JP6998511B2 - ブラシレスモータ制御装置およびブラシレスモータ制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、ブラシレスモータを回転制御するブラシレスモータ制御装置およびブラシレスモータ制御方法に係わる。特に、本開示は、ブラシレスモータの回転動作時、ホールセンサ等の位置検出手段によりロータ位置を検出し、モータコイルへの通電タイミングを決定するブラシレスモータ制御装置およびブラシレスモータ制御方法に関する。

昨今、一般的に使われているハイブリッド自動車の電池冷却用ファンには、その寿命、省エネルギー化および静音性の要求から、ブラシレスモータが使用されている。冷却用ファンには、その時々の気温および冷却対象の温度に応じて、ファンに必要とされる風量、および、周辺付近に発する駆動音が定められている。それらを満足するよう制御する必要がある。風量のバラツキは、インペラー（羽根車）に取り付けられているモータの回転速度のバラツキに依存することが知られている。駆動音およびモータ振動は、モータの回転トルクに依存することが知られている。

ところで、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、以下、ＰＷＭと記す）駆動で制御される三相ブラシレスモータの場合、次のようにモータ制御装置で制御される。まず、モータ制御装置では、ホールセンサの出力レベルの立上りエッジおよび立下りエッジから、ロータの回転位置を検出する。単位時間当たりの回転位置の変化量から、実回転速度を算出する。モータ制御装置において、算出された実回転速度に従い、ＰＷＭ駆動を実現するインバータ回路内に備え付けられたＭＯＳ－ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のスイッチングパルス幅が制御される。

そのため、ホールセンサの取付け位置、および、ロータマグネットのＮ極およびＳ極の着磁バラツキなどにより、ロータの所定回転位置において、ホールセンサの出力レベルが切替わらず、立上りまたは立下りエッジのタイミングがズレてしまう。これにより、インバータ回路からモータコイルへの通電位相または周期などがズレてしまうことが知られている。また、モータのトルクリップルが増大、振動、および騒音も大きくなってしまうことが知られている。

これらのようなバラツキ対策として、誘起電圧を検出し、各ホールセンサの相対的な位置ズレを補正する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

日本国特許第５４６９５２０号公報

本開示は、通常回転時に不必要な部品を追加することなく、ホールセンサの反応バラツキ、位置ズレに起因した、ロータの検出位置ズレを補正し、トルクリップルを低減するブラシレスモータ制御装置および方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示におけるモータ制御装置の一態様は、ブラシレスモータの各相の巻き線に対して駆動電圧を印加するインバータ回路と、ホールセンサにより検出された磁極の変化に基づいて、ブラシレスモータのロータ位置に対応する磁極検出信号を出力するロータ磁極検出部と、ロータ推定位置を電気角で示すロータ推定位置信号であって、磁極検出信号のレベルが切り替わる毎に、切り替わり後のレベルに対応して予め定められた電気角を示すロータ推定位置信号を出力するロータ位置推定部と、インバータ回路に供給される電流を電源電流値として検出する電流検出部と、電源電流値の変動に基づいて電気角オフセットを決定し、電気角オフセットをロータ推定位置信号が示す電気角に加算することによって、ロータ推定位置信号を補正する電気角補正部とを備える。

特に、電気角補正部は、ブラシレスモータの一定速での回転動作時に電源電流値の分散を評価値として算出し、評価値の最小値に対応する電気角オフセットを決定してもよい。
また、電気角補正部は、磁極検出信号がハイレベルおよびローレベルのうちのいずれか一方のレベルである区間において、ロータ推定位置信号が示す電気角に電気角オフセットを加算してもよい。
また、電気角補正部は、ブラシレスモータを一定速度で回転動作中に、電気角オフセットを漸次増加または減少させながらロータ推定位置信号を複数回補正し、各電気角オフセットに対して電流検出部が検出した複数の電源電流値の分散を評価値として保持すると共に、電気角オフセットと評価値との関係を多項式で近似し、多項式において最小の評価値に対応する電気角オフセットを決定してもよい。
また、電気角補正部は、ブラシレスモータを一定速度で回転動作中に、電気角オフセットを漸次増加または減少させ、各電気角オフセットにおける電流検出部が検出した電源電流値を周波数解析し、予め定められた周波数の成分の最小値に対応する電気角オフセットを決定してもよい。

本開示のブラシレスモータ制御装置およびブラシレスモータ制御方法によれば、通常回転時に不必要な部品を追加することなく、ホールセンサの反応バラツキ、位置ズレに起因した、ロータの検出位置ズレを補正し、トルクリップルを低減することができる。

図１は、実施の形態におけるブラシレスモータ制御装置の構成例とブラシレスモータとを示すブロック図である。 図２Ａは、電気角テーブル部の一例を示す図である。 図２Ｂは、ロータ磁極検出部から出力される磁極検出信号の波形と、ロータ位置推定部から出力されるロータ推定位置信号の波形とを示すタイミングチャートである。 図３は、ロータ磁極検出部から出力される磁極検出信号の波形と、電気角オフセット生成部から出力される電気角オフセットの波形と、電気角オフセット切替部から出力される電気角オフセットの波形とを示すタイミングチャートである。 図４は、ロータ磁極検出部から出力される磁極検出信号の波形と、ロータ位置推定部から出力されるロータ推定位置信号の波形と、電気角オフセット切替部から出力される電気角オフセットの波形と、電気角補正部から出力されるロータ推定位置信号の波形とを示すタイミングチャートである。 図５は、電気角オフセット生成部から出力される電気角オフセットの値を変化させた際の、評価値算出部から出力される評価値をプロットしたグラフである。 図６は、電気角オフセットを０にした場合の、磁極検出信号と電源電流値とを示すグラフである。 図７は、電気角オフセットを、図５に記載の電気角オフセットＰｂにした場合の、磁極検出信号と電源電流値とを示すグラフである。 図８は、電気角補正部における電気角オフセットを決定する処理例を示すフローチャートである。 図９は、電気角補正部における電気角オフセットを決定する他の処理例を示すフローチャートである。 図１０は、実施の形態におけるブラシレスモータ制御方法を示すフローチャートである。

特許文献１では、通常回転時に不必要な部品、例えば、モータコイルの中性点と誘起電圧を比較するコンパレータ、または、これとホールセンサ出力との排他的論理和を出力するＥＸ－ＯＲ（ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ ＯＲ）回路（排他的論理和回路）が必要である。これにより、部品点数が増加するので、モータ制御装置の大型化、コストアップとなってしまう。

以下、実施の形態について図面を用いて説明する。

（実施の形態）
図１は、実施の形態におけるブラシレスモータ制御装置１４の構成例とブラシレスモータ５とを示すブロック図である。図１では、ブラシレスモータ制御装置１４は、モータ駆動用電源線＋ＢとＧＮＤ線とから電力供給を受ける。ブラシレスモータ制御装置１４は、速度指令ＳＰｒｅｑを入力とし、ブラシレスモータ５を回転制御する。ブラシレスモータ制御装置１４は、速度制御部１と、ＰＷＭ波形生成部２と、電流検出部３と、インバータ回路４と、ロータ磁極検出部６と、電気角補正部７と、ロータ位置推定部１１と、速度推定部１３とで構成されている。更に、ロータ磁極検出部６は、ブラシレスモータ５に備えられたホールセンサ６ａに接続される。電気角補正部７は、評価値算出部８と、電気角オフセット生成部９と、電気角オフセット切替部１０と、加算器７ａとで構成されている。ロータ位置推定部１１は、電気角テーブル部１２を備える。

速度制御部１は、ブラシレスモータ５の回転速度を指示するための速度指令ＳＰｒｅｑと、速度推定部１３から推定速度ＳＰｅｓｔとが入力される。速度制御部１は、推定速度ＳＰｅｓｔが速度指令ＳＰｒｅｑを満たすように、ＰＷＭデューティ値Ｄｕｔを設定し出力する。

ＰＷＭ波形生成部２は、速度制御部１からのＰＷＭデューティ値Ｄｕｔに従って、インバータ回路に、ＰＷＭ信号Ｗｐｗｍを出力する。ＰＷＭ信号Ｗｐｗｍは、インバータ回路４内のスイッチング素子のオンおよびオフを制御する。

電流検出部３は、インバータ回路４に供給される電流を電源電流値Ａｄｅｔとして検出する。

インバータ回路４は、ＰＷＭ波形生成部２からのＰＷＭ信号Ｗｐｗｍに従って、ブラシレスモータ５の各相の巻き線に対して駆動電圧を印加する。

ブラシレスモータ５は、例えば３相のブラシレスモータであり、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線を有するステータと、磁性を帯びたロータとを有する。

ロータ磁極検出部６は、ホールセンサ６ａにより検出された磁極の変化に基づいて、ブラシレスモータ５のロータ位置に対応するデジタルの磁極検出信号Ｈｄｅｔを出力する。

ロータ位置推定部１１は、ロータ推定位置を電気角で示すロータ推定位置信号Ｐｅｓｔを出力する。ロータ推定位置信号Ｐｅｓｔは、電気角０度から３６０度までの値を示す信号である。ロータ位置推定部１１は、電気角テーブル部１２と推定速度ＳＰｅｓｔとに基づいて、ロータ推定位置信号Ｐｅｓｔを生成する。具体的には、磁極検出信号Ｈｄｅｔのレベルが切り替わる毎に、切り替わり後のレベルに対応して、予め定められた電気角を示すロータ推定位置信号Ｐｅｓｔを出力する。予め定められた電気角は、レベルが切り替わる種別（つまり立上りエッジおよび立下りエッジ）毎に、電気角テーブル部１２に設定されている。また、ロータ位置推定部１１は、磁極検出信号Ｈｄｅｔのレベルの切り替わりから次の切り替わりまでの区間では、推定速度ＳＰｅｓｔに基づいてロータ推定位置信号Ｐｅｓｔの電気角を推定する。

電気角補正部７は、電流検出部３により検出された電源電流値Ａｄｅｔの変動に基づいて、電気角オフセットＰｏｆｓを決定する。電気角補正部７は、電気角オフセットＰｏｆｓをロータ推定位置信号Ｐｅｓｔが示す電気角に加算することによって、ロータ推定位置信号Ｐｅｓｔを補正する。電気角補正部７は、補正後のロータ推定位置信号Ｐｏｓｉを出力する。電気角オフセットＰｏｆｓは、電気角オフセット生成部９によって、電源電流値Ａｄｅｔの変動を抑制するのに適切な値に決定される。

電気角テーブル部１２は、電気角テーブルを保持する。図２Ａは、電気角テーブル部１２の一例を示す図である。図２Ａでは、磁極検出信号Ｈｄｅｔの立下りエッジのタイミングに対応するロータの電気角は２１０度であり、立ち上がりエッジのタイミングに対応するロータの電気角は３０度であることを示している。この場合、電気角テーブルはＩｎｄｅｘ０に対応する電気角（２１０度）と、Ｉｎｄｅｘ１に対応する電気角（３０度）とを保持するテーブルでよい。例えば、電気角テーブル部１２は、Ｉｎｄｅｘ０が入力されると、電気角２１０度に対応するアナログ値またはデジタル値を、ロータ位置推定部１１に出力する。また、電気角テーブル部１２は、Ｉｎｄｅｘ１が入力されると、電気角３０度に対応するアナログ値またはデジタル値を、ロータ位置推定部１１に出力する。例えば、ロータ位置推定部１１は、磁極検出信号Ｈｄｅｔの立下りエッジのタイミングで、Ｉｎｄｅｘ０を電気角テーブル部１２に出力する。ロータ位置推定部１１は、磁極検出信号Ｈｄｅｔの立上がりエッジのタイミングで、Ｉｎｄｅｘ１を電気角テーブル部１２に出力する。

速度推定部１３は、補正後のロータ推定位置信号Ｐｏｓｉに基づいて、ロータの回転速度を推定し、推定速度ＳＰｅｓｔとして出力する。

電気角補正部７の構成について説明する。

評価値算出部８は、電流検出部３に検出された電源電流値Ａｄｅｔを入力し、ブラシレスモータ５の一定速での回転動作時に、電源電流値Ａｄｅｔの変動を示す評価値Ｅｖａｌを算出する。この評価値Ｅｖａｌは、例えば分散、振幅の大きさ、周波数分布等でよい。

電気角オフセット生成部９は、評価値Ｅｖａｌの最小値に対応する電気角オフセットＰｏｓｎを生成する。例えば、電気角オフセット生成部９は、ブラシレスモータ５を一定速度で回転動作中に電気角オフセットＰｏｓｎを漸次増加または減少させながら、ロータ推定位置信号Ｐｅｓｔを複数回補正する。評価値算出部８は、各電気角オフセットＰｏｓｎにおける電流検出部３が検出した複数の電源電流値Ａｄｅｔの分散を、評価値Ｅｖａｌとして算出および保持する。電気角オフセット生成部９は、電気角オフセットＰｏｓｎと評価値との関係を多項式で近似し、多項式において最小の評価値Ｅｖａｌを算出する。電気角オフセット生成部９は、多項式から評価値Ｅｖａｌが最小になるときの電気角オフセットを、適切な電気角オフセットＰｏｓｎと決定する。このように電気角オフセットＰｏｓｎは、電源電流値Ａｄｅｔの変動に基づいて決定されるので、新たな部品の追加による回路規模の増大を抑制することができる。

電気角オフセット切替部１０は、磁極検出信号Ｈｄｅｔがハイレベルおよびローレベルのうち一方のレベルの区間において、ロータ推定位置信号Ｐｅｓｔが示す電気角に加算する電気角オフセットＰｏｆｓを出力する。電気角オフセット切替部１０は、ゼロ発生部１０ａとセレクタ１０ｂとを備える。ゼロ発生部１０ａは、電気角０度を示すゼロ信号（例えば、グランドレベルの信号）を発生する。セレクタ１０ｂは、ゼロ信号および電気角オフセットＰｏｓｎの一方を選択する。セレクタ１０ｂは、磁極検出信号Ｈｄｅｔがハイレベルおよびローレベルのうち、一方のレベルの区間において、電気角オフセットＰｏｓｎを選択し、他方のレベルの区間においてゼロ信号を選択する。選択結果つまりセレクタ１０ｂの出力信号を電気角オフセットＰｏｆｓと呼ぶ。

加算器７ａは、ロータ推定位置信号Ｐｅｓｔと電気角オフセットＰｏｆｓとを加算する。加算結果つまり加算器７ａの出力信号は、補正されたロータ推定位置信号Ｐｅｓｔであり、ロータ推定位置信号Ｐｏｓｉと呼ぶ。

磁極検出信号Ｈｄｅｔが、ハイレベルおよびローレベルのうち一方のレベルの区間というのは、例えばローレベルの区間である。この場合、電気角補正部７は、磁極検出信号Ｈｄｅｔのローレベル区間において、ロータ推定位置信号Ｐｅｓｔに電気角オフセットＰｏｓｎを加算し、磁極検出信号Ｈｄｅｔのハイレベル区間において、ロータ推定位置信号Ｐｅｓｔにゼロ信号を加算する。言い換えれば、電気角テーブルに予め設定されているロータの電気角の片側（立上りエッジまたは立下りエッジに対応する電気角）のみに対して、電気角オフセットを加算する。このように加算するのは次の理由による。ブラシレスモータ５にトルクリップルが生じるような場合は、磁極検出信号Ｈｄｅｔのハイレベル区間とローレベル区間の時間が均等でなく、ロータ推定位置信号Ｐｅｓｔに示される変化量が、ハイレベル区間とローレベル区間とで異なるため、ロータ推定位置信号Ｐｅｓｔの値が不連続に大きく変化する（図２Ｂを参照）。一方のレベルの区間において、ロータ推定位置信号Ｐｅｓｔが示す電気角に適切な電気角オフセットＰｏｓｎを加算することによって、ロータ推定位置信号Ｐｅｓｔの値が大きな変化を打ち消すように補正し、つまりロータ推定位置信号Ｐｅｓｔが示す変化量の不均一性を補正し、ひいてはトルクリップルを抑制することが可能になる。

次に、磁極検出信号Ｈｄｅｔおよびロータ推定位置信号Ｐｅｓｔの具体例について説明する。

図２Ｂは、ロータ磁極検出部６から出力される磁極検出信号Ｈｄｅｔの波形と、ロータ位置推定部１１から出力されるロータ推定位置信号Ｐｅｓｔの波形とを示すタイミングチャートである。ホールセンサ６ａが理想的な位置に実装された場合、ブラシレスモータ５が一定速度で回転すると、ロータ磁極検出部６の磁極検出信号Ｈｄｅｔは、ハイレベル区間とローレベル区間が等しくなる。ここでは、ホールセンサ６ａの位置ズレ、または、ホールセンサ６ａのＮ極およびＳ極に対する反応バラツキ等、何らかの理由により、ロータ磁極検出部６の磁極検出信号Ｈｄｅｔのハイレベル区間とローレベル区間とが等しくない場合を示す。図２Ｂの磁極検出信号Ｈｄｅｔでは、ハイレベル区間：ローレベル区間が、５０：５０ではなく、（５０－ｘ）：（５０＋ｘ）になっている例を示している。

図１に示すように、ロータ位置推定部１１は、電気角テーブル部１２を備える。ロータ位置推定部１１は、磁極検出信号Ｈｄｅｔを入力とする。図２Ｂにおいて、磁極検出信号Ｈｄｅｔの信号レベルが切替わる時刻ｔ０およびｔ１において、ロータ位置推定部１１は、図２Ａに記載の電気角テーブル部１２を参照し、磁極検出信号Ｈｄｅｔのエッジ種別に対して、予め定められた電気角をロータ推定位置信号Ｐｅｓｔとして出力する。その結果、ロータ推定位置信号Ｐｅｓｔは、時刻ｔ０では電気角３０度を示し、時刻ｔ１では電気角２１０度を示す。

そして、次回の信号レベル切替わりまでの間（例えば、区間ｔ０～ｔ１，ｔ１～ｔ０）、推定速度ＳＰｅｓｔの速度に従い、ロータ推定位置信号Ｐｅｓｔの値を徐々に増加させる。そのため、磁極検出信号Ｈｄｅｔのハイレベル区間とローレベル区間の時間が等しくない場合（例えば、図２Ｂに示すように、ハイレベル区間が短く、ローレベル区間が長い場合）、ロータ推定位置信号Ｐｅｓｔに示される変化量が、区間ｔ０～ｔ１と区間ｔ１～ｔ０とで異なるため、時刻ｔ０およびｔ１でロータ推定位置信号Ｐｅｓｔの値が不連続に大きく変化している。

次に、電気角オフセット切替部１０に入力される磁極検出信号Ｈｄｅｔおよび電気角オフセットＰｏｓｎと、電気角オフセット切替部１０から出力される電気角オフセットＰｏｆｓの具体例について説明する。

図３は、ロータ磁極検出部６から出力される磁極検出信号Ｈｄｅｔの波形と、電気角オフセット生成部９から出力される電気角オフセットＰｏｓｎの波形と、電気角オフセット切替部１０から出力される電気角オフセットＰｏｆｓの波形とを示すタイミングチャートである。図１に示すように、電気角オフセット生成部９は、後述する方法で決定された値（－ｎ度）を電気角オフセットＰｏｓｎとして電気角オフセット切替部１０へ出力する。

電気角オフセット切替部１０は、磁極検出信号Ｈｄｅｔを切替制御用の信号として入力する。電気角オフセット切替部１０は、磁極検出信号Ｈｄｅｔのレベルが切替わる、図３の時刻ｔ０において、電気角オフセットＰｏｓｎ（－ｎ）からゼロ信号に切り替える。電気角オフセット切替部１０は、時刻ｔ１においてゼロ信号から電気角オフセットＰｏｓｎ（―ｎ）に切り替える。こうして、電気角オフセット切替部１０は、電気角オフセットＰｏｆｓとして出力している。その結果、電気角オフセットＰｏｆｓは、磁極検出信号Ｈｄｅｔがローレベルであるとき－ｎ度であり、磁極検出信号Ｈｄｅｔがハイレベルであるとき０度である。

次に、電気角オフセットＰｏｆｓによるロータ推定位置信号Ｐｅｓｔの補正の具体例について、説明する。

図４は、ロータ磁極検出部６から出力される磁極検出信号Ｈｄｅｔの波形と、ロータ位置推定部１１から出力されるロータ推定位置信号Ｐｅｓｔの波形と、電気角オフセット切替部１０から出力される電気角オフセットＰｏｆｓの波形と、電気角補正部７から出力されるロータ推定位置信号Ｐｏｓｉの波形とを示すタイミングチャートである。図１に示すように、電気角補正部７の出力信号であるロータ推定位置信号Ｐｏｓｉは、ロータ推定位置信号Ｐｅｓｔと電気角オフセット切替部１０から出力される電気角オフセットＰｏｆｓとの和となっている。そのため、電気角オフセット切替部１０から出力される電気角オフセットＰｏｆｓが、時刻ｔ０において、－ｎから０へ、および、時刻ｔ１において、０から－ｎへ切替わることにより、電気角補正部７から出力されるロータ推定位置信号Ｐｏｓｉは、段差なく直線的に増加するノコギリ波形となる。

続いて、電気角オフセットＰｏｓｎの適切な値をどのように決定するのかについて説明する。

図５は、電気角オフセット生成部９から出力される電気角オフセットＰｏｓｎの値を変化させた際の、評価値算出部８から出力される評価値Ｅｖａｌをプロットしたグラフである。図１に示すように、評価値算出部８の入力は、電流検出部３からの電源電流値Ａｄｅｔである。評価値算出部８は、予め定められた時間における、電流検出部３からの電源電流値Ａｄｅｔの分散である評価値Ｅｖａｌを、（式１）により算出する。図５では、電気角オフセットＰｏｓｎの値を増加させ、回転安定後、１秒間のデータＮ個の分散値をＥｖａｌとしている。

ただし、ｉは１からＮの整数である。ｘ_ｉは連続して検出されたＮ個の電源電流値Ａｄｅｔである。μは、ｘ_ｉの平均値である。

評価値算出部８は、図５の例では、０から徐々に増加させたＮ個の電気角オフセットＰｏｓｎに対してＮ個の評価値Ｅｖａｌを算出する。

評価値Ｅｖａｌは、バラツキの大きさを表現できればよく、標準偏差や最大値と最小値の差（幅）でも良い。

図２Ｂのように、磁極検出信号Ｈｄｅｔのハイレベル区間とローレベル区間とが等しくない場合、図５に示すように、電気角オフセット生成部９からの電気角オフセットＰｏｓｎが値Ｐｂにおいて、評価値Ｅｖａｌは最小値Ｅｂを持つ。このように、図５は、下に凸のグラフとなる。調整作業時、値Ｐｂを求めるとともに、図３で示した、電気角オフセット生成部９から出力される電気角オフセットＰｏｓｎの値（－ｎ）をＰｂとすることにより、電流振幅（リップル）を小さくすることができる。

図６は、電気角オフセットＰｏｓｎを０にした場合の、磁極検出信号Ｈｄｅｔと電源電流値Ａｄｅｔとを示すグラフである。図７は、電気角オフセットＰｏｓｎを、図５に記載の電気角オフセットＰｂにした場合の、磁極検出信号Ｈｄｅｔと電源電流値Ａｄｅｔとを示すグラフである。図６と図７から、電気角オフセットＰｏｓｎを、評価値Ｅｖａｌが最小になるときの電気角オフセットＰｂにすると、電流検出部３の電源電流値Ａｄｅｔの振動幅が小さくなっていること、言い換えれば、トルクリップルが低減されることが分かる。

次に、適切な電気角オフセットＰｏｓｎを決定する具体的な処理例について説明する。

図８は、電気角補正部７における電気角オフセットＰｏｓｎを決定する処理例を示すフローチャートである。図８の処理は、適切な電気角オフセットＰｏｓｎを決定する調整作業として、回転動作中に随時実行してもよいし、回転動作の開始直後に実行してもよいし、工場出荷時に実行してもよい。図８において、まず、電気角補正部７は、ブラシレスモータ５が一定速度で回転動作中であるか否かを判定する（ステップＳ８０）。一定速度の回転動作中でなければ（ステップＳ８０で“ｎｏ”）、電気角補正部７は、一定速度の回転動作になるまで判定を繰り返す。一定速度の回転動作中であれば（ステップＳ８０で“ｙｅｓ”）、電気角補正部７は、電気角オフセットＰｏｓｎの値を－αに初期化する（ステップＳ８１）。αは、例えば、１度でも０．５度でも他の値でもよい。さらに、電気角補正部７は、電気角オフセットＰｏｓｎにαを加算することにより、Ｐｏｓｎを更新する（ステップＳ８２）。初回の電気角オフセットＰｏｓｎは０になる。電気角補正部７は、磁極検出信号Ｈｄｅｔがローレベルである区間において、ロータ推定位置信号Ｐｅｓｔに電気角オフセットＰｏｓｎを加算することによって、ロータ推定位置信号Ｐｅｓｔを補正する（ステップＳ８３）。この状態で、電気角補正部７は、（式１）に従って評価値Ｅｖａｌを算出し、電気角オフセットＰｏｓｎと評価値Ｅｖａｌとを対応させて保持する（ステップＳ８４）。さらに、電気角補正部７は、ステップＳ８２～Ｓ８４の繰り返し回数がＫ回に達したか否かを判定し（ステップＳ８５）、達していなければ（ステップＳ８５で“ｎｏ”）ステップＳ８２に戻る。Ｋは、繰り返し回数を示す整数である。

こうして、Ｋ個の電気角オフセットＰｏｓｎに対する評価値Ｅｖａｌが保持される。

電気角補正部７は、Ｋ組の電気角オフセットＰｏｓｎと評価値Ｅｖａｌとの関係を多項式で近似する（ステップＳ８６）。この近似は、図５に示したように、二次式による近似でもよい。電気角補正部７は、多項式において最小となる評価値Ｅｖａｌに対応する電気角オフセットＰｏｓｎの値を、適切な電気角オフセットＰｏｓｎと決定する（ステップＳ８７）。

以降、電気角補正部７が適切な電気角オフセットＰｏｓｎを出力することにより、図７に示したように、電源電流値Ａｄｅｔの変動を抑制し、ひいてはトルクリップルを低減することができる。

本実施の形態におけるブラシレスモータ制御装置１４によれば、誘起電圧検出回路、および、高精度・高感度なホールセンサを備える必要がなくなる。このため、ブラシレスモータ制御装置１４を簡易な回路構成にすることができる。また、回路面積、コストを抑制することができる。また、トルクリップルの低減による、回転振動および騒音の低下、軸受けの長寿命化だけでなく、モータ回転中の電流振動が小さくなる。このため、モータに流れる平均電流値を、回路の許容可能な最大値へ更に近づけることができる。よって、これら余裕を確保するために、より大型な回路を搭載する必要がなくなる。例えば、ブラシレスモータ５が冷却ファンに用いられる場合、冷却ファンの更なる小型化・軽量化を図ることができる。

なお、適切な電気角オフセットＰｏｓｎを決定する処理は、図８に限らない。例えば、図９に示す処理によって適切な電気角オフセットＰｏｓｎを決定してもよい。図９は、電気角補正部７における電気角オフセットＰｏｓｎを決定する他の処理例を示すフローチャートである。図９は、図８と比べて、ステップＳ８４、Ｓ８６、Ｓ８７の代わりに、ステップＳ８４ａ、Ｓ８６ａ、Ｓ８７ａを有する点が異なっている。以下、異なる点を中心に説明する。

ステップＳ８４ａにおいて、電気角補正部７は、電源電流値Ａｄｅｔを周波数解析し、電気角オフセットＰｏｓｎと解析結果とを対応させて保持する。

ステップＳ８６ａにおいて、電気角補正部７は、解析結果のうち、予め定められた周波数成分が最小の解析結果を判別する。予め定められた周波数成分は、ロータ磁石の極対数と回転速度から算出してもよい。

ステップＳ８７ａにおいて、電気角補正部７は、最小の解析結果に対応する電気角オフセットＰｏｓｎを適切な電気角オフセットＰｏｓｎと決定する。

ブラシレスモータ制御装置１４におけるブラシレスモータ制御方法について説明する。

図１０は、実施の形態におけるブラシレスモータ制御方法を示すフローチャートである。図１０は、図１に示したブラシレスモータ制御装置１４において、ブラシレスモータの各相の巻き線に対して、駆動電圧を印加するインバータ回路４を用いる、ブラシレスモータ制御方法を示している。

図１のように、ロータ磁極検出部６は、ホールセンサ６ａにより検出された磁極の変化に基づいて、ブラシレスモータ５のロータ位置に対応するデジタルの磁極検出信号Ｈｄｅｔを出力する（ステップＳ１０１）。ロータ位置推定部１１は、ロータ推定位置を電気角で示すロータ推定位置信号Ｐｅｓｔであって、電気角テーブル部１２を参照しつつ、磁極検出信号Ｈｄｅｔのレベルが切り替わる毎に、切り替わり後のレベルに対応して予め定められた電気角を示すロータ推定位置信号Ｐｅｓｔを出力する（ステップＳ１０２）。

また、電流検出部３は、インバータ回路４に供給される電流を電源電流値Ａｄｅｔとして検出し（ステップＳ１１０）、電源電流値Ａｄｅｔの変動に基づいて電気角オフセットＰｏｆｓを決定する（ステップＳ１１１）。

電気角補正部７は、電気角オフセットＰｏｆｓをロータ推定位置信号Ｐｅｓｔが示す電気角に加算することによって、ロータ推定位置信号Ｐｅｓｔを補正する（ステップＳ１０３）。電気角補正部７は、補正後のロータ推定位置信号Ｐｏｓｉを速度推定部１３に出力する（ステップＳ１０４）。

ステップＳ１０１～Ｓ１０４は、それぞれブラシレスモータ５の回転動作中の時間的に継続する処理であり、並行して実行される。これらのステップの各信号は、時系列的な信号であり、並行して出力される。また、ステップＳ１１０およびＳ１１１は、実質的に図８または図９の処理と同じ処理でよく、図８または図９の処理を簡略化して表記している。ステップＳ１１０およびＳ１１１は、図８および図９と同様に、随時実行してもよいし、回転動作の開始直後に実行してもよいし、工場出荷時に実行してもよい。

このように、本実施の形態におけるブラシレスモータ制御装置１４およびブラシレスモータ制御方法では、ホールセンサ６ａにより検出された磁極の変化に基づいてロータ磁極検出部６が出力する、ブラシレスモータ５のロータ位置に対応するデジタルの磁極検出信号Ｈｄｅｔに関して、ローレベル区間だけ、電気角の推定位置に対して、所定の方法で予め定めたオフセットを加算する。これにより、本実施の形態では、ホールセンサ６ａの反応バラツキ（ホール素子のオフセットおよび内部コンパレータのヒステリシス）の影響により、磁極検出信号Ｈｄｅｔが示すハイレベル区間とローレベル区間とが不均等になっている場合でも、ＰＷＭ波形生成部２に入力される、電気角を示す信号であるロータ推定位置信号Ｐｏｓｉは、ロータの位置がどこであっても、回転中、常に真のロータ位置に近い値となる。このため、ブラシレスモータ５に印加される駆動電圧の位相が、ホールセンサ６ａの立上りエッジまたは立下りエッジで、不連続に大きく変化（ジャンプ）することなく、連続的に変化していく。そのため、ブラシレスモータ５の電流波形が綺麗な正弦波形状となり、トルクリップルが低減する。

本実施の形態により、トルクリップルが低減すると、回転振動および騒音の低下、軸受けの長寿命化を図ることができる。また、ブラシレスモータ５の回転中、電源からインバータ回路４への電流振動も小さくなるため、電源から供給される平均電流値を電源回路が許容可能な値（過電流エラーの閾値）へ更に近づけることができる。よって、これら余裕を確保するために、より大型なモータコア、軸受け、回路を搭載する必要がなくなる。また、誘起電圧検出回路、および、高精度なホールセンサを備える必要がなくなる。併せて、センサ位置の高精度な取付けも必要がなくなる。したがって、簡易な回路構成で実現でき、部品コストおよび製造コストを抑制することができる。例えば、冷却ファンでは、小型化・軽量化・低コスト化を図ることができる。

以上のように、本実施の形態におけるブラシレスモータ制御装置１４は、ブラシレスモータ５の各相の巻き線に対して駆動電圧を印加するインバータ回路４と、ホールセンサ６ａにより検出された磁極の変化に基づいて、ブラシレスモータ５のロータ位置に対応する磁極検出信号Ｈｄｅｔを出力するロータ磁極検出部６と、ロータ推定位置を電気角で示すロータ推定位置信号Ｐｅｓｔであって、磁極検出信号Ｈｄｅｔのレベルが切り替わる毎に、切り替わり後のレベルに対応して予め定められた電気角を示すロータ推定位置信号Ｐｅｓｔを出力するロータ位置推定部１１と、インバータ回路４に供給される電流を電源電流値Ａｄｅｔとして検出する電流検出部３と、電源電流値Ａｄｅｔの変動に基づいて電気角オフセットＰｏｆｓを決定し、電気角オフセットＰｏｆｓをロータ推定位置信号Ｐｅｓｔが示す電気角に加算することによって、ロータ推定位置信号Ｐｅｓｔを補正する電気角補正部７とを備える。

これによれば、通常回転時に不必要な部品を追加することなく、ホールセンサ６ａの反応バラツキ、位置ズレに起因した、ロータの検出位置ズレを補正し、電源電流値Ａｄｅｔの変動を抑制することができる。したがって、トルクリップルを低減させることができる。

ここで、電気角補正部７は、ブラシレスモータ５の一定速での回転動作時に電源電流値Ａｄｅｔの分散を評価値Ｅｖａｌとして算出し、評価値Ｅｖａｌの最小値に対応する電気角オフセットＰｏｆｓを決定してもよい。

これによれば、電源電流値Ａｄｅｔの分散を最小にする電気角オフセットＰｏｆｓを決定することができる。

ここで、電気角補正部７は、磁極検出信号Ｈｄｅｔがハイレベルおよびローレベルのうちのいずれか一方のレベルである区間において、ロータ推定位置信号Ｐｅｓｔが示す電気角に電気角オフセットＰｏｆｓを加算してもよい。

これによれば、磁極検出信号Ｈｄｅｔの立上りエッジおよび立下りエッジの一方に対応する電気角を補正することにより、電流変動を低減し、トルクリップルを低減させる。

ここで、電気角補正部７は、ブラシレスモータ５を一定速度で回転動作中に、電気角オフセットＰｏｆｓを漸次増加または減少させながらロータ推定位置信号Ｐｅｓｔを複数回補正し、各電気角オフセットＰｏｆｓに対して電流検出部３が検出した複数の電源電流値の分散を評価値Ｅｖａｌとして保持すると共に、電気角オフセットＰｏｆｓと評価値Ｅｖａｌとの関係を多項式で近似し、この多項式において最小の評価値Ｅｖａｌに対応する電気角オフセットＰｏｆｓを決定してもよい。

これによれば、電気角オフセットＰｏｓｎを、多項式を用いて適切に決定することができる。

ここで、電気角補正部７は、ブラシレスモータ５を一定速度で回転動作中に、電気角オフセットＰｏｆｓを漸次増加または減少させ、各電気角オフセットＰｏｆｓにおける電流検出部３が検出した電源電流値Ａｄｅｔを周波数解析し、予め定められた周波数の成分の最小値に対応する電気角オフセットＰｏｆｓを決定してもよい。

これによれば、電気角オフセットＰｏｓｎを、周波数解析により適切に決定することができる。

また、本実施の形態におけるブラシレスモータ制御方法は、ブラシレスモータ５の各相の巻き線に対して駆動電圧を印加するインバータ回路４を用いるブラシレスモータ制御方法であって、ホールセンサ６ａにより検出された磁極の変化に基づいて、ブラシレスモータ５のロータ位置に対応する磁極検出信号Ｈｄｅｔを出力し、ロータ推定位置を電気角で示すロータ推定位置信号Ｐｅｓｔであって、磁極検出信号Ｈｄｅｔのレベルが切り替わる毎に、切り替わり後のレベルに対応して予め定められた電気角を示すロータ推定位置信号Ｐｅｓｔを出力し、インバータ回路４に供給される電流を電源電流値Ａｄｅｔとして検出し、電源電流値Ａｄｅｔの変動に基づいて電気角オフセットＰｏｆｓを決定し、電気角オフセットＰｏｆｓをロータ推定位置信号Ｐｅｓｔが示す電気角に加算することによってロータ推定位置信号Ｐｅｓｔを補正する。

これにより、通常回転時に不必要な部品を追加することなく、ホールセンサ６ａの反応バラツキ、位置ズレに起因した、ロータの検出位置ズレを補正し、電源電流値Ａｄｅｔの変動を抑制することができる。したがって、トルクリップルを低減させることができる。

本開示のモータ制御装置および方法は、簡単な構成でトルクリップルが低減し、振動を小さくすることが可能となる。したがって、ハイブリッド自動車の電池冷却用ブロアだけでなく、家庭用あるいは産業用のブラシレスモータにも適用でき、特に高効率、低騒音が要求される冷却ファンおよびブロア用モータの制御に好適である。

１ 速度制御部
２ ＰＷＭ波形生成部
３ 電流検出部
４ インバータ回路
５ ブラシレスモータ
６ ロータ磁極検出部
６ａ ホールセンサ
７ 電気角補正部
７ａ 加算器
８ 評価値算出部
９ 電気角オフセット生成部
１０ 電気角オフセット切替部
１０ａ ゼロ発生部
１０ｂ セレクタ
１１ ロータ位置推定部
１２ 電気角テーブル部
１３ 速度推定部
１４ ブラシレスモータ制御装置
ＳＰｒｅｑ 速度指令
＋Ｂ 電源端子
Ａｄｅｔ 電源電流値
Ｄｕｔ ＰＷＭデューティ値
Ｗｐｗｍ ＰＷＭ信号
Ｈｄｅｔ 磁極検出信号
Ｐｅｓｔ ロータ推定位置信号
Ｅｖａｌ 評価値
Ｐｏｓｎ 電気角オフセット
Ｐｏｆｓ 電気角オフセット
Ｐｏｓｉ ロータ推定位置信号
ＳＰｅｓｔ 推定速度

Claims (4)

1. ブラシレスモータの各相の巻き線に対して駆動電圧を印加するインバータ回路と、
   ホールセンサにより検出された磁極の変化に基づいて、前記ブラシレスモータのロータ位置に対応する磁極検出信号を出力するロータ磁極検出部と、
   ロータ推定位置を電気角で示すロータ推定位置信号であって、前記磁極検出信号のレベルが切り替わる毎に、切り替わり後のレベルに対応して予め定められた電気角を示すロータ推定位置信号を出力するロータ位置推定部と、
   前記インバータ回路に供給される電流を電源電流値として検出する電流検出部と、
   前記電源電流値の変動に基づいて電気角オフセットを決定し、前記電気角オフセットを前記ロータ推定位置信号が示す電気角に加算することによって、前記ロータ推定位置信号を補正する電気角補正部と、を備え、
   前記電気角補正部は、前記ブラシレスモータの一定速での回転動作時に前記電源電流値の分散を評価値として算出し、前記評価値の最小値に対応する前記電気角オフセットを決定する、
   ブラシレスモータ制御装置。
2. ブラシレスモータの各相の巻き線に対して駆動電圧を印加するインバータ回路と、
   ホールセンサにより検出された磁極の変化に基づいて、前記ブラシレスモータのロータ位置に対応する磁極検出信号を出力するロータ磁極検出部と、
   ロータ推定位置を電気角で示すロータ推定位置信号であって、前記磁極検出信号のレベルが切り替わる毎に、切り替わり後のレベルに対応して予め定められた電気角を示すロータ推定位置信号を出力するロータ位置推定部と、
   前記インバータ回路に供給される電流を電源電流値として検出する電流検出部と、
   前記電源電流値の変動に基づいて電気角オフセットを決定し、前記電気角オフセットを前記ロータ推定位置信号が示す電気角に加算することによって、前記ロータ推定位置信号を補正する電気角補正部と、を備え、
   前記電気角補正部は、前記磁極検出信号がハイレベルおよびローレベルのうちのいずれか一方のレベルである区間において、前記ロータ推定位置信号が示す電気角に前記電気角オフセットを加算する、
   ブラシレスモータ制御装置。
3. ブラシレスモータの各相の巻き線に対して駆動電圧を印加するインバータ回路と、
   ホールセンサにより検出された磁極の変化に基づいて、前記ブラシレスモータのロータ位置に対応する磁極検出信号を出力するロータ磁極検出部と、
   ロータ推定位置を電気角で示すロータ推定位置信号であって、前記磁極検出信号のレベルが切り替わる毎に、切り替わり後のレベルに対応して予め定められた電気角を示すロータ推定位置信号を出力するロータ位置推定部と、
   前記インバータ回路に供給される電流を電源電流値として検出する電流検出部と、
   前記電源電流値の変動に基づいて電気角オフセットを決定し、前記電気角オフセットを前記ロータ推定位置信号が示す電気角に加算することによって、前記ロータ推定位置信号を補正する電気角補正部と、を備え、
   前記電気角補正部は、前記ブラシレスモータを一定速度で回転動作中に、前記電気角オフセットを漸次増加または減少させながら前記ロータ推定位置信号を複数回補正し、各電気角オフセットに対して前記電流検出部が検出した複数の電源電流値の分散を評価値として保持すると共に、前記電気角オフセットと前記評価値との関係を多項式で近似し、前記多項式において最小の前記評価値に対応する前記電気角オフセットを決定する、
   ブラシレスモータ制御装置。
4. ブラシレスモータの各相の巻き線に対して駆動電圧を印加するインバータ回路と、
   ホールセンサにより検出された磁極の変化に基づいて、前記ブラシレスモータのロータ位置に対応する磁極検出信号を出力するロータ磁極検出部と、
   ロータ推定位置を電気角で示すロータ推定位置信号であって、前記磁極検出信号のレベルが切り替わる毎に、切り替わり後のレベルに対応して予め定められた電気角を示すロータ推定位置信号を出力するロータ位置推定部と、
   前記インバータ回路に供給される電流を電源電流値として検出する電流検出部と、
   前記電源電流値の変動に基づいて電気角オフセットを決定し、前記電気角オフセットを前記ロータ推定位置信号が示す電気角に加算することによって、前記ロータ推定位置信号を補正する電気角補正部と、を備え、
   前記電気角補正部は、前記ブラシレスモータを一定速度で回転動作中に、前記電気角オフセットを漸次増加または減少させ、各電気角オフセットにおける前記電流検出部が検出した電源電流値を周波数解析し、予め定められた周波数の成分の最小値に対応する前記電気角オフセットを決定する、
   ブラシレスモータ制御装置。

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