えられることも示している。なお、通電パターンVUは巻線電流がV相のコイルLvからU相のコイルLuに流れる通電パターンであり、通電パターンWUは巻線電流がW相のコイルLwからU相のコイルLuに流れる通電パターンであり、通電パターンWVは巻線電流がW相のコイルLwからV相のコイルLvに流れる通電パターンであり、通電パターンUVは巻線電流がU相のコイルLuからV相のコイルLvに流れる通電パターンであり、通電パターンUWは巻線電流がU相のコイルLuからW相のコイルLwに流れる通電パターンであり、通電パターンVWは巻線電流がV相のコイルLvからW相のコイルLwに流れる通電パターンである。図2に示す例では、電気角60度毎に、駆動信号Vuh,Vul,Vvh,Vvl,Vwh,Vwlを制御することによって、モータ20の3相のコイルLu,Lv,Lwへの通電パターンを所定の順序(本例では、VU、WU、WV、UV、UW、VWの順序)で切り替えるように制御している。通電パターンは、モータ20の3相のコイルLu,Lv,Lwの通電パターンを切り替えるための通電切替信号S6に基づいて切り替えられる。
 矩形波駆動では、制御回路部3は、図2に示すように、インバータ回路2aの各スイッチング素子に入力する駆動信号Vuh,Vul,Vvh,Vvl,Vwh,Vwlを制御して3相のコイルLu,Lv,Lwを選択的に通電することにより、通電相を電気角60度毎に切り替えている。矩形波駆動における通電切替信号S6の切替タイミングは、制御回路部3の内部のタイマによって予め決められた電気角60度のタイミングに設定されている。
 一方で、制御回路部3は、起動時において、例えば、180度分の区間の位置検出信号Shuを検出した後は、モータ20の各相のコイルLu,Lv,Lwに正弦波状の電流が流れるようにPWM信号S4を生成し、駆動制御信号Sdとして出力する正弦波駆動を実行する。
 図3は、正弦波駆動における駆動信号の一例を示す図である。
 図3には、正弦波駆動において、インバータ回路2aの各スイッチング素子に入力される駆動信号(PWM信号)の波形が示されている。すなわち、図3の上側から下側に向かって、位置検出信号Shuの波形、U相ハイサイド駆動信号Vuhの波形、U相ローサイド駆動信号Vulの波形、V相ハイサイド駆動信号Vvhの波形、V相ローサイド駆動信号Vvlの波形、W相ハイサイド駆動信号Vwhの波形,W相ローサイド駆動信号Vwlの波形が示されている。
 図4は、正弦波駆動におけるU相の駆動信号と巻線電流波形の一例を示す図である。
 図4には、正弦波駆動において、U相のスイッチング素子に入力される駆動信号(PWM信号)とU相のコイルLuに流れる巻線電流の波形が示されている。すなわち、図4の上側から下側に向かって、位置検出信号Shuの波形、U相ハイサイド駆動信号Vuhの波形、U相ローサイド駆動信号Vulの波形、U相のコイルLuに流れる巻線電流の波形が示されている。
 図4に示すように、制御回路部3において、U相ハイサイド駆動信号VuhおよびU相ローサイド駆動信号Vulに応じて、U相のコイルLuには正弦波状の巻線電流が流れることが判る。
 正弦波駆動では、制御回路部3は、モータ20のU相、V相、W相の各コイルLu,Lv,Lwに、位相が互いに120度ずれた正弦波状の巻線電流が流れるようにPWM信号S4を生成し、駆動制御信号Sdとしてモータ駆動部2に与える。インバータ回路2aの各スイッチング素子に入力する駆動信号(PWM信号)は、例えば波形テーブルに格納されたPWM信号のDuty値に従って生成される。制御回路部3は、図3に示すように、電気角60度毎に、インバータ回路2aの各スイッチング素子に入力する駆動信号(PWM信号)を生成するために用いる波形テーブルを切り替えている。すなわち、図3に示す例では、インバータ回路2aの各スイッチング素子に入力する駆動信号(PWM信号)を生成するための波形テーブルを、電気角60度毎に1周期につき6回にわたって切り替えることによって、モータ20の3相のコイルLu,Lv,Lwへの通電パターンを所定の順序で切り替えるように制御している。正弦波駆動においても、通電パターンは、モータ20の3相のコイルLu,Lv,Lwの通電パターンを切り替えるための通電切替信号S6に基づいて切り替えられる。
 本実施の形態のモータ駆動制御装置10では、正弦波駆動における通電切替信号S6の切替タイミングとして設定される電気角60度は、モータ20の回転状態に応じて、位置検出信号Shuにおける180度区間または360度区間のいずれかを基準として決定される。すなわち、モータ20の回転が安定していない状態では、位置検出信号Shuにおける180度区間を基準として、その区間に対応する時間の3分の1を電気角60度の時間として決定し、モータ20の回転が安定している状態では、位置検出信号Shuにおける360度区間を基準として、その区間に対応する時間の6分の1を電気角60度の時間として決定し、通電切替信号S6の切替タイミングとして設定される。
 モータ20の回転が安定した状態であるか否かの判定は、例えば、位置検出信号Shuの変化タイミングとモータ20の3相のコイルLu,Lv,Lwの通電パターンを切り替えるための通電切替信号S6の切替タイミングとが同期しているか否かによって判定することができる。具体的には、正弦波駆動における通電切替信号S6の切替タイミングは、位置検出信号Shuの変化タイミングと通電切替信号S6の切替タイミングとが同期していない(非同期である)間は位置検出信号Shuにおける180度区間を基準として決定される電気角60度のタイミングに設定され、位置検出信号Shuの変化タイミングと通電切替信号S6の切替タイミングとが同期している間は位置検出信号Shuにおける360度区間を基準として決定される電気角60度のタイミングに設定される。
 また、例えば、モータ20の回転が安定した状態であるか否かの判定は、モータ20の回転速度が安定した状態であるか否か、すなわち、モータ20の目標回転速度と実回転数の差分が所定値以下であるか否かによって判定することができる。具体的には、正弦波駆動における通電切替信号S6の切替タイミングは、モータ20の目標回転速度と実回転数の差分が閾値以下とならない間は位置検出信号Shuにおける180度区間を基準として決定される電気角60度のタイミングに設定し、モータ20の目標回転速度と実回転数の差分が閾値以下である間は位置検出信号Shuにおける360度区間を基準として決定される電気角60度のタイミングに設定してもよい。
 モータ20の回転が安定していない状態では、正弦波駆動における通電切替信号S6の切替タイミングが位置検出信号Shuにおける180度区間を基準として決定される電気角60度のタイミングに設定されていることにより、直前のモータ20の回転速度(位置検出信号Shuの変化)を通電に反映でき、目標の駆動状態に近づけるための追従性が高くなり、その結果、起動時間の短縮ができる。一方で、モータ20の回転が安定している状態では、正弦波駆動における通電切替信号S6の切替タイミングが位置検出信号Shuにおける360度区間を基準として決定される電気角60度のタイミングに設定されていることにより、位置検出信号Shuのデューティ比がばらついても平均化して電気角60度が算出可能なため、通電パターンを切り替えるタイミングが安定し、その結果、振動が抑えられる。
 図5は、本実施の形態に係るモータ駆動制御装置10における制御動作の一例を示す図である。
 図5には、モータ20の起動時から、モータ20が安定して回転駆動されるまでの制御動作が示されている。制御回路部3は、図5に示すように、モータ20の起動時には矩形波駆動を実行しており、180度区間分の位置検出信号Shuを検出すると、正弦波駆動を実行する。制御回路部3は、図5に示すように、正弦波駆動に切り替わった後の位置検出信号Shuの変化タイミングと通電切替信号S6の切替タイミングとが同期していない(非同期である)期間は、位置検出信号Shuにおける180度区間を基準として決定される電気角60度のタイミングで通電切替信号S6の切替タイミングが設定されて、正弦波駆動を実行している。さらに、制御回路部3は、図5に示すように、正弦波駆動に切り替わった後の位置検出信号Shuの変化タイミングと通電切替信号S6の切替タイミングとが同期している期間は、位置検出信号Shuにおける360度区間を基準として決定される電気角60度のタイミングで通電切替信号S6の切替タイミングが設定されて、正弦波駆動を実行している。
 このように、本実施の形態のモータ駆動制御装置10では、制御回路部3は、モータ20の回転状態に応じて、異なる生成手法で駆動制御信号Sdを生成することにより、起動時間の短縮および起動後の振動改善を両立可能な構成としている。
 以下、上述した機能を実現するための制御回路部3の具体的な構成例について詳細に説明する。図1に示すように、制御回路部3は、上述したPWM制御を行う機能部として、回転数算出部31と、速度指令解析部32と、駆動制御信号生成部33と、通電方式指示部34と、通電切替信号生成部35とを備えて構成される。また、駆動制御信号生成部33は、PWM指令部331とPWM信号生成部332とを有している。
 制御回路部3を構成する上述の各機能部は、例えば、制御回路部3としてのMCUのプログラム処理によって実現される。具体的には、制御回路部3としてのMCUを構成するプロセッサが、メモリに格納されたプログラムにしたがって各種の演算を行って、MCUを構成する各周辺回路を制御することにより、回転数算出部31と、速度指令解析部32と、駆動制御信号生成部33と、通電方式指示部34と、通電切替信号生成部35とが実現される。
 回転数算出部31は、モータ20の実際の回転速度(実回転数)を算出する機能部である。回転数算出部31は、例えば、公知の演算手法により、位置検出器25から入力された位置検出信号Shuに基づいて、モータ20の実回転数を示す実回転数信号S2を生成し、駆動制御信号生成部33のPWM指令部331に出力する。
 速度指令解析部32は、例えば、モータ駆動制御装置10の外部に設けられた上位装置(不図示)から出力された駆動指令信号Scを受信する。駆動指令信号Scは、モータ20の駆動に関する目標値を指示する信号であって、例えば、モータ20の目標回転速度を指示する速度指令信号である。
 速度指令解析部32は、駆動指令信号Scを解析することにより、指定された目標回転速度の情報を取得する。例えば、駆動指令信号Scが目標回転速度に対応するデューティ比を有するPWM信号である場合、速度指令解析部32は、駆動指令信号Scのデューティ比を解析し、そのデューティ比に対応する回転速度の情報を目標回転速度信号S1としてPWM指令部331に出力する。
 駆動制御信号生成部33は、モータ20の実回転数が目標回転速度になるようにデューティ比を決定したPWM信号S4を生成し、所望の通電方式ならびに所望の通電切替タイミングにて、駆動制御信号Sdとして出力する。以下、具体的に説明する。
 PWM指令部331には、回転数算出部31から出力された実回転数信号S2と、速度指令解析部32から出力された駆動指令信号Scに対応する目標回転速度信号S1とが入力される。また、PWM指令部331には、通電方式指示部34から出力された通電方式指示信号S5と、通電切替信号生成部35から出力された通電切替信号S6とが入力される。PWM指令部331は、目標回転速度信号S1と実回転数信号S2をもとに、モータ20の実回転数を目標回転速度に一致させるためのモータ20の操作量を求め、求めたモータ20の操作量とするためのデューティ比を有するPWM信号を、通電方式指示信号S5として入力された通電方式で、通電切替信号S6の切替タイミングで指定された電気角60度のタイミングに応じて生成させるためのPWM指令値S3を生成する。
 PWM信号生成部332は、PWM指令値S3に基づいて、PWM信号S4を生成して、駆動制御信号Sdとして出力する。
 通電方式指示部34は、起動時において位置検出信号Shuを検出するまでは、モータ20の各相のコイルLu,Lv,Lwに矩形波状の巻線電流が流れる矩形波駆動とし、起動時において位置検出信号Shuを検出した後は、モータ20の各相のコイルLu,Lv,Lwに正弦波状の巻線電流が流れるように正弦波駆動とする通電方式を、駆動制御信号生成部33に対して指示する。
 ここで、「起動時において位置検出信号Shuを検出した」とは、位置検出信号Shuのレベル変化を2回検出したことをいう。すなわち、180度分の区間の位置検出信号Shuを検出した場合に「起動時において位置検出信号Shuを検出した」と判断できる。
 通電切替信号生成部35は、モータ20の回転状態に応じた切替タイミングを有する通電切替信号S6を生成する。通電切替信号S6は、モータ20の3相のコイルLu,Lv,Lwへの通電パターンを所定の順序で切り替えるための信号であり、その切替タイミングは電気角60度を示している。具体的には、通電切替信号生成部35は、起動時において位置検出信号Shuを検出するまでは、内部のタイマによって予め決められたタイミングで電気角60度を示す情報を含む通電切替信号S6を生成する。通電切替信号生成部35は、起動時において位置検出信号Shuを検出した後は、回転状態に応じて、位置検出信号Shuにおける180度区間または360度区間のいずれかを基準として決定される電気角60度のタイミングの切替タイミングを有する通電切替信号S6を生成する。
 通電切替信号生成部35は、タイマ351と、信号生成部352と、通電同期調整部(同期判定部の一例)353と、電気角指示部354とを有している。タイマ351は、予め決められた電気角60を定義する時間をカウントし、電気角60度をカウントする毎にその旨を信号生成部352に出力している。
 信号生成部352は、起動時において位置検出信号Shuを検出するまでは、タイマ351から受け取った電気角60度のタイミングに設定された切替タイミングを有する通電切替信号S6を生成する。
 信号生成部352は、起動時において位置検出信号Shuを検出した後は、モータ20の回転状態に応じて、タイマ351から受け取った電気角60度のタイミングではなく、位置検出信号Shuにおける180度区間または360度区間のいずれかを基準として決定される電気角60度のタイミングに設定された切替タイミングを有する通電切替信号S6を生成する。具体的には、信号生成部352は、電気角指示部354から出力された電気角生成基準指示信号S8に基づいて決定されるタイミングに設定された切替タイミングを有する通電切替信号S6を生成する。電気角生成基準指示信号S8は、電気角60度の決定を位置検出信号Shuにおける180度区間または360度区間のいずれを基準とするかの指示を含む信号である。
 信号生成部352は、電気角60度を位置検出信号Shuにおける180度区間を基準とする指示を含む電気角生成基準指示信号S8を受け取った場合は、位置検出信号Shuにおける180度区間を基準として電気角60度のタイミングを決定し、決定したタイミングに設定された切替タイミングを有する通電切替信号S6を生成する。
 信号生成部352は、電気角60度を位置検出信号Shuにおける360度区間を基準とする指示を含む電気角生成基準指示信号S8を受け取った場合は、位置検出信号Shuにおける360度区間を基準として電気角60度のタイミングを決定し、決定したタイミングに設定された切替タイミングを有する通電切替信号S6を生成する。
 電気角指示部354は、モータ20の回転状態に応じて、電気角60度の生成を位置検出信号Shuにおける180度区間または360度区間のいずれを基準とするかの指示を含む電気角生成基準指示信号S8を生成する。
 電気角指示部354は、例えば、通電同期調整部353で生成される同期報知信号S7に基づいて、電気角60度の決定を位置検出信号Shuにおける180度区間または360度区間のいずれを基準とするかの指示を含む電気角生成基準指示信号S8を生成する。同期報知信号S7は、位置検出信号Shuの変化タイミングと通電切替信号S6の切替タイミングとが同期しているか否かの情報である同期有無情報を含む信号である。
 同期報知信号S7に含まれる同期有無情報は、モータ20の回転が安定した状態であるか否かを示す情報の一態様である。本実施の形態では、モータ20の回転状態として、位置検出信号Shuの変化タイミングと通電切替信号S6の切替タイミングとが同期しているか否かという基準によりモータ20の回転が安定した状態であるか否かを判断しているがこれに限定されない。他の基準によりモータ20の回転が安定した状態であるか否かを判断する場合は、同期報知信号S7はモータ20の回転が安定した状態であるか否かを示す他の情報を含んだ信号を用いることができる。
 電気角指示部354は、位置検出信号Shuの変化タイミングと通電切替信号S6の切替タイミングとが同期していることを示す同期報知信号S7を通電同期調整部353から受け取った場合は、モータ20の回転が安定した状態であると判断し、電気角60度の生成を位置検出信号Shuにおける360度区間を基準とする旨の指示を含む電気角生成基準指示信号S8を生成し、通電切替信号生成部35の信号生成部352に出力する。
 電気角指示部354は、位置検出信号Shuの変化タイミングと通電切替信号S6の切替タイミングとが同期していないことを示す同期報知信号S7を通電同期調整部353から受け取った場合は、モータ20の回転が安定した状態ではないと判断し、電気角60度の生成を位置検出信号Shuにおける180度区間を基準とする旨の指示を含む電気角生成基準指示信号S8を生成し、通電切替信号生成部35の信号生成部352に出力する。
 通電同期調整部353は、位置検出器25から入力された位置検出信号ShuとPWM指令部331から入力されたPWM指令値S3とに基づいて、位置検出信号Shuの変化タイミングと通電切替信号S6の切替タイミングとが同期しているか否かを判断し、同期有無情報を含む同期報知信号S7を生成する。PWM指令値S3は、通電切替信号S6で指定される電気角60度のタイミングの情報を含んでいるので、PWM指令値S3に基づいて、通電切替信号S6の切替タイミングを判断することができる。
 ここで、位置検出信号Shuと通電切替信号S6との同期について説明する。
 図6は、位置検出信号Shuと通電切替信号S6との関係を説明する図である。
 図6には、通電切替信号S6の電気角60度のタイミングに対する、位置検出信号Shuのタイミングが6つのパターンで示されている。図6において、上下に延びる破線は通電切替信号S6の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジを示している。
 本実施の形態においては、電気角60度のタイミングを示す通電切替信号S6が6回出力される電気角360度の間に、モータ20のU相のコイルLuに流れる巻線電流は1つの正弦波形を形成する。すなわち、通電切替信号S6が6回出力されるときの時間がモータ20の回転の1周期の時間に対応する。通電同期調整部353は、正弦波駆動のPWM指令値S3をカウントすることにより、図6に示す通電切替信号S6の(1)から(6)に対応する6回のタイミングを特定することができる。
 図6の最上段には、同期しているときの位置検出信号Shu(実線)と通電切替信号S6との関係が示されており、(a)から(e)には、同期していないときの位置検出信号Shu(破線)と通電切替信号S6との関係が示されている。
 図6に示す例では、通電同期調整部353は、通電切替信号S6の(1)のタイミングで位置検出信号Shuの立ち下がりエッジが検出され、通電切替信号S6の(4)のタイミングで位置検出信号Shuの立ち上がりエッジが検出される場合を同期していると判定している。
 一方で、通電同期調整部353は、通電切替信号S6に対して、ロータの回転位置を示す位置検出信号Shuの位相が早まったり、遅かったりする場合は同期していないと判定している。このようなケースを図6では(a)から(e)に示している。
 ケース(a)は、通電切替信号S6に対して、位置検出信号Shuの検出タイミングが1つ遅れている場合である。すなわち、位置検出信号Shuの立ち下がりエッジが通電切替信号S6の(2)のタイミングで検出され、位置検出信号Shuの立ち上がりエッジが通電切替信号S6の(5)のタイミングで検出される。
 ケース(b)は、通電切替信号S6に対して、位置検出信号Shuの検出タイミングが2つ遅れている場合である。すなわち、位置検出信号Shuの立ち下がりエッジが通電切替信号S6の(3)のタイミングで検出され、位置検出信号Shuの立ち上がりエッジが通電切替信号S6の(6)のタイミングで検出される。
 ケース(c)は、通電切替信号S6に対して、位置検出信号Shuの検出タイミングが3つ遅れている場合である。すなわち、位置検出信号Shuの立ち下がりエッジが通電切替信号S6の(4)のタイミングで検出され、位置検出信号Shuの立ち上がりエッジが通電切替信号S6の(1)のタイミングで検出される。
 ケース(d)は、通電切替信号S6に対して、位置検出信号Shuの検出タイミングが4つ遅れている場合である。すなわち、位置検出信号Shuの立ち下がりエッジが通電切替信号S6の(5)のタイミングで検出され、位置検出信号Shuの立ち上がりエッジが通電切替信号S6の(2)のタイミングで検出される。
 ケース(e)は、通電切替信号S6に対して、位置検出信号Shuの検出タイミングが5つ遅れている場合である。すなわち、位置検出信号Shuの立ち下がりエッジが通電切替信号S6の(6)のタイミングで検出され、位置検出信号Shuの立ち上がりエッジが通電切替信号S6の(3)のタイミングで検出される。
 通電同期調整部353は、位置検出信号ShuとPWM指令値S3とに基づいて、位置検出信号Shuの変化タイミングと通電切替信号S6の切替タイミングとが同期しているか否かを判定する。PWM指令値S3は、通電切替信号S6で指定される電気角60度のタイミングの情報を含んでいるので、PWM指令値S3に基づいて通電切替信号S6の切替タイミングを知ることができる。
 通電同期調整部353は、例えば図6の最上段のケースに該当すると判断した場合は、位置検出信号Shuの変化タイミングと通電切替信号S6の切替タイミングとが同期していると判断し、位置検出信号Shuの変化タイミングと通電切替信号S6の切替タイミングとが同期していることを示す同期有無情報を含む同期報知信号S7を生成する。
 通電同期調整部353は、例えば図6のケース(a)からケース(e)に該当すると判断した場合は、位置検出信号Shuと通電切替信号S6とが同期していないと判断し、位置検出信号Shuと通電切替信号S6とが同期していないことを示す同期有無情報を含む同期報知信号S7を生成する。
 図7は、制御回路部3における通電制御の処理の流れの一例を示す図である。
 図7において、制御回路部3は、起動時において、まず、120度通電を指示する(ステップS101)。具体的には、通電方式指示部34は、起動直後は120度通電による矩形波駆動を指示する旨の通電方式指示信号S5を生成して、駆動制御信号生成部33のPWM指令部331に出力し、通電切替信号生成部35は、予め決められた電気角60度のタイミングを示す通電切替信号S6を、駆動制御信号生成部33のPWM指令部331に出力する。
 制御回路部3は、位置検出信号Shuを取得(検出)できたか否かを判定する(ステップS102)。具体的には、通電方式指示部34は、例えば、180度分の区間の位置検出信号Shuを取得(検出)できたか否かを判定する。制御回路部3は、位置検出信号Shuを取得できたと判定できない場合(ステップS102:NO)は、判定できるまで待つ。
 制御回路部3は、位置検出信号Shuを取得できたと判定した場合(ステップS102:YES)は、正弦波駆動を指示する(ステップS103)。具体的には、通電方式指示部34は、正弦波駆動を指示する旨の通電方式指示信号S5を生成して、PWM指令部331に出力する。
 制御回路部3は、位置検出信号Shuを取得できたと判定した場合(ステップS102:YES)は、位置検出信号Shuの変化タイミングと通電切替信号S6の切替タイミングとの同期がとれているか否かを判定する(ステップS104)。具体的には、通電同期調整部353は、位置検出信号ShuとPWM指令値S3とに基づいて、位置検出信号Shuの変化タイミングと通電切替信号S6の切替タイミングとが同期しているか否かを判定する。
 制御回路部3は、位置検出信号Shuの変化タイミングと通電切替信号S6の切替タイミングとの同期がとれていないと判定した場合(ステップS104:NO)は、位置検出信号Shuにおける180度区間を基準として電気角60度を決定することを指示する(ステップS105)。具体的には、通電同期調整部353が、位置検出信号Shuの変化タイミングと通電切替信号S6の切替タイミングとの同期がとれていないと判定し、同期していないことを示す同期有無情報を含む同期報知信号S7を電気角指示部354に出力する。電気角指示部354は、この同期報知信号S7を受け取ると、位置検出信号Shuにおける180度区間を基準として電気角60度を生成することを指示する電気角生成基準指示信号S8を信号生成部352に出力する。
 一方、制御回路部3は、位置検出信号Shuの変化タイミングと通電切替信号S6の切替タイミングとの同期がとれていると判定した場合(ステップS104:YES)は、位置検出信号Shuにおける360度区間を基準として電気角60度を決定することを指示する(ステップS106)。具体的には、通電同期調整部353が、位置検出信号Shuの変化タイミングと通電切替信号S6の切替タイミングとの同期がとれていると判定し、同期していることを示す同期有無情報を含む同期報知信号S7を電気角指示部354に出力する。電気角指示部354は、この同期報知信号S7を受け取ると、位置検出信号Shuにおける360度区間を基準として電気角60度を生成することを指示する電気角生成基準指示信号S8を信号生成部352に出力する。
 信号生成部352は、ステップS105、ステップS106の処理によって指示された位置検出信号Shuにおける区間を基準として電気角60度を生成し、通電切替信号S6としてPWM指令部331に出力する。
 制御回路部3は、モータ20の駆動を停止するか否かを判断し(ステップS107)、モータ20の駆動を停止する場合(ステップS107:YES)は、処理を終了し、モータ20の駆動を停止しない場合(ステップS107:YES)は、ステップS104に戻り(ステップS107:NO)、処理を続ける。
 以上、本実施の形態に係るモータ駆動制御装置10において、制御回路部3は、モータ20の回転状態に応じて、位置検出信号Shuにおける180度区間または360度区間のいずれかを基準として決定されるタイミングで、モータ20の3相のコイルLu,Lv,Lwへの通電パターンを切り替えるための通電切替信号S6を生成し、通電切替信号S6に基づいて通電パターンを切り替えて、モータ20を正弦波駆動するための駆動制御信号Sdを生成する。
 これによれば、正弦波駆動において、モータ20の回転が安定した状態でない場合は、位置検出信号Shuにおける180度区間を基準として決定されるタイミングで、モータ20の3相のコイルLu,Lv,Lwへの通電パターンを切り替えるための通電切替信号S6を生成するので、直前のモータ20の回転速度(位置検出信号Shuの変化)を通電に反映でき、目標の駆動状態に近づけるための追従性が高くなり、その結果、起動時間の短縮ができる。一方で、モータ20の回転が安定している状態では、正弦波駆動における電気角60度が位置検出信号Shuにおける360度区間を基準として決定されるタイミングで、モータ20の3相のコイルLu,Lv,Lwへの通電パターンを切り替えるための通電切替信号S6を生成するので、位置検出信号Shuのデューティ比がばらついても平均化して電気角60度が算出可能なため、通電パターンを切り替えるタイミングが安定し、その結果、振動が抑えられる。
 本実施の形態に係るモータ駆動制御装置10においては、通電切替信号生成部35は、位置検出信号Shuの変化タイミングと通電切替信号S6の切替タイミングとが同期しているか否かを判定することにより、モータ20の回転状態を判定している。
 これによれば、位置検出信号ShuとPWM指令値S3とに基づいてモータ20の回転状態を判定することができるので、モータ20の回転状態を判定するための構成を簡略化できる。
 本実施の形態に係るモータ駆動制御装置10においては、制御回路部3は、モータ20の起動時において位置検出信号Shuを検出する前は、モータ20を矩形波駆動するためのPWM信号(制御信号の一例)S4を駆動制御信号Sdとして生成し、モータ20の起動時において位置検出信号Shuを検出した後は、モータ20を正弦波駆動するためのPWM信号(制御信号の一例)S4を駆動制御信号Sdとして生成する。
 これによれば、正弦波駆動ができる状態となったときに、モータ20を正弦波駆動するための駆動制御信号Sdを生成することができる。正弦波駆動は、電気角360度毎に、PWM周期毎の所定デューティ比の駆動信号(PWM信号)を生成し、インバータ回路2aの各スイッチング素子をスイッチングさせ、モータ20の巻線電流が正弦波形となるように制御する。電気角360度毎のPWM信号の生成タイミングは、直前の位置検出信号Shuの変化時間から決定されるため、起動時は矩形波駆動でモータ20の駆動を開始し、位置検出信号Shuの変化時間を検出することができたタイミングで正弦波駆動に切り替える。
 ≪実施の形態の拡張≫
 以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
 例えば、上記実施の形態において、図6を用いて説明した手法により、位置検出信号Shuの変化タイミングと通電切替信号S6の切替タイミングとが同期している否かを判定したが、これに限定されず、公知の同期有無判定手法を用いることができる。
 また、通電同期調整部353は、非同期と判断した場合に、非同期の程度を示す情報として例えば図6に示すケース(a)からケース(e)のいずれに該当するのかを示す情報を同期報知信号S7に含めてもよい。この場合、例えば図6に示すケース(a)からケース(e)のいずれに該当するのかを示す情報を、電気角指示部354が生成する電気角生成基準指示信号S8や信号生成部352が生成する通電切替信号S6に含めてもよい。通電切替信号S6に含まれる非同期の程度を示す情報に応じて、駆動制御信号生成部33は、駆動制御信号Sdとして生成されるPWM信号S4の位相を調整することができる。
 また、上記実施の形態において、モータ20は、ブラシレスDCモータに限定されない。また、モータ20は、3相に限られず、2相以上の構成であればよい。
 上記実施の形態において、正弦波駆動を開始した後はまず180度区間を基準として電気角60度を算出し、同期がとれた後に360度区間を基準として電気角60度を算出するという処理を示したが、これらの切り替えについては起動時に限定しない。例えば、同期がとれた後に、急激な減速などにより再び同期がとれなくなった場合に、360度区間を基準とした電気角60度の算出から、180度区間を基準とした電気角60度の算出に切り替え、再び同期がとれた後に360度区間を基準として電気角60度を算出するという処理をしてもよい。
 上記実施の形態においては、位置検出器25としてホールICを用いる場合を例示したが、これに限られない。例えば、位置検出器25として、ホール素子、エンコーダ、レゾルバなどを設け、それらの検出信号を位置検出信号Shuとしてモータ駆動制御装置10に入力してもよい。また、位置検出器25の個数は特に限定しない。また、モータ駆動制御装置10は、位置検出器25を設けることなく、巻線電圧を利用した同期検出などの公知の位置センサレス方式の演算によって、モータ20の回転速度および電気角を算出してもよい。
 上記実施の形態においては、矩形波駆動として120度通電の場合を例に挙げて説明したが、150度通電などの他の通電角度であってもよい。
 また、制御回路部3の各機能部が、MCUのプログラム処理によって実現される場合を例示したが、これに限られず、制御回路部3の各機能部の一部または全部を専用回路(ハードウェア)によって実現してもよい。
 また、上述のフローチャートは一例であって、これらに限定されるものではなく、例えば、各ステップ間に他の処理が挿入されていてもよいし、処理が並列化されていてもよい。
 1…モータユニット、2…モータ駆動部、2a…インバータ回路、2b…プリドライブ回路、3…制御回路部、31…回転数算出部、32…速度指令解析部、33…駆動制御信号生成部、331…PWM指令部、332…PWM信号生成部、34…通電方式指示部、35…通電切替信号生成部、351…タイマ、352…信号生成部、353…通電同期調整部(同期判定部の一例)、354…電気角指示部、10…モータ駆動制御装置、20…モータ、25…位置検出器(位置検出信号出力部の一例)、Shu…位置検出信号、Sc…駆動指令信号、Sd…駆動制御信号、S1…目標回転速度信号、S2…実回転数信号、S3…PWM指令値、S4…PWM信号(制御信号の一例)、S5…通電方式指示信号、S6…通電切替信号、S7…同期報知信号、S8…電気角生成基準指示信号、Lu…U相のコイル、Lv…V相のコイル、Lw…W相のコイル、Vuh,Vul,Vvh,Vvl,Vwh,Vwl…駆動信号、VU,WU,WV,UV,UW,VW…通電パターン。

Claims (6)

  1.  モータの複数相のコイルに選択的に通電するモータ駆動部と、
     前記モータ駆動部に駆動制御信号を出力することにより、前記モータ駆動部により通電される前記複数相のコイルの通電パターンを所定の順序で切り替える制御回路部と、
     前記モータのロータの位置に対応する位置検出信号を出力する位置検出信号出力部と、を備え、
     前記制御回路部は、
     前記モータの回転状態に応じて、前記位置検出信号における180度区間または360度区間のいずれかを基準として決定されるタイミングで、前記モータの複数相のコイルへの前記通電パターンを切り替えるための通電切替信号を生成する通電切替信号生成部と、
     前記通電切替信号に基づいて前記通電パターンを切り替えて、前記モータを正弦波駆動するための制御信号を前記駆動制御信号として生成する駆動制御信号生成部と、を有する、
     モータ駆動制御装置。
  2.  請求項1に記載のモータ駆動制御装置において、
     前記通電切替信号生成部は、
     前記位置検出信号の変化タイミングと前記通電切替信号の切替タイミングとが同期しているか否かを判定する同期判定部と、
     前記同期判定部において、前記位置検出信号の変化タイミングと前記通電切替信号の切替タイミングとが同期していないと判定された場合に、前記180度区間を基準として決定されるタイミングで前記通電切替信号を生成し、前記同期判定部において、前記位置検出信号の変化タイミングと前記通電切替信号の切替タイミングとが同期していると判定された場合に、前記360度区間を基準として決定されるタイミングで前記通電切替信号を生成する信号生成部と、を有する、
     モータ駆動制御装置。
  3.  請求項2に記載のモータ駆動制御装置において、
     前記制御回路部は、
     前記モータの起動時において前記位置検出信号を検出する前は、前記駆動制御信号生成部に対して前記モータを矩形波駆動するための制御信号を前記駆動制御信号として生成する旨の指示をし、前記モータの起動時において前記位置検出信号を検出した後は、前記駆動制御信号生成部に対して前記モータを正弦波駆動するための制御信号を前記駆動制御信号として生成する旨の指示をする通電方式指示部をさらに有する、
     モータ駆動制御装置。
  4.  請求項3に記載のモータ駆動制御装置において、
     前記駆動制御信号生成部は、前記通電方式指示部から前記モータを矩形波駆動するための制御信号を生成する旨の指示を受け取ると、120度通電を行うための制御信号を前記駆動制御信号として生成する、
     モータ駆動制御装置。
  5.  請求項1乃至4の何れか一項に記載のモータ駆動制御装置と、
     前記モータと、を備える
     モータユニット。
  6.  モータの複数相のコイルに選択的に通電するモータ駆動部と、前記モータ駆動部に駆動制御信号を出力することにより、前記モータ駆動部により通電される前記複数相のコイルの通電パターンを所定の順序で切り替える制御回路部と、前記モータのロータの位置に対応する位置検出信号を出力する位置検出器と、を備えたモータ駆動制御装置によるモータ駆動制御方法であって、
     前記制御回路部が、前記モータの回転状態に応じて、前記位置検出信号における180度区間または360度区間のいずれかを基準として決定されるタイミングで、前記モータの複数相のコイルへの前記通電パターンを切り替えるための通電切替信号を生成する第1ステップと、
     前記通電切替信号に基づいて前記通電パターンを切り替えて、前記モータを正弦波駆動するための制御信号を前記駆動制御信号として生成する第2ステップと、を含む、
     モータ駆動制御方法。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09312995A (ja) * 1996-05-23 1997-12-02 Fujitsu General Ltd ブラシレスモータの制御方法
JP2000350492A (ja) * 1999-06-04 2000-12-15 Hitachi Ltd 直流ブラシレスモータのチョッピング制御方法
JP2006020440A (ja) * 2004-07-02 2006-01-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd モータ駆動回路

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09312995A (ja) * 1996-05-23 1997-12-02 Fujitsu General Ltd ブラシレスモータの制御方法
JP2000350492A (ja) * 1999-06-04 2000-12-15 Hitachi Ltd 直流ブラシレスモータのチョッピング制御方法
JP2006020440A (ja) * 2004-07-02 2006-01-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd モータ駆動回路

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