JP2017169332A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ホールセンサが検出するロータの回転位置の補正を的確に行うことが可能なモータ駆動装置を提供する。【解決手段】始動したモータ５２の回転速度が所定の回転速度以上になった場合に、メイン電源通電部６２は、ＦＥＴドライバ７０への駆動波形の出力を停止させることによりコイル１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗへの通電の遮断し、補正部５４は、無通電になったコイル１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗの誘起電圧に基づくロータの回転位置に基づいてホール素子１２Ｂが検出したロータの回転位置の補正量を算出する。所定時間の経過後は、実回転数算出部５６は、ホール素子１２Ｂが検出したロータの回転位置を補正量で補正し、通電制御駆動波形決定部６４は、補正された回転位置に基づいてコイル１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗに印加する電圧の駆動波形を決定する。【選択図】図１

Description

本発明は、モータ駆動装置に関する。

車両用エアコンのブロアモータ等に用いられるブラシレスＤＣモータ（以下、「モータ」と略記）の駆動装置は、ロータの位置に対応した位相の電圧を、ＰＷＭ（パルス幅変調）により、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）をスイッチング素子に用いたインバータ回路に生成させ、生成させた電圧をモータのコイルに印加させている。

ロータの位置の検出は、ロータ又はロータの位置検出のためにモータのシャフトと同軸に設けられているセンサマグネットの磁界を、半導体であるホール素子を用いたホールセンサによって検知する。しかしながら、ホールセンサの取り付け位置にずれがあると、ロータの位置を正確に検出できず、モータの回転が不整となる。

特許文献１には、モータの各コイルへの通電を一定時間停止して無通電状態となった各コイルに生じた誘起電圧に基づいてロータの位置を算出し、算出したロータの位置でホールセンサが検出するロータの位置を補正するブラシレスモータ制御装置の発明が開示されている。

特開２０１０−２６８６７３号公報

しかしながら、特許文献１に記載のブラシレスモータ制御装置では、モータが無通電状態となって所定の回転速度で空転する際に各コイルに生じた誘起電圧を検出する。従ってモータの出力軸に外力が作用すると、モータの回転速度が所定の回転速度から外れ、誘起電圧の検出が困難になるおそれがあった。

モータの出力軸に作用する外力は、例えばモータが車両用エアコンのブロアモータである場合には、走行風のラム圧が車両用エアコンのファンに干渉することによって生じ得る。

モータの出力軸に何らかの外力が作用した結果、例えば、空転しているモータの回転速度が所定の回転速度よりも過大になる場合がある。特許文献１に記載に発明では、モータの回転速度が所定の回転速度にならない場合には、誘起電圧を検出するステップに移行できず、結果として、ホールセンサが検出するロータの回転位置の補正が困難になるおそれがあった。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、ホールセンサが検出するロータの回転位置の補正を的確に行うことが可能なモータ駆動装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載のモータ駆動装置は、三相モータの回転軸に取り付けられた磁石の磁界に基づいて、前記三相モータの各相に対応させて予め定めたロータの磁極の回転位置を各々検出する第１回転位置検出部と、前記三相モータの無通電相のコイルに生じた誘起電圧に基づいて、前記ロータの磁極の回転位置を各々検出する第２回転位置検出部と、前記三相モータの各相のコイルに印加する電圧を生成する駆動回路と、前記第１回転位置検出部で検出された回転位置に基づいて、前記三相モータが回転するように前記駆動回路を制御すると共に、前記三相モータの回転速度が所定値以上になってから所定期間の間、前記三相モータの各相のコイルが無通電になるように前記駆動回路を制御し、前記所定期間経過後は、無通電状態で前記第１回転位置検出部で検出された回転位置を前記第２回転位置検出部で検出された回転位置と等しくするための補正値に基づいて、前記第１回転位置検出部で検出された回転位置を補正した回転位置に基づいて、前記駆動回路を制御する制御部と、を含んでいる。

このモータ駆動装置によれば、三相モータの回転速度が所定回転速度以上になった場合に回転位置検出部で検出した回転位置の補正に係る誘起電圧の検出を行っている。走行風等の外力が三相モータの出力軸に作用して三相モータの回転速度が所定回転速度を超えた場合であっても回転位置の補正に係る誘起電圧の検出は可能なので、ホールセンサである第１回転位置検出部が検出するロータの回転位置の補正を的確に行うことができる。

請求項２記載のモータ駆動装置は、請求項１記載のモータ駆動装置において、前記所定期間は、前記各相のコイルを無通電にしてから前記ロータが電気角で３６０度回転し、さらに前記ロータが機械角で３６０度回転するまでの間であり、前記制御部は、前記各相のコイルを無通電にしてから前記ロータが電気角で３６０度回転した後に検出された誘起電圧に基づいて前記補正値を算出する。

このモータ駆動装置によれば、無通電にしてからロータが電気角で３６０度回転した後に誘起電圧を検出することにより、コイルを無通電にした直後に残存している還流電流の影響を排して回転位置の検出に至適な誘起電圧を抽出できる。

請求項３の発明は、請求項１または２記載のモータ駆動装置において、前記制御部は、前記所定期間の経過後、前記補正値で補正した前記ロータの回転位置に基づいて、前記三相モータの回転速度が目標回転速度となるように前記駆動回路を制御する。

このモータ駆動装置によれば、ロータの回転位置の補正値を算出後は、当該補正値で算出したロータの回転位置に基づいて三相モータに印加する電圧を制御して、三相モータの回転速度を目標回転速度まで到達させている。補正されたロータの回転位置に基づいて三相モータの回転を制御することにより、三相モータの回転速度を円滑に変化させることが可能となる。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載のモータ駆動装置において、前記制御部は、各相において、前記補正値の算出を所定回数実行すると共に、所定回数算出した補正値の平均値で前記第１回転位置検出部が検出した前記ロータの回転位置を補正する。

このモータ駆動装置によれば、複数回算出したロータの回転位置の補正値の平均値を、ロータの回転位置の補正に用いることにより、ホールセンサが検出するロータの回転位置の補正を的確に行うことができる。

本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置の概略を示す図である。 （Ａ）は、本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置のセンサマグネットの一例を示した概略図であり、（Ｂ）は、センサマグネットに対するホール素子の配置の一例を示した概略図である。 本発明の実施の形態に係る補正部の構成の一例の概略を示すブロック図である。 本発明の実施の形態のモータ駆動装置における、ホールセンサの出力信号とインバータ回路のインバータ出力電圧とのタイムチャートの一例である。 同軸上にあるホールセンサが回転方向に対し、遅れ方向に位置ずれを起こしている場合の一例を示した概略図である。 本発明の実施の形態に係るホールセンサが遅れ方向に位置ずれを起こしている場合のタイムチャートの一例である。 本発明の実施の形態に係るホールセンサの位置ずれの検出及び補正方法の一例のフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態に係るブラシレスモータの通電時に発生する還流電流によるノイズ及びＰＷＭオフノイズを説明するためのタイムチャートの一例である。 本発明の実施の形態に係るモータの回転速度と指令値ＤＵＴＹとの関係の一例を示した説明図である。 本発明の実施の形態に係る補正部の動作を説明するためのタイムチャートの一例である。 本発明の実施の形態に係るホールセンサの位置ずれを検出するための出力信号Ｕ、コンパレータ信号Ｗ、及びＥＸ−ＯＲ信号との関係を示したタイムチャートの一例であり、（Ａ）は、位置ずれが生じていない場合を示しており、（Ｂ）は、遅れが生じている場合を示しており、（Ｃ）は進みが生じている場合を示している。

図１は、本実施の形態に係るモータ駆動装置２０の概略を示す図である。図１に記載のインバータ回路４０は、ＦＥＴによってモータ５２のステータ１４のコイルに供給する電力をスイッチングする。例えば、ＦＥＴ４４Ａ、４４ＤはＵ相のコイル１４Ｕに、ＦＥＴ４４Ｂ、４４ＥはＶ相のコイル１４Ｖに、ＦＥＴ４４Ｃ、４４ＦはＷ相のコイル１４Ｗに、各々供給する電力のスイッチングを行う。

ＦＥＴ４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃの各々のドレインは、チョークコイル８２を介して車載のバッテリ８０の正極に接続されている。また、ＦＥＴ４４Ｄ、４４Ｅ、４４Ｆの各々のソースはバッテリ８０の負極に接続されている。

また、本実施の形態のモータ駆動装置２０の基板上には、前述のインバータ回路４０に加え、補正部５４、補正制御部５４Ａ、実回転数算出部５６、指令回転数算出部５８、スタンバイ回路６０、メイン電源通電部６２、通電制御駆動波形決定部６４、ＰＩ制御部６６、電圧補正部６８及びＦＥＴドライバ７０等が実装されている。

また、本実施の形態のモータ駆動装置２０の基板上には、チョークコイル８２及び平滑コンデンサ８４Ａ、８４Ｂ等が実装され、さらにエアコンＥＣＵ（Electronic Control Unit）７８及びバッテリ８０が接続されている。チョークコイル８２及び平滑コンデンサ８４Ａ、８４Ｂはバッテリ８０と共に略直流電源を構成している。また、エアコンＥＣＵ７８は、車両用エアコンの電子制御ユニットであり、ユーザがエアコンＥＣＵ７８によりエアコンをオンにすると、モータ駆動装置２０の制御により、モータ５２が作動する。また、ユーザが車両用エアコンの風量を調節する場合は、エアコンＥＣＵ７８を介してモータ５２（のロータ）の回転速度を指示するための信号が入力される。

本実施の形態では、シャフトと同軸に設けられたセンサマグネット１２Ａの磁界をホール素子１２Ｂが検出する。補正部５４は、ホール素子１２Ｂから入力された出力信号Ｕ、Ｖ、Ｗ、及びコイル１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗに発生する誘起電圧に基づいて、ホール素子１２Ｂのセンサマグネット１２Ａに対する位置ずれを検出し、ホール素子１２Ｂが検出したロータの位置を補正する。また、補正部５４は、ロータの位置を補正したホール素子１２Ｂのアナログ出力をデジタル信号に変換する。

補正制御部５４Ａは、補正部５４が補正を行う（補正のためのデータを取得する）タイミングや回数等を制御するためのものであり、図示を省略したタイマ等を含んで構成されている。

実回転数算出部５６は、補正部５４が出力したデジタル信号に基づいてロータの実回転速度を算出する。指令回転数算出部５８はエアコンＥＣＵ７８等からの指示に基づいた目標回転速度を算出する。本実施の形態では、目標回転速度は、略１０００〜５０００ｒｐｍである。

ＰＩ制御部６６は、指令回転数算出部５８が算出した目標回転速度と実回転数算出部５６が算出した実回転速度とから、実回転速度を目標回転速度に変化させる場合にステータ１４のコイルに印加する電圧をいわゆるＰＩ制御によって算出する。ＰＩ制御部６６は、目標回転速度と実回転速度との偏差と目標回転速度における電圧と実回転速度における電圧との偏差との比例関係基づいて目標回転速度における電圧を算出する偏差比例部６６Ｐを含む。また、ＰＩ制御部６６は、上記の比例関係のみでは残留偏差が生じる場合に、かかる残留偏差を偏差積分によって解消する偏差積分部６６Ｉを含む。電圧補正部６８は、ＰＩ制御部６６による算出結果をバッテリ８０の電圧に応じて補正すると共に、補正したＰＩ制御部６６による算出結果を、通電制御駆動波形決定部６４に出力する。

スタンバイ回路６０は、バッテリ８０から各部への電源供給を制御する回路である。また、メイン電源通電部６２は、スタンバイ回路６０の制御に従って、モータ駆動装置２０への電源をオンにする。また、メイン電源通電部６２は、モータ５２の始動時、すなわちモータ５２を回転速度０ｒｐｍから回転させる場合に、論理和回路８６を介して強制５００ｒｐｍ指令部８８に指令を出す。強制５００ｒｐｍ指令部８８は、モータ５２の始動時には目標回転速度が所定の時間において５００ｒｐｍとなるように指令回転数算出部５８を制御し、指令回転数算出部５８は、５００ｒｐｍに係る信号をＰＩ制御部６６に出力する。なお、所定の時間は、一例として、５００〜１０００ｍｓである。

所定の時間が経過後は、強制５００ｒｐｍ指令部による指令回転数算出部５８への制御は終了し、誘起電圧を検出するためにコイル１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗへの通電が遮断される。補正部５４は、検出された誘起電圧に基づいて、ホール素子１２Ｂが出力した信号を補正する。ホール素子１２Ｂが出力した信号の補正後、指令回転数算出部５８はエアコンＥＣＵ７８からの指示に基づいて算出した目標回転速度に係る信号をＰＩ制御部６６に出力する。

通電制御駆動波形決定部６４は、スタンバイ回路６０とメイン電源通電部６２を介して電源が供給されると、電圧補正部６８からの信号に基づいて、ステータ１４のコイルに印加する電圧の駆動波形を決定する。

ＦＥＴドライバ７０は、通電制御駆動波形決定部６４が決定した駆動波形に基づいて、インバータ回路４０のスイッチングを制御するためのＰＷＭ信号を生成してインバータ回路４０に出力する。

本実施の形態に係るモータ駆動装置２０の基板上には、基板の温度を抵抗値として検知するチップサーミスタＲＴが実装されている。本実施の形態に用いられるチップサーミスタＲＴは、一例として、温度の上昇に対して抵抗が減少するＮＴＣ (Negative Temperature Coefficient)サーミスタである。なお、反転回路を併用することで、温度が上昇するにつれて抵抗値が増大するＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタを使用してもよい。

チップサーミスタＲＴは一種の分圧回路を構成しており、チップサーミスタＲＴによって構成される分圧回路の出力端からは、チップサーミスタＲＴの抵抗値に基づいて変化する電圧が出力される。チップサーミスタＲＴによって構成される分圧回路の出力端から出力された電圧は過熱状態判定部１０６において過熱判定値出力部１０４が出力する過熱判定値と比較され、出力された電圧が過熱判定値以下の場合には、目標回転速度を強制的に０ｒｐｍとするように指令回転数算出部５８を制御する。前述のように、本実施の形態に係るチップサーミスタＲＴは、温度の上昇に対して抵抗が減少するタイプなので、チップサーミスタＲＴによって構成される分圧回路の出力端から出力される電圧は、温度の上昇に応じて低下するものとする。過熱状態判定部１０６は、チップサーミスタＲＴの一端から出力された電圧が過熱判定値以下の場合に回路が過熱していると判定する。過熱判定値は基板に実装される素子及びチップサーミスタＲＴの位置等によって変化するが、一例として１４５℃においてチップサーミスタＲＴによって構成される分圧回路が出力する電圧である。

また、ＦＥＴ４４Ｄ、４４Ｅ、４４Ｆの各々のソースとバッテリ８０との間にはインバータ回路４０の電流を検知するための電流検知部９４が設けられている。電流検知部９４は、抵抗値が０．２ｍΩ〜数Ω程度と小さいシャント抵抗９４Ａと、インバータ回路４０の電流に応じて変化するシャント抵抗９４Ａの両端の電位差を検知すると共に検知した電位差の信号を増幅するアンプ９４Ｂとを含む。そして、アンプ９４Ｂが出力した信号は、過負荷判定部９８と過電流判定部１０２とに各々入力される。過電流判定部１０２では、アンプ９４Ｂが出力した信号と過電流判定値出力部１００が出力した過電流判定値とを比較し、アンプ９４Ｂが出力した信号が過電流判定値以上の場合には、過電流検出信号を保護優先順位判定部１１２に出力する。また、過負荷判定部９８は、アンプ９４Ｂが出力した信号と過負荷判定値出力部９６が出力した過負荷判定値とを比較し、アンプ９４Ｂが出力した信号が過負荷判定値以上の場合には、論理和回路８６を介して強制５００ｒｐｍ指令部８８に指令し、モータ５２の回転速度を強制的に所定の回転速度である５００ｒｐｍに低下させる制御をする。

過負荷状態と判定してモータ５２の回転速度を５００ｒｐｍにした場合は、電流検知部９４によって検知された電流値（に従って変化するシャント抵抗９４Ａの両端の電位差の増幅値）が過負荷判定値を下回るまでモータ５２の回転速度を５００ｒｐｍに制御する。電流検知部９４が検知した電流値が過負荷判定値を下回った後は、指令回転数算出部５８が算出した目標回転速度でモータ５２が回転するように、ステータ１４のコイルに印加する電圧を制御する。

本実施の形態では、過電流判定値は過負荷判定値を超える値であり、回路保護のためにインバータ回路４０による電圧の生成を停止させることによりモータ５２への通電を停止しなければならない電流値である。過電流判定値及び過負荷判定値の具体的な数値は、モータ５２の仕様に左右されるので、設計時のシミュレーション及び実験を通じてモータの仕様ごとに個別具体的に決定する。

チョークコイル８２とインバータ回路４０との間には、電源電圧を検知すると共に、電源電圧の値と過電圧判定値出力部１０８が出力した過電圧判定値とを比較する過電圧判定部１１０が接続されている。過電圧判定部１１０は、電源電圧が過電圧判定値以上の場合には、過電圧検出信号を保護優先順位判定部１１２に出力する。

保護優先順位判定部１１２は、過電圧判定部１１０が出力した過電圧検出信号と、過電流判定部１０２が出力した過電流検出信号と、に基づいて、モータ５２を回転させる又はモータ５２の回転を停止させるようにＦＥＴドライバ７０を制御する。

例えば、過電流検出信号が出力されず、過電圧検出信号が出力されている場合には、保護優先順位判定部１１２は、高すぎる電源電圧を緩和するために、モータ５２を所定の回転速度で回転させる強制ＯＮの状態を、プロセッサの一種である保護優先順位判定部１１２の制御の単位周期である１制御周期（一例として１０ｍｓ）の間継続する。

また、過電流検出信号が出力された場合には、過電圧検出信号が出力されていても、モータ５２の回転を停止させるためにモータ５２への通電を停止させるようにＦＥＴドライバ７０を制御し、インバータ回路４０等を構成する素子を保護する。即時に通電停止させるには、一例として割り込み処理等を用いる。過電流検出信号が出力された後は、モータ５２の回転を停止させる過電流ＯＦＦの状態を、前述の１制御周期よりも長い所定時間継続する。所定時間は、１制御周期の所定の正の整数倍であり、本実施の形態では、一例として１００ｍｓである。

図２（Ａ）は、本実施の形態に係るモータ駆動装置２０のセンサマグネット１２Ａの一例を示した概略図であり、図２（Ｂ）は、センサマグネット１２Ａに対するホール素子１２Ｂの配置の一例を示した概略図である。

図２（Ａ）に示したように、センサマグネット１２Ａは永久磁石であり、軸心周りに所定角度（例えば、６０度）毎にＮ極の磁極とＳ極の磁極とが交互に位置する多極磁石であり、その周囲に特定の磁界を形成する。

ホール素子１２Ｂは、センサマグネット１２Ａにより形成された磁界を検出することにより、ロータの位置（回転位置）を検出するためのものである。各相に対応するホールセンサ５３Ｕ、ホールセンサ５３Ｖ、ホールセンサ５３Ｗを含んで構成されている。ホールセンサ５３Ｕ、５３Ｖ、５３Ｗは、図２（Ｂ）に示すように、センサマグネット１２Ａと対向するようにセンサマグネット１２Ａの軸心周りに２０度毎に設けられており、各々の位置でセンサマグネット１２Ａの磁界を構成する磁力線を検出し、各々位置検出信号（「出力信号Ｕ」、「出力信号Ｖ」、「出力信号Ｗ」）を出力する。

図３は、本実施の形態に係る補正部５４の構成の一例の概略を示すブロック図である。補正部５４は、ホールセンサ５３Ｕ、５３Ｖ、５３Ｗから入力された出力信号Ｕ、Ｖ、Ｗ、及びコイル１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗに発生する誘起電圧に基づいて、ホールセンサ５３Ｕ、５３Ｖ、５３Ｗのセンサマグネット１２Ａに対する位置ずれを検出し、ホールセンサ５３Ｕ、５３Ｖ、５３Ｗが検出したロータの位置を補正するためのものである。補正部５４は、図４に示すように、コイル１４Ｗに発生する誘起電圧に基づいて出力信号Ｕを補正するＵ相補正部５４Ｕ、コイル１４Ｕに発生する誘起電圧に基づいて出力信号Ｖを補正するＶ相補正部５４Ｖ、及びコイル１４Ｖに発生する誘起電圧に基づいて出力信号Ｗを補正するＷ相補正部５４Ｗを含む。

Ｕ相補正部５４Ｕ、Ｖ相補正部５４Ｖ、Ｗ相補正部５４Ｗは、図３に示すように、コンパレータ１２０Ｕ、１２０Ｖ、１２０Ｗ、ＥＸ−ＯＲ回路１２２Ｕ、１２２Ｖ、１２２Ｗ、検出部１２４Ｕ、１２４Ｖ、１２４Ｗを各々含んで構成されている。

Ｕ相補正部５４Ｕのコンパレータ１２０Ｕの一方の入力端にはコイル１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗの中性点が接続されており、他方の入力端にはコイル１４Ｗの端子に接続されている。また、ＥＸ−ＯＲ回路１２２Ｕには、コンパレータ１２０Ｕの出力信号と、ホールセンサ５３Ｕの出力信号とが入力されるようになっている。

Ｖ相補正部５４Ｖのコンパレータ１２０Ｖの一方の入力端には前述の中性点が接続されており、他方の入力端にはコイル１４Ｕの端子に接続されている。また、ＥＸ−ＯＲ回路１２２Ｖには、コンパレータ１２０Ｖの出力信号と、ホールセンサ５３Ｖの出力信号とが入力されるようになっている。

Ｗ相補正部５４Ｗのコンパレータ１２０Ｗの一方の入力端には前述の中性点が接続されており、他方の入力端にはコイル１４Ｖの端子に接続されている。また、ＥＸ−ＯＲ回路１２２Ｗには、コンパレータ１２０Ｗの出力信号と、ホールセンサ５３Ｗの出力信号とが入力されるようになっている。

本実施の形態の検出部１２４Ｕ、１２４Ｖ、１２４Ｗは、ＥＸ−ＯＲ回路１２２Ｕ、Ｖ、Ｗの各々の出力信号に基づいて、ホールセンサ５３Ｕ、５３Ｖ、５３Ｗのセンサマグネット１２Ａに対する位置ずれ量を電気角で検出し、検出した位置ずれ量分を補正したホールセンサ５３Ｕ、５３Ｖ、５３Ｗの出力信号Ｕ、Ｖ、Ｗを実回転数算出部５６に出力するためのものである。検出部１２４Ｕ、１２４Ｖ、１２４Ｗは、図示を省略したＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、メモリ等で構成されており、メモリ等に記憶した補正データに基づいて出力信号Ｕ、Ｖ、Ｗを補正して出力する。

（モータ駆動装置の動作）
本実施の形態のモータ駆動装置２０における、ホールセンサ５３Ｕ、５３Ｖ、５３Ｗのセンサマグネット１２Ａに対する位置ずれの検出及び補正について説明する。

図４に、本実施の形態のモータ駆動装置２０における、ホールセンサ５３Ｕ、５３Ｖ、５３Ｗの出力信号とインバータ回路４０のインバータ出力電圧とのタイムチャートの一例の電気角１周期分を示す。図４は、ホールセンサ５３Ｕ、５３Ｖ、５３Ｗの位置ずれ等が生じていない状態（図２の状態）、すなわち、理想的な状態のタイムチャートである。なお、図４中の、「ＦＥＴ−Ｕ上」はＦＥＴ４４Ａ、「ＦＥＴ−Ｕ下」はＦＥＴ４４Ｄ、「ＦＥＴ−Ｖ上」はＦＥＴ４４Ｂ、「ＦＥＴ−Ｖ下」はＦＥＴ４４Ｅ、「ＦＥＴ−Ｗ上」はＦＥＴ４４Ｃ、「ＦＥＴ−Ｗ下」はＦＥＴ４４Ｆを各々示している。また出力信号Ｕ、Ｖ、ＷがＨレベルの場合はＮ極を、Ｌレベルの場合はＳ極を示している。

図５は、同軸上にあるホールセンサ５３Ｕ、５３Ｖ、５３Ｗが回転方向に対し、遅れ方向に位置ずれを起こしている場合の一例を示した概略図である。図５に示したような位置ずれが生じた場合のタイムチャートの一例を図６に示す。図６に示すように、出力信号Ｕ、Ｖ、Ｗは、位置ずれに応じた電気角Ｘ１度だけ遅れて出力のレベルが切り替わる。本実施の形態では誘起電圧に基づいて当該位置ずれに応じた電気角を検出し、検出した電気角に基づいて補正を行う。

図７に、本実施の形態のホールセンサ５３Ｕ、５３Ｖ、５３Ｗのセンサマグネット１２Ａに対する位置ずれの検出及び補正方法の一例のフローチャートを示す。本実施の形態では、ユーザがエアコンを起動すると図７に示したフローチャートが開始される。

ステップ１００でエアコンＥＣＵ７８からエアコンをオンにする指令が入力されると、ステップ１０２では、スタンバイ回路６０がメイン電源通電部６２を制御してモータ駆動装置２０の電源をオンにする正規ロジックでの起動を開始する。そして、ステップ１０４では、目標回転速度が所定の時間において５００ｒｐｍとなるように指令回転数算出部５８を制御する。

ステップ１０６では、モータ５２（ロータ）の回転速度が４５０ｒｐｍ以上になったか否かを判定する。未だ４５０ｒｐｍに達していない場合は、否定されて待機状態になり、達した場合は肯定されてステップ１０８へ進む。ステップ１０８では、メイン電源通電部６２が通電制御駆動波形決定部６４からＦＥＴドライバ７０への駆動波形の出力を停止させることによりコイル１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗへの通電の遮断を開始する。

本実施の形態では、モータ５２の起動直後の４５０ｒｐｍ以上になった場合に、コイル１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗへの通電を遮断し、すなわちモータ出力を全相オフにした状態で、位置ずれを補正するための補正データを取得する。

一般に、ブラシレスモータを通電した状態において通電相が切り替わる瞬間は図８に示すように、還流電流が流れるため、無通電相の誘起電圧が変形してしまう。また、モータの通電状態を制御するため、一般にＰＷＭ制御を行うが、図８に示すように、上記と同様に、無通電相の誘起電圧を監視する際に、他相のＰＷＭ信号のオフをきっかけにして、還流電流が流れてしまい、無通電相の誘起電圧を変形させてしまう。なお、図８では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルの出力信号と中性点の電圧とを、通電している最中は通電状態がＨレベルの場合は「Ｈレベル」、通電状態がＬレベルの場合は「Ｌレベル」として、無通電区間のみを比較した場合比較波形を示している。

このように、ブラシレスモータを通電した状態においては、誘起電圧が変形してしまう場合がある。

これに対応して、誘起電圧のゼロクロス点の検出のため通電相の切り替え後の還流時間とＰＷＭ信号のオフ時間の比較結果のマスク処理を行う誘起電圧方式センサレス駆動が知られている。しかしながら当該方式では、還流時間の設定が不適切な場合、また、ＰＷＭ信号のオフマスク中のゼロクロス点がマスク時間分遅れて検出されることから、理想タイミングと誤差を生じ、その結果、騒音や振動等が増大する場合がある。

そこで本実施の形態では、コイル１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗの全相をオフ（通電遮断）状態にして、モータ５２（ロータ）が空転状態になり、誘起電圧が安定した状態で補正データの取得を行う。補正データの取得に際しては、モータ５２の回転速度が４５０ｒｐｍ以上であればよく、本実施の形態では、補正データの取得時におけるモータ５２の回転速度の上限は設定していない。補正データの取得時にコイル１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗの通電を遮断することにより、モータ５２が失速する。従って、補正データの取得中にモータが停止しないように、補正データを取得する（通電を遮断する）際は、モータ５２の回転速度を十分に上げた安定した状態で行うのがよい。また、走行風によって生じたラム圧でエアコンのファンが回転することにより、モータ５２の回転速度が大きくなる場合がある。かかる場合にも補正データの取得が可能なように、本実施の形態では、補正データの取得時におけるモータ５２の回転速度の上限は設定していない。

なお、本実施の形態では、通電を遮断する時間は、モータ５２の回転作動にむらが生じないように、モータ５２（ロータ）の１回転（機械角１周期）程度とする。

本実施の形態では、具体的には、モータ５２が起動してから回転速度が４５０ｒｐｍ以上のときにコイル１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗへの通電を遮断し、補正データを取得する。図９に、本実施の形態のモータ５２のモータ回転速度と、指令値ＤＵＴＹとの関係を示す。なお、本実施の形態のモータ５２の常用回転数は、具体的一例として１０００〜５０００ｒｐｍである。図９に示すように、モータの回転数が０〜１０００ｒｐｍの範囲は、モータ５２の起動または停止時に通過するだけであるため、ユーザが異音や騒音、振動等の違和感を覚えにくい範囲である。

当該範囲内において、補正データの取得中、具体的には本実施の形態では、モータ５２（ロータ）が１回転（機械角１周期、すなわち機械角で３６０度回転）するまでの間、通電を遮断してもモータ５２の失速によりモータ５２の停止等の問題が生じず、さらに、空転の違和感をユーザが認識するおそれが少なく、かつ、誘起電圧のゼロクロス点をコンパレータ１２０で確実に判定できる適切な回転速度として、４５０ｒｐｍ以上の回転速度を用いている。なお、当該適切な回転速度はモータの常用回転数等により異なるため、予め実験等により得られた値を用いるようにするとよい。

また、本実施の形態のモータ５２では、通電を遮断した直後は、還流電流の影響で正規の出力信号が捕まえにくい場合がある。本実施の形態では、通電を遮断してから少なくとも電気角１周期（電気角３６０度）経過後であれば、かかる問題が生じずに正規の補正データが取得できることが予め実験等により得られているため、電気角１周期経過後に、補正データの取得を行う。

そのため、ステップ１０８で通電遮断を開始した後の次のステップ１１０では、通電を遮断してから電気角１周期が経過したか否か判定する。本実施の形態では、補正制御部５４Ａが電気角１周期分の時間が経過したか等により判定する。経過していない場合は、否定されて待機状態になり、経過した場合は、肯定されて補正データの取得を開始するためにステップ１１２へ進む。

本実施の形態の補正部５４の動作について図１０を参照して説明する。コンパレータ１２０は、コイル１４Ｗの誘起電圧とコイル１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗの中性点とを比較し、比較結果をＨレベル及びＬレベルで示したＨ−Ｌ信号をコンパレータ信号Ｗとして出力する。当該コンパレータＷ信号は、ホールセンサ５３Ｕ、５３Ｖ、５３Ｗの位置ずれに影響されない、理想的なタイミングで出力される。ＥＸ−ＯＲ回路１２２は、当該コンパレータＷ信号と、ホールセンサ５３Ｕの出力信号Ｕとの排他的論理和をとったＥＸ−ＯＲ信号を出力する。ブラシレスモータの駆動原理より、モータ５２の誘起電圧のゼロクロス点から３０度ずれたタイミングで出力相が切り替わることが理想的な状態である（図５参照）。すなわち、図１０に示した場合では、ＥＸ−ＯＲ信号がＨレベルである期間の電気角が３０度である場合は、ホールセンサ５３Ｕは実装上、ずれた位置に配置されていない。検出部１２４は、理想的な状態の電気角３０度を基準電気角として記憶し、ＥＸ−ＯＲ信号がＨレベルである期間の電気角と３０度との差により、ホールセンサ５３Ｕの位置ずれを検出し、検出したずれ電気角度を補正データとして記憶する。

そこで、ステップ１１２では、ＥＸ−ＯＲ信号がＨレベルか否か判定し、Ｌレベルの場合は、否定されて待機状態になり、Ｈレベルに切り替わった場合は、肯定されてステップ１１４へ進み、電気角または時間をカウントし、次のステップ１１６では、ＥＸ−ＯＲ信号がＬレベルか否か判定する。まだＨレベルである間は、否定されてステップ１１４に戻り、電気角または時間のカウントを継続し、Ｌレベルに切り替わった場合は、肯定されてステップ１１８へ進む。

ステップ１１８では、カウントした電気角、すなわち、ＥＸ−ＯＲ信号がＨレベルである期間の電気角が何度であるか判定する。図１１（Ｂ）に示すように、出力信号Ｕが遅れているため３０度よりも小さい場合は、ステップ１２０へ進み、補正データを３０度−電気角＝電気角Ｘ２度、進角とする。一方、図１１（Ａ）に示すように、ホールセンサ５３Ｕがずれておらず３０度である場合は、ステップ１２２へ進み、補正無し（補正データ＝０度）とする。また、図１１（Ｃ）に示すように、出力信号Ｕが進んでいるため３０度よりも大きい場合は、ステップ１２４へ進み、補正データを電気角−３０度＝電気角Ｘ３度、遅角とする。

ステップ１２０、１２２、１２４の後のステップ１２６では、検出部１２４が補正データを記憶し、次のステップ１２８では、メイン電源通電部６２が通電の遮断を解除した後、本処理を終了する。ステップ１２８により通電遮断が解除されると、インバータ回路４０からコイル１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗの各相へ電流が通電される。

当該処理によりホールセンサ５３Ｕの位置ずれが検出されたため、補正部５４は、検出部１２４に記憶されている補正データに基づいてホールセンサ５３Ｕ、５３Ｖ、５３Ｗの出力信号Ｕ、Ｖ、Ｗを補正して実回転数算出部５６に出力する。例えば、図１１（Ｂ）に示した場合では、電気角Ｘ２度分、信号の出力タイミングを進めて（速めて）出力する。また、図１１（Ｃ）に示した場合では、電気角Ｘ３度分、信号の出力タイミングを送らせて（遅くして）出力する。これにより、ホールセンサ５３Ｕの位置ずれを補正することができる。なお、補正データの算出は、各相において２回以上の複数回実行してもよく、複数回算出した補正データの平均値を確定した補正データとし、ホールセンサ５３Ｕ、５３Ｖ、５３Ｗの出力信号Ｕ、Ｖ、Ｗの補正に用いてもよい。

なお、本実施の形態では、補正部５４の検出部１２４は、ＥＸ−ＯＲ回路１２２の出力を計測しているがこれに限らず、直接出力信号Ｕ及びコンパレータ信号Ｗの波形の切り替わりを計測するようにしてもよい。また、ＥＸ−ＯＲ回路１２２の出力がＨレベルである期間の電気角を計測しているがこれに限らず、Ｌレベルである期間の電気角を計測してもよい。また、上記では補正部５４が出力信号Ｕと誘起電圧Ｗとに基づいてホールセンサ５３Ｕの位置ずれを検出しているがこれに限らず、誘起電圧Ｖ、誘起電圧Ｕと出力信号Ｕとに基づいて検出するようにしてもよい。また同様にすることにより、出力信号Ｖと、誘起電圧Ｕ、Ｖ、Ｗのいずれかに基づいてホールセンサ５３Ｖの位置ずれを検出できるし、出力信号Ｗと、誘起電圧Ｕ、Ｖ、Ｗのいずれかに基づいてホールセンサ５３Ｗの位置ずれを検出できる。

また、本実施の形態のコイル１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗは、スター型のステータコイルについて図示（図１及び図３）したがこれに限らず、デルタ型のステータコイルであってもよい。なお、デルタ型のステータコイルを用いる場合は、擬似的に中性点を作り出してやり、擬似的中性点から出力される誘起電圧がコンパレータ１２０のマイナス側の入力端子に入力されるようにすればよい。また、６極のモータを図示（図１、図２、及び図５）したがこれに限らず、何極のモータであっても同様にホールセンサ５３Ｕ、５３Ｖ、５３Ｗの位置ずれを検出することができる。

また、本実施の形態では、電気角１周期経過後から補正データを取得するようにしているが、補正制御部５４Ａにより電気角１周期経過後まで、検出部１２４で、入力される信号を無視するように制御してもよいし、コンパレータ１２０やＥＸ−ＯＲ回路１２２に信号が入力されないように制御してもよい。

また、本実施の形態では、検出部１２４が補正データを記憶した後、コイル１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗへの通電遮断を解除（通電を再開）しているがこれに限らず、ＥＸ−ＯＲ信号がＨレベルである期間の電気角を取得した後、速やかに、通電を再開するようにして、通電が遮断されている時間をより短くするようにしてもよい。

また、通電を遮断してモータ５２が空転している間は、モータ５２の回転が下がり、指令値に対して偏差が大きくなるため、モータの回転速度制御におけるフィードバック制御を一時的に停止している。これは、停止しない場合、駆動ＤＵＴＹを高める計算が進んでしまい、モータ５２が１回転空転した後に通電を再開すると、通電を遮断する直前と、通電を再開した直後とで駆動ＤＵＴＹ値が大きく変化しているため、急激なトルク変動により騒音が大きくなることを防止するためである。

また、本実施の形態では、モータ５２が所定時間の間に１回転しない（機械角１周期が所定時間を超える）ことを監視し、１回転しない（超える）場合は、外力による過負荷やロック等、モータ５２及びモータ駆動装置２０に過大な負荷がかかったとみなし、補正データの取得を行わないようにしている。過大な負荷がかかった場合、正規の補正データが取得できないため、当該補正データにより補正を行うと、適切な補正が行えないためである。

以上説明したように、本実施の形態では、モータ５２の起動後、回転速度が４５０ｒｐｍ以上になるとメイン電源通電部６２がコイル１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗへの通電を遮断する。補正制御部５４Ａは、通電の遮断開始から電気角１周期経過後に、補正部５４で、ホールセンサ５３Ｕの位置ずれを補正するための補正データを取得するよう制御する。補正部５４のコンパレータ１２０は、コイル１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗの中性点と、コイル１４Ｗの誘起電圧とを比較したコンパレータ信号Ｗを出力し、ＥＸ−ＯＲ回路１２２は、コンパレータ信号Ｗとホールセンサ５３Ｕの出力信号Ｕとの排他的論理和であるＥＸ−ＯＲ信号を出力する。検出部１２４は、ＥＸ−ＯＲ信号がＨレベルである期間の電気角を取得し、取得した電気角と基準電気角である３０度との差分を補正データとして記憶する。補正部５４が補正データを取得すると、メイン電源通電部６２がコイル１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗへの通電を再開させる。すなわち、本実施の形態の補正部５４の検出部１２４では、ホールセンサ５３Ｕ、５３Ｖ、５３Ｗの出力信号とコイル１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗの誘起電圧との関係が、図４に示したタイムチャートを満たしているか（電気角で何度ずれているか）により位置ずれを検出し、補正データとして記憶している。

このように本実施の形態によれば、コイル１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗへの通電を遮断してから出力信号にノイズが生じやすい期間である電気角１周期経過後に補正データを取得しているため、安定した出力信号が得られるので、適切な補正データを取得することができる。従って、センサマグネット１２Ａとホールセンサ５３Ｕ、５３Ｖ、５３Ｗとの相対的な位置ずれを適切に補正することができる。

また、モータ５２の１回転（機械角１周期）程度に適切な補正データを取得することができるため、速やかに補正データが取得できる。従って、コイル１４Ｕ、１４Ｖ、１４Ｗへの通電遮断期間を短くすることができるため、通電遮断期間が長くなることによる異音や振動の発生等を防止することができ、ユーザが違和感を覚えないようにすることができる。

また、本実施の形態によれば、モータ５２の起動後、モータ５２の回転速度が４５０ｒｐｍ以上の際に補正データの取得を行い、補正データの取得時におけるモータ５２の回転速度の上限は設定していない。走行風によって生じたラム圧でエアコンのファンが回転することにより、モータ５２の回転速度が大きくなる場合であっても、補正データの取得が可能になるので、ホールセンサ５３Ｕ、５３Ｖ、５３Ｗが検出するロータの回転位置の補正を的確に行うことが可能となる。

１２Ａ…センサマグネット、１２Ｂ…ホール素子、１４…ステータ、１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗ…コイル、２０…モータ駆動装置、４０…インバータ回路、４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄ，４４Ｅ，４４Ｆ…ＦＥＴ、５２…モータ、５３Ｕ，５３Ｖ，５３Ｗ…ホールセンサ、５４…補正部、５４Ａ…補正制御部、５４Ｕ…Ｕ相補正部、５４Ｖ…Ｖ相補正部、５４Ｗ…Ｗ相補正部、５６…実回転数算出部、５８…指令回転数算出部、６０…スタンバイ回路、６２…メイン電源通電部、６４…通電制御駆動波形決定部、６６…ＰＩ制御部、６６Ｉ…偏差積分部、６６Ｐ…偏差比例部、６８…電圧補正部、７０…ＦＥＴドライバ、７８…エアコンＥＣＵ、８０…バッテリ、８２…チョークコイル、８４Ａ…平滑コンデンサ、８６…論理和回路、８８…強制５００ｒｐｍ指令部、９４…電流検知部、９４Ａ…シャント抵抗、９４Ｂ…アンプ、９６…過負荷判定値出力部、９８…過負荷判定部、１００…過電流判定値出力部、１０２…過電流判定部、１０４…過熱判定値出力部、１０６…過熱状態判定部、１０８…過電圧判定値出力部、１１０…過電圧判定部、１１２…保護優先順位判定部、１２０Ｕ，１２０Ｖ，１２０Ｗ…コンパレータ、１２２Ｕ，１２２Ｖ，１２２Ｗ…ＥＸ−ＯＲ回路、１２４Ｕ，１２４Ｖ，１２４Ｗ…検出部、ＲＴ…チップサーミスタ、Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３…電気角

Claims (4)

1. 三相モータの回転軸に取り付けられた磁石の磁界に基づいて、前記三相モータの各相に対応させて予め定めたロータの磁極の回転位置を各々検出する第１回転位置検出部と、
   前記三相モータの無通電相のコイルに生じた誘起電圧に基づいて、前記ロータの磁極の回転位置を各々検出する第２回転位置検出部と、
   前記三相モータの各相のコイルに印加する電圧を生成する駆動回路と、
   前記第１回転位置検出部で検出された回転位置に基づいて、前記三相モータが回転するように前記駆動回路を制御すると共に、前記三相モータの回転速度が所定値以上になってから所定期間の間、前記三相モータの各相のコイルが無通電になるように前記駆動回路を制御し、前記所定期間経過後は、無通電状態で前記第１回転位置検出部で検出された回転位置を前記第２回転位置検出部で検出された回転位置と等しくするための補正値に基づいて、前記第１回転位置検出部で検出された回転位置を補正した回転位置に基づいて、前記駆動回路を制御する制御部と、
   を含むモータ駆動装置。
2. 前記所定期間は、前記各相のコイルを無通電にしてから前記ロータが電気角で３６０度回転し、さらに前記ロータが機械角で３６０度回転するまでの間であり、
   前記制御部は、前記各相のコイルを無通電にしてから前記ロータが電気角で３６０度回転した後に検出された誘起電圧に基づいて前記補正値を算出する請求項１記載のモータ駆動装置。
3. 前記制御部は、前記所定期間の経過後、前記補正値で補正した前記ロータの回転位置に基づいて、前記三相モータの回転速度が目標回転速度となるように前記駆動回路を制御する請求項１または２記載のモータ駆動装置。
4. 前記制御部は、各相において、前記補正値の算出を所定回数実行すると共に、所定回数算出した補正値の平均値で前記第１回転位置検出部が検出した前記ロータの回転位置を補正する請求項１〜３のいずれか１項記載のモータ駆動装置。