JP6281115B2 - モータ駆動方法、モータ駆動装置およびブラシレスモータ - Google Patents

Description

本発明は、モータの電源ラインに例えば大きなノイズなどが印加されて電源電圧が上昇し過電圧となった場合にその過電圧による影響を抑制するようにモータを駆動するモータ駆動方法、モータ駆動装置およびブラシレスモータに関する。

自動車などは、搭載したバッテリが搭載機器の電源となる。車両は多くの機器を搭載しており、例えば走行中にはこれらの機器が状況に応じて動作する。このため、車載バッテリの電源電圧は一般の電気機器の電源に比べて大きく変動する。さらに、エンジン駆動中に何らかの原因で車載バッテリが遮断されると、ロードダンプと呼ばれる過渡現象が生じ、電源ラインに高電圧が発生することが知られている。

このため、従来、車載バッテリの電源ラインに重畳したサージなどの過電圧から車載の機器を保護する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このような従来の技術は、電源ラインにサージが発生した場合に、サージが所定電圧以上の間、制御手段がブロアモータ回路を通電状態に制御するように構成されている。これによって、サージがブロアモータ回路に流れて吸収される。従来の技術は、このような手法によって、サージ吸収回路の負担やサージ吸収素子数の低減を図っている。

しかしながら、上述した従来の技術は、ブロアモータ停止時にサージが発生した場合、ブロアモータを通電駆動して動作させ、ブロアモータにサージエネルギを吸収させる構成である。

また、特許文献２には、過電圧が印加されたことを検出すると、モータを最大出力条件で回転駆動させて電力を消費させる技術が開示されている。
また、特許文献３には、過電圧が印加されたことを検出すると、通常、回転速度に適した位相の通電タイミングになるように調整し、モータの回転効率を上げる目的である進角量を、逆に効率を低下させ、巻線を通電する電流量が多くなるように変更して巻線を通電駆動させる技術が開示されている。

特開平１１−５９１５９号公報 特開２０００−６９７８６号公報 国際公開第２０１２／１４７２６４号

しかしながら、特許文献１に記載の従来の技術では、ブロアモータを通電駆動しているときにサージが発生した場合、通電駆動によるサージエネルギの吸収以上に、サージエネルギを吸収できないという技術課題があると同時に、部品の追加が必要であり、製品価格を上昇させてしまうという課題がある。

また、特許文献２に記載の従来の構成では、ハイブリッド車や電気自動車におけるバッテリーを冷却する目的のブロアモータ等、車室内の人の居住スペース付近に設置される機器の場合、静粛性が要求されるため、モータを最大出力条件で回転させて電力を消費させる構成のため、過大な騒音と同時に、必要以上に電力が消費され、バッテリー容量の低下
や、バッテリーの寿命を加速させてしまうという課題がある。

また、特許文献３に記載の従来の構成では、特にバッテリーを冷却する目的のブロアモータ等における低速回転等、そもそも消費電力の少ない回転数で使用する場合、サージエネルギによる電荷の蓄積の大きさに対して、進角量の変更だけでは電流量が足りない場合があり、本来の目的である過電圧の回避を達成できないという機能的な課題と、進角量の変更幅に比例して電流量も大きくなるが、それに伴い、騒音も大きくなり、発せられる音がジジジジという不自然な音であるため、特に車室内に設置されブロアモータの場合、人に対する不快感を与えてしまうという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ロードダンプでのサージエネルギーを吸収できる必要最低限の電流消費量が得られる回転数に変更することで送風に伴う騒音を最小化し、また、更に回転数を略一定に保つことで、送風に伴う騒音の変動を抑制出来るため、静粛性を保ちながら過電圧を抑制でき、かつ、回転数を増やす期間を所定の期間に限定することにより、上位の制御装置側での異常検出猶予時間を過ぎる前に回転数を戻すため、異常検出されることがなく、車両システムとして安定した動作を実現できるモータ駆動方法、モータ駆動装置およびブラシレスモータを提供することを目的とする。

前述の本発明のモータ駆動方法は、巻線を巻回したステータとステータに対向して回転自在に配置されたロータとを含むモータにおいて、所定の指令回転数に従って巻線を通電駆動してロータを回転させる。また、モータに供給される電源電圧が所定の電圧を超えるかどうかを判定し、所定の電圧を超えたと判定すると、巻線を通電する電流量が多くなるように、所定の期間、所定の回転数まで回転数を増加して、巻線を通電駆動する。

これにより、電源電圧が例えばノイズなどの影響で上昇して所定の電圧を超えるような過電圧となったとき、モータは回転数の増加により、電流消費量を多くして電圧上昇した過電圧のエネルギを吸収し、これによって、電源ラインの電圧上昇を抑制できる。

また、本発明のモータ駆動方法は、実回転数を示す実回転数信号を外部の上位器に通知し、外部の上位器は、指令回転数通りに駆動していることを監視するために、当該モータ駆動方法に通知した指令回転数と当該モータ駆動方法から通知された実回転数を比較する。例えば、出力した回転数の前後に所定の幅を持たせた正常駆動範囲を設定し、当該正常駆動範囲に入らない状態が所定の期間連続したとき異常として検出し、操作者または上位システムに伝達する。本発明のモータ駆動方法は、外部の上位器における異常検出の猶予期間を連続して超えない範囲で回転数を変更するため、当該モータ駆動方法の異常検出を回避することができる。

さらに、本発明のモータ駆動装置は、上述のモータ駆動方法を実行する機能を備えた構成である。

この構成により、電源ラインから供給される電源電圧の電圧上昇を抑制する機能を備えたモータ駆動装置を実現できる。
さらに、本発明のブラシレスモータは、上述のモータ駆動装置を内蔵または一体化した構成である。
この構成により、電源ラインから供給される電源電圧の電圧上昇を抑制する機能を備えたブラシレスモータを実現できる。

以上のように、本発明のモータ駆動方法、モータ駆動装置およびブラシレスモータによ
れば、例えばノイズなどの影響によって電源電圧が過電圧となったとき、巻線を通電する電流量が過電圧を解消するために必要な最小限の電流量となるように回転数を変更して動作する。このため、モータの通電駆動中において発生した電源ラインの電圧上昇を抑制し、安定した電源環境での動作を可能とし、必要最小限の電流量とするため、バッテリの容量低下を必要最小限に抑えることができる。

また、本発明のモータ駆動方法、モータ駆動装置およびブラシレスモータは、通常、例えば、上位器から通知される指令回転数に基づいてモータを駆動し、モータの実回転数を上位器へ通知する構成であって、上位器において指令回転数と実回転数が異なることを検出する異常検出の猶予期間を超えない所定の期間内に、回転数を指令回転数に戻すため、回転数の変更による異常検出が行われず、車両システムとしての安定性が確保できる。

また、モータの駆動においても電圧上昇の抑制に必要な最小限の回転数に変更するため、モータの駆動に伴う騒音を最小限に抑制できるとともに、前記所定の期間内に前記指令回転数に戻した後、再び、電圧上昇により回転数を変更することを繰り返したとしても、変更する回転数が必要最小限の電流量となる低い回転数であり、初期の前記指令回転数と変更後の回転数の差異が最小となり、回転数の変動による騒音の変動、つまり、音のうねりを最小化することができるため、車室内の人の居住スペースに設置される場合でも、モータに起因する騒音によって人が感じる不快感を軽減することができる。
また、電源電圧の測定、前記所定の期間の時間計測、および、回転数の増減の制御といった従来のモータ駆動方法において従来部品の構成で実現できるため、特殊な部品の追加を必要とせず、製品価格の上昇がないモータ駆動方法、モータ駆動装置およびブラシレスモータを提供できる。

本発明の実施の形態１におけるブラシレスモータの構造を示す図 本発明の実施の形態２におけるモータ駆動装置のブロック図

以下、本発明の実施の形態におけるモータ駆動方法、モータ駆動装置およびブラシレスモータについて図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態１におけるブラシレスモータ１０の構造を示す図である。本実施の形態では、ロータがステータの内周側に回転自在に配置されたインナロータ型のブラシレスモータの例を挙げて説明する。本実施の形態のブラシレスモータは、複数相の巻線を有しており、各相がパルス幅変調（以下、適宜、ＰＷＭと呼ぶ）された信号で駆動されて回転する。

図１に示すように、ブラシレスモータ１０は、ステータ１１、ロータ１２、回路基板１３およびモータケース１４を備えている。モータケース１４は密封された円筒形状の金属で形成されており、ブラシレスモータ１０は、このようなモータケース１４内にステータ１１、ロータ１２および回路基板１３を収納した構成である。モータケース１４は、ケース本体１４ａとケース蓋１４ｂとで構成され、ケース本体１４ａにケース蓋１４ｂを装着することで略密封されたモータケース１４となる。

図１において、ステータ１１は、ステータ鉄心１５に相ごとの巻線１６を巻回して構成される。本実施の形態では、互いに１２０度位相が異なるＵ相、Ｖ相、Ｗ相とする３つの相に区分した巻線１６をステータ鉄心１５に巻回した一例を挙げて説明する。ステータ鉄心１５は、内周側に突出した複数の突極を有している。また、ステータ鉄心１５の外周側は概略円筒形状であり、その外周がケース本体１４ａに固定されている。

ステータ１１の内側には、空隙を介してロータ１２が挿入されている。ロータ１２は、ロータフレーム１７の外周に円筒形状の永久磁石１８を保持し、軸受１９で支持された回転軸２０を中心に回転自在に配置される。すなわち、ステータ鉄心１５の突極の先端面と永久磁石１８の外周面とが対向するように配置されている。

さらに、このブラシレスモータ１０には、各種の回路部品３１を実装した回路基板１３がモータケース１４の内部に内蔵されている。これら回路部品３１によって、モータを制御や駆動するためのモータ駆動装置が構成される。

また、回路基板１３には、ロータ１２の回転位置を検出するために、ホール素子などによる位置検出センサ３８も実装されている。ステータ鉄心１５には支持部材２１が装着されており、回路基板１３は、この支持部材２１を介してモータケース１４内に固定される。そして、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれの巻線１６の端部が引出線１６ａとしてステータ１１から引き出されており、回路基板１３にそれぞれの引出線１６ａが接続されている。

このような構成とするため、まず、ステータ１１をケース本体１４ａの内部に挿入してケース本体１４ａの内面に固定し、次にロータ１２、回路基板１３をケース本体１４ａの内部に収納した後、ケース蓋１４ｂをケース本体１４ａに固着する。このような手順で、位置検出センサやモータ駆動装置を内蔵したブラシレスモータ１０が形成される。なお、ブラシレスモータ１０がモータ駆動装置を一体化した構成であってもよい。

特に、モータケース１４を金属製とすることによりシールド効果があるため、回路基板１３やステータ１１などから外部に放射される電磁ノイズを抑制できる。また、ステータ鉄心１５をケース本体１４ａに直接固定した構成であるため、ステータ１１で生じた熱を金属製のモータケース１４を介して外部に放熱できる。

以上のように構成されたブラシレスモータ１０に対して、外部から電源電圧や制御信号を供給することにより、回路基板１３のモータ駆動装置によって巻線１６に駆動電流が流れ、ステータ鉄心１５から磁界が発生する。そして、ステータ鉄心１５からの磁界と永久磁石１８からの磁界とにより、それら磁界の極性に応じて吸引力および反発力が生じ、これらの力によって回転軸２０を中心にロータ１２が回転する。

次に、回路基板１３上に実装された位置検出センサ３８や回路部品３１により構成された本実施の形態のモータ駆動装置について説明する。

図２は、本実施の形態におけるブラシレスモータ１０のモータ駆動装置４０のブロック図である。

モータ駆動装置４０は、３つの相にそれぞれ対応する位置検出センサ３８とともに、回転制御部４１、インバータ４２、回転位置検出部４３、電圧測定部５１および過電圧判定部５２を備える。また、モータ駆動装置４０の各回路を動作させるため、電源ラインＰｗから電源端子５０に電源電圧Ｖｃｃが供給される。例えば、車両の場合には、車載されたバッテリから電源ラインＰｗを介して電源電圧Ｖｃｃが供給される。また、モータ駆動装置４０には、例えば外部の上位器などから、各種の指令や制御信号Ｃｎｔとともに、指令回転数や指令速度として例えば１分間あたりの回転数（ｒｐｍ）を指令する回転指令信号Ｒｒが通知される。

回転指令信号Ｒｒは、回転制御部４１に通知される。また、回転制御部４１には、検出回転数として、回転位置検出部４３で生成された検出速度信号Ｒｖが通知される。本実施
の形態では、ロータ１２の回転位置を検出し、検出した位置情報に基づいて検出速度信号Ｒｖを生成する一例を挙げている。回転制御部４１は、検出速度信号Ｒｖから実回転数や実速度として例えば１分間あたりの回転数（ｒｐｍ）を示す実回転数信号Ｒｖｏを上位器などに通知すると共に、回転指令信号Ｒｒと検出速度信号Ｒｖとに基づき、巻線１６への駆動量を示す図示しない回転制御信号を生成し、生成した回転制御信号から巻線１６を駆動するための図示しない波形信号を相ごとに生成し、生成した波形信号を変調信号として、それぞれについて駆動パルス信号Ｐｄを生成する。

具体的には、回転位置検出部４３は、位置検出センサ３８からの位置センサ信号Ｄｅｔによる位置情報に対して例えば微分演算などを行い、ロータ１２の回転速度を算出して検出速度信号Ｒｖとして出力している。回転制御部４１は、指令回転数を示す回転指令信号Ｒｒと、回転位置検出部４３が算出した検出回転数を示す検出速度信号Ｒｖとの偏差を求める。

そして、回転制御部４１は、指令回転数に従った実速度で回転するように、偏差に応じたトルク量を示す回転制御信号を生成する。回転制御部４１は、生成した回転制御信号から、巻線１６を駆動するための波形信号を相ごとに生成する。巻線１６を正弦波駆動する場合には波形信号は正弦波信号であり、巻線１６を矩形波駆動する場合には波形信号は矩形波信号である。また、波形信号の振幅は、前記回転制御信号に応じて決定される。そして、相ごとに生成された波形信号を変調信号として、それぞれにパルス幅変調（ＰＷＭ）を行う。このように前記波形信号でパルス幅変調したパルス列の信号である駆動パルス信号Ｐｄを、インバータ４２に供給する。

インバータ４２は、駆動パルス信号Ｐｄに基づいて、相ごとに巻線１６への通電を行い、巻線１６を駆動する。インバータ４２は、電源の正極側に接続されたスイッチ素子と負極側に接続されたスイッチ素子とを、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれに備えている。また、正極側と負極側との両スイッチ素子の反電源側は互いに接続されており、この接続部がインバータ４２から巻線１６を駆動する駆動出力端部となる。

Ｕ相の駆動出力端部Ｕｏは巻線１６Ｕに、Ｖ相の駆動出力端部Ｖｏは巻線１６Ｖに、そして、Ｗ相の駆動出力端部Ｗｏは巻線１６Ｗに、それぞれ引出線１６ａを介して接続される。そして、それぞれの相において、駆動パルス信号Ｐｄによりスイッチ素子がオンオフされると、電源からオンのスイッチ素子を介し、駆動出力端部から巻線１６に駆動電流が流れる。ここで、駆動パルス信号Ｐｄは波形信号をパルス幅変調した信号であるため、各スイッチ素子がこのようにオンオフされることにより、波形信号に応じた駆動電流でそれぞれの巻線１６が通電される。

以上のような構成により、回転指令信号Ｒｒに従ってロータ１２の回転数を制御するフィードバック制御ループが形成される。すなわち、本実施の形態では、指令回転数に追従してロータ１２が回転するようにフィードバック制御して、ロータ１２を回転させている。

次に、検出速度信号Ｒｖを生成するための構成について説明する。
まず、回路基板１３上に実装された位置検出センサ３８は、回転するロータ１２の永久磁石１８の磁極変化を検出し、位置センサ信号Ｄｅｔとして出力する。位置センサ信号Ｄｅｔは、回転位置検出部４３に供給される。

回転位置検出部４３は、上述したように位置センサ信号Ｄｅｔを用いて検出速度信号Ｒｖを生成し、回転制御部４１に供給する。

本実施の形態では、電源電圧Ｖｃｃに基づいてモータの回転数を変更するような構成としている。このような構成とするため、本実施の形態では、電圧測定部５１と過電圧判定部５２とを備えている。

電圧測定部５１は、電源端子５０に供給される電源電圧Ｖｃｃの電圧値を測定し、測定した電源電圧値Ｖｔを過電圧判定部５２に通知する。過電圧判定部５２は、供給される電源電圧Ｖｃｃが所定の電圧を超える過電圧かどうかを判定し、判定結果を過電圧判定信号Ｖｏｖとして回転制御部４１に通知する。過電圧判定部５２は、このような動作を行うため、例えば所定の電圧値である閾値電圧Ｖｔｈを保持している。そして、電圧測定部５１からの電源電圧値Ｖｔが閾値電圧Ｖｔｈを超える電圧値になると過電圧と判定し、電源電圧値Ｖｔが閾値電圧Ｖｔｈを超えない電圧値のときには過電圧ではないと判定し、この判定に基づく過電圧判定信号Ｖｏｖを出力する。

回転制御部４１は、過電圧判定信号Ｖｏｖにおいて過電圧と判定されていないときには、通常運転として、回転指令信号Ｐｒに基づく駆動パルス信号Ｐｄをインバータ４２に供給する。

また、回転制御部４１は、過電圧判定信号Ｖｏｖにおいて過電圧と判定されると、巻線１６を通電する電流量がより多くなるような図示しない回転数Ｒｒｃに基づく駆動パルス信号Ｐｄをインバータ４２に供給する。

また、モータ駆動装置４０に接続される上位器は、モータ駆動装置４０へ通知した回転指令信号Ｒｒと、モータ駆動装置４０から通知された実回転数信号Ｒｖｏとの差異が所定の範囲内であれば、モータ駆動装置４０が正常に稼働していると判定し、異常と判定する所定の異常検出猶予期間の間、連続して前記所定の範囲を外れると、異常として検出する。異常検出した場合は、例えば、異常監視装置等の上位システムへの異常の通知、または、操作者へ異常を通知するための警告表示等を行う。

そこで、本実施の形態におけるモータ駆動装置４０は、過電圧判定部５２が過電圧と判定したとき、巻線１６を通電する電流量がより多くなるような回転数Ｒｒｃに変更するが、前記異常検出猶予期間内に、指令回転数を示す回転指令信号Ｒｒに戻す構成としている。このような構成をとるため、本実施の形態では、タイマ５３を備えている。

回転制御部４１は、回転数Ｒｒｃに基づく駆動に変更するとタイマ５３に時間計測開始信号Ｔｓを通知する。タイマ５３は、時間計測開始信号Ｔｓが通知されると、時間の計測を開始し、所定の期間を満了すると、時間計測が満了したことを示す時間計測期間満了信号Ｔｆを回転制御部４１へ通知する。回転制御部４１は、時間計測期間満了信号Ｔｆが通知されると、回転数Ｒｒｃに基づく駆動から、回転指令信号Ｒｒに基づく駆動に切り替える。

モータ駆動装置４０は、以上説明したように、過電圧判定部５２が過電圧と判定すると、巻線１６を通電する電流量が多くなるような回転数Ｒｒｃに基づく駆動パルス信号Ｐｄをインバータ４２に供給し、所定の期間満了後、上位器からの回転指令信号Ｒｒに基づく駆動パルス信号Ｐｄをインバータ４２に供給する構成を備えている。

本実施の形態では、モータ駆動装置４０がこのような構成を備えているため、例えば電源ラインにサージやノイズが重畳して電源ラインのコンデンサが充電され電源電圧Ｖｃｃが過電圧となったとき、サージなどによって生じた過電圧のエネルギを十分に吸収できる必要最小限の電流量が消費できる回転数Ｒｒｃへ変更する。これにより、必要最小限の電流消費量で電源ラインＰｗの電圧上昇を抑制し、サージやノイズなどの影響による電源電
圧Ｖｃｃの変動を低減し、ブラシレスモータ１０の安定な動作とともに、電源ラインＰｗに接続された他の電気機器の安定な動作をも確保している。また、モータの回転数を必要最小限とし、騒音が少なく高い静粛性が得られるため、車室内等の人の居住スペースへの設置に好適な動作を実現できる。

なお、本実施の形態では、電圧測定部５１は、電源端子５０に供給される電源電圧Ｖｃｃの電圧値を測定し、測定した電源電圧値Ｖｔを過電圧判定部５２に通知する構成としたが、電源電圧値Ｖｔを回転制御部４１にも通知する構成とし、回転制御部４１は、過電圧判定部５２から過電圧判定信号Ｖｏｖにおいて過電圧と判定された時点での電圧値Ｖｔと、モータの回転を、回転指令信号Ｒｒから回転数Ｒｒｃに切替えて回転が安定するまでの所定の時間経過後の図示しない電圧値Ｖｔ２とを比較し、依然として電圧値Ｖｔ２が電圧値Ｖｔを上回っているときは電源電圧Ｖｃｃの電圧値が上昇しており、回転数の増加による電流消費量の増加量が不足していると判断する。

例えば回転制御部４１は、図示しない所定の回転数増加量Ｒｒｉを保持しており、モータの回転を、回転数Ｒｒｃに加算した回転数Ｒｒｃ＋Ｒｒｉに変更して駆動する。同様に現在の電圧値が前回の電圧値を上回る場合は、現在の回転数に対して回転数Ｒｒｉを加算することを繰り返して段階的に回転数の増加による電流消費量の増加を行い、確実に過電圧を解消できる構成としても良い。このような構成とすることにより、例えばサージエネルギ等による電源電圧Ｖｃｃの電圧上昇が大きい場合でも柔軟に回転数の増加による電流消費量の増加を行うことができ、確実に過電圧を解消することができる。

また、現在の電圧値が前回の電圧値を下回ったときは、現在の回転数を、過電圧の解消に必要な電流消費量を確保できる図示しない回転数Ｒｒｌとして保持し、次回以降、過電圧と判定されたとき、最初に適用する変更回転数として、回転数Ｒｒｃではなく、最後に保持したＲｒｌを採用するとしても良い。

このような構成とすることにより、例えばバッテリ外れによるロードダンプによるサージエネルギのように、外れ方が同様で、一度発生すると車両の振動等により、同様の電圧上昇を繰り返す場合、過去の発生状況から過電圧を解消できる最適な回転数を保持し、過電圧と判定された時、その回転数から回転数の変更を開始することにより、過電圧を解消するまでの時間を短縮することができる。

また、本実施の形態では、電圧測定部５１は、電源端子５０に供給される電源電圧Ｖｃｃの電圧値を測定し、測定した電源電圧値Ｖｔを過電圧判定部５２に通知する構成としたが、電源電圧値Ｖｔを回転制御部４１にも通知する構成とし、回転制御部４１は、起動後、または、過電圧かどうかを判定するための前記所定の電圧値である閾値電圧Ｖｔｈよりも低い所定の電圧値である図示しないＶｔｈ２を超えたとき、所定の時間間隔ΔＴで電源電圧値Ｖｔを保持する構成とし、所定の時間間隔ΔＴのタイミングで通知された図示しない電源電圧値Ｖｔ２と、前回通知され保持した図示しない電源電圧値Ｖｔ１との差Ｖｔ２−Ｖｔ１の結果を、前記所定の時間間隔ΔＴで除算した結果（Ｖｔ２−Ｖｔ１）／ΔＴとして、単位時間当たりの電圧上昇率を求める。この電圧上昇率が負の値の場合は、電圧が下降していることを示すため、これ以降の処理は行わない。電圧上昇率が正の値の場合は、過電圧を解消するための変更回転数として、
例えば、電圧上昇率が大きい方から３つのグループに分け、１つめのグループは、電流消費量が大きい回転数として所定の回転数Ｒｔｂｌ１を割り当て、３つめのグループは、電流消費量が少ない回転数として前記回転数Ｒｔｂｌ１よりも小さい所定の回転数Ｒｔｂｌ３を割り当て、２つめのグループは、前記回転数Ｒｔｂｌ１よりも小さく、前記回転数Ｒｔｂｌ３よりも大きい電流消費量となる回転数Ｒｔｂｌ２を割り当て、予め電圧上昇率の大きさに応じた回転数テーブルとして保持する。

回転制御部４１は、前記電圧上昇率に当てはまるグループを検索し、検索されたグループに対応して予め保持している前記回転数Ｒｔｂｌ１〜回転数Ｒｔｂｌ３のいずれか１つを選択し、過電圧判定部５２において過電圧と判定されたとき、モータの回転を、回転指令信号Ｒｒから、前記回転数テーブルのうち、最後に選択された前記回転数Ｒｔｂｌ１〜回転数Ｒｔｂｌ３のいずれか１つに切替えて駆動する構成としても良い。

このような構成とすることにより、過電圧と判定された直後、電圧の上昇度合いに見合った電流消費量となる最適な回転数で駆動することが出来るため、電圧上昇率が高い場合は、大きめの電流消費量で短時間に過電圧を解消し、電圧上昇率が低い場合は、電流消費量、回転数共に小さめで確実に過電圧を解消するとともに、低騒音で静粛性の高い動作を行うことができる。

また、ここでは、回転制御部４１は、起動後、または、過電圧かどうかを判定するための前記所定の電圧値である閾値電圧Ｖｔｈよりも低い所定の電圧値である図示しないＶｔｈ２を超えたとき、電源電圧値Ｖｔを保持する構成としたが、閾値電圧Ｖｔｈを超える直前、または、前記所定の電圧値である閾値電圧Ｖｔｈを超えた直後に行う構成としても良い。

また、ここでは、電圧上昇率を、単位時間当たりの電圧上昇率（Ｖｔ２−Ｖｔ１）／ΔＴとしたが、閾値電圧Ｖｔｈを超えた直後の電圧Ｖｔ４と、閾値電圧Ｖｔｈを超えた直後から所定の時間Ｔ３経過後の電圧Ｖｔ３から、電圧上昇率（Ｖｔ３−Ｖｔ４）／Ｔ３から電圧上昇率を求める構成としても良い。
また、本実施の形態では、モータ駆動装置４０は、過電圧判定部５２が過電圧と判定した時点で、回転数Ｒｒｃに変更し、前記異常検出猶予期間内に回転指令信号Ｒｒに戻す構成としているが、前記異常検出猶予期間内に回転指令信号Ｒｒに戻すことを行わず、回転数Ｒｒｃに変更している間、実際に回転している回転数とは異なる指令回転数Ｒｒを実回転数を示す実回転数信号Ｒｖｏとして上位器などに通知する構成としても良い。

このような構成をとるため、本実施の形態における回転制御部４１は、指令回転数Ｒｒと異なる回転数でモータを駆動している間、指令回転数Ｒｒを実回転数を示す実回転数信号Ｒｖｏとして上位器などに通知する構成としても良い。

このような構成をとることによって、過電圧と判定されている間、指令回転数Ｒｒと異なる回転数でモータを駆動したとしても、上位器での異常検出が行われることのない安定した車両システムを構成することができる。また、過電圧と判定されている間に、モータの回転を指令回転数Ｒｒに戻して駆動することがないため、モータの回転の変動が少なく、騒音を低く抑えることができる。

また、本実施の形態では、モータ駆動装置４０は、電圧測定部５１からの電源電圧値Ｖｔが閾値電圧Ｖｔｈを超えると、過電圧と判定し、この判定に基づく過電圧判定信号Ｖｏｖを出力する構成としているが、更に、電圧測定部５１からの電源電圧値Ｖｔが閾値電圧Ｖｔｈよりも大きい所定の電圧を超える電圧値になると、インバータ４２を構成する、例えば、電流の流れを切り替えることによって巻線１６への通電を制御するためのスイッチング素子などの電子部品を過剰電圧による破壊から防ぐための保護過電圧と判断しモータの駆動を停止する。

過電圧判定部５２は、このような動作を行うため、例えば所定の電圧値である閾値電圧Ｖｔｈよりも大きい図示しない第２の閾値電圧Ｖｔｈ２を保持している。過電圧判定部５２は、電圧測定部５１からの電源電圧値Ｖｔが第２の閾値電圧Ｖｔｈ２を超える電圧値に
なると、保護過電圧と判定し、電源電圧値Ｖｔが第２の閾値電圧Ｖｔｈ２を超えない電圧値のときには保護過電圧ではないと判定し、この判定に基づく過電圧判定信号Ｖｏｖを出力する。

回転制御部４１は、過電圧判定信号Ｖｏｖにおいて保護過電圧と判定されると、インバータ４２への駆動パルス信号Ｐｄの供給を停止する。このような構成をとることにより、インバータ４２を構成する前記スイッチング素子などを、それが耐えうる電圧以上の電圧が印加された状態でのモータ駆動をしないことによって、電気的破壊から保護できる構成としている。

また、本実施の形態では、過電圧判定部５２は、供給される電源電圧Ｖｃｃが所定の電圧を超える過電圧かどうかを判定し、判定結果を過電圧判定信号Ｖｏｖとして回転制御部４１に通知し、所定の電圧を超えない電圧値のときには過電圧ではないと判定し、この判定に基づく過電圧判定信号Ｖｏｖを出力するが、過電圧でないと判定するための前記所定の電圧を、前記所定の電圧よりも低い第３の所定の電圧とすることにより、過電圧であると判定する前記所定の電圧と、過電圧でないと判定する第３の所定の電圧との間にヒステリシスを設けることによって、前記所定の電圧前後で電圧値が上下する場合であっても、回転数の変動がなく安定したモータの駆動を可能とする構成とすることができる。

過電圧判定部５２は、このような動作を行うため、例えば閾値電圧Ｖｔｈよりも低い前記第３の所定の電圧値である図示しない閾値電圧Ｖｔｈ３を保持している。過電圧判定部５２は、電圧測定部５１からの電源電圧値Ｖｔが閾値電圧Ｖｔｈを超える電圧値になると、過電圧と判定し、電源電圧値Ｖｔが閾値電圧Ｖｔｈを超えない電圧値のときではなく、閾値電圧Ｖｔｈ３を超えない電圧値のときに過電圧ではないと判定し、この判定に基づく過電圧判定信号Ｖｏｖを出力する。

このような構成をとることにより、過電圧判定部５２は、電圧測定部５１からの電源電圧値Ｖｔが閾値電圧Ｖｔｈを超える電圧値になり、過電圧と判定したあと、回転制御部４１が、指令回転数Ｒｒよりも多い回転数に変更することによって、電流消費量が多くなり、電源電圧値Ｖｔが低下したとしても閾値電圧Ｖｔｈ３と同じまたはそれ以下の電圧値になるまで指令回転数Ｒｒに戻してモータ駆動することを行わない。これにより、電圧測定部５１からの電源電圧値Ｖｔが閾値電圧Ｖｔｈを短期間に上下するような電圧変動があったとしても、回転数の変動が少なく、騒音の低いモータ駆動を実現できる構成としている。

また、本実施の形態では、過電圧判定部５２が過電圧と判定し、回転制御部４１は指令回転数Ｒｒよりも多い回転数に増やすことによって電流消費量を増やし、過電圧を解消する構成としているが、回転数を増やしたときの制限値となる最大回転数Ｒｍａｘを設定しておくことが好ましい。すなわち、増加させた後の回転数が最大回転数Ｒｍａｘｗｏ超えるとき、回転数を最大回転数Ｒｍａｘに制限するような処理も加えればよい。

また、本モータ駆動装置を実現する具体的な一つの手法として、例えば回路基板１３にマイコンを搭載してモータ駆動装置４０の機能をプログラムとして組み込み、本モータ駆動方法の各ステップの処理を実行するよう構成すればよい。このように構成することで、例えば、本モータ駆動装置を含む処理をより柔軟に実行することができる。
以上、モータ駆動装置４０の例を挙げて説明したが、同様の機能を実行するようなモータ駆動方法を備えた構成であってもよい。

そして、本発明のブラシレスモータは、上述のモータ駆動装置を内蔵または一体化した構成である。
本発明はこのような構成によって、電源電圧が例えばサージやノイズなどの影響で上昇して所定の電圧を超えるような過電圧となったとき、所定の回転数に、または、所定の回転数まで段階的に回転数を増加して電流量を多くする。そして、この動作によって電圧上昇した過電圧のエネルギを吸収している。また、上位器が指令回転数と、実際の実回転数とを比較し、所定の期間、連続して指令回転数と実回転数が異なるとき異常を検出する構成をとるとき、前記所定の期間内に、初期の指令回転数に戻すことによって、上位器の異常検出を回避することができる。したがって、本発明によれば、最小限の電流消費量で電源ラインの電圧上昇を抑制でき、不安定な電源環境での安定動作と静粛性の高い動作を可能としたモータ駆動方法、モータ駆動装置およびブラシレスモータを提供できる。

本発明のモータ駆動方法、モータ駆動装置およびブラシレスモータは、通電駆動中において発生した電源ラインの電圧上昇を抑制し、不安定な電源環境での安定動作を可能にできるため、電気機器に使用されるモータに有用であり、特に、電源電圧の変動が激しい車載用として利用することが好適である。また、高い静粛性が得られるため、車室内等の人の居住スペースへの設置にも適している。

１０ ブラシレスモータ
１１ ステータ
１２ ロータ
１３ 回路基板
１４ モータケース
１４ａ ケース本体
１４ｂ ケース蓋
１５ ステータ鉄心
１６、１６Ｕ、１６Ｖ、１６Ｗ 巻線
１６ａ 引出線
１７ ロータフレーム
１８ 永久磁石
１９ 軸受
２０ 回転軸
２１ 支持部材
３１ 回路部品
３８ 位置検出センサ
４０ モータ駆動装置
４１ 回転制御部
４２ インバータ
４３ 回転位置検出部
５０ 電源端子
５１ 電圧測定部
５２ 過電圧判定部
５３ タイマ

Claims (8)

1. 巻線を巻回したステータと前記ステータに対向して回転自在に配置されたロータとを含むモータに対し、
   上位器からの所定の指令回転数に従って前記モータを駆動制御する回転制御手段と、
   前記モータに供給される電源の電圧を測定する電圧測定手段と、を備え、
   前記回転制御手段は、前記電圧測定手段で測定した電圧が第１の所定の電圧以上のとき、前記モータを前記指令回転数より多い所定の回転数に変更して駆動するモータ駆動装置であって、
   さらに、前記ロータの回転位置を検出し、前記回転制御手段へ通知する回転位置検出手段と、
   前記電圧測定手段で測定した電圧が前記第１の所定の電圧以上になった時点から、所定の時間まで時間の計測を行う回転増加時間計測手段と、を備え、
   前記回転制御手段は、前記回転増加時間計測手段での計測時間が前記所定の時間に達すると、所定の期間、前記所定の指令回転数に従って前記モータを駆動制御し、
   また、前記回転位置検出手段で検出した回転位置を基に実際に駆動している実回転数を求め、前記実回転数をモータ駆動装置の外部にある前記上位器へ通知することを特徴とするモータ駆動装置。
2. 巻線を巻回したステータと前記ステータに対向して回転自在に配置されたロータとを含むモータに対し、
   上位器からの所定の指令回転数に従って前記モータを駆動制御する回転制御手段と、
   前記モータに供給される電源の電圧を測定する電圧測定手段と、を備え、
   前記回転制御手段は、前記電圧測定手段で測定した電圧が第１の所定の電圧以上のとき、前記モータを前記指令回転数より多い所定の回転数に変更して駆動するモータ駆動装置であって、
   さらに、前記ロータの回転位置を検出し、前記回転制御手段へ通知する回転位置検出手段と、
   前記電圧測定手段で測定した電圧が前記第１の所定の電圧以上になった時点から、所定の時間まで時間の計測を行う回転増加時間計測手段と、を備え、
   前記回転制御手段は、前記回転増加時間計測手段での計測時間が前記所定の時間に達す
   ると、所定の期間、前記所定の指令回転数に従って前記モータを駆動制御し、
   また、 前記回転制御手段は、前記所定の指令回転数と異なる回転数で前記モータを駆動制御している間は、前記所定の指令回転数をモータ駆動装置の外部にある前記上位器へ通知することを特徴とするモータ駆動装置。
3. 前記回転制御手段は、前記電圧測定手段で測定した電圧が前記第１の所定の電圧以上のとき、前記電源の電圧の上昇が下降に転じるまで所定の時間間隔で所定の増加量毎に回転数を増加させることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記電圧測定手段で測定した電圧が前記第１の所定の電圧以上になるまで、または、所定の電圧以上になったあとの所定の時間単位の上昇率が高い場合は前記所定の増加量を多く設定し、前記時間単位の上昇率が低い場合は前記所定の増加量を小さく設定することを特徴とする請求項３に記載のモータ駆動装置。
5. 前記回転制御手段は、前記電圧測定手段で測定した電圧が前記第１の所定の電圧と同じまたはそれより低い第２の所定の電圧を下回ると、前記モータを前記所定の指令回転数に従った通常の駆動制御に戻すことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のモータ駆動装置。
6. 前記回転制御手段は、前記電圧測定手段で測定した電圧が前記第１の所定の電圧より高い第３の所定の電圧以上の時、前記モータの駆動を停止することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のモータ駆動装置。
7. 請求項１から６のいずれか１つに記載のモータ駆動装置が備える手段を実行できることを特徴とするモータ駆動方法。
8. 請求項１から７のいずれか１つに記載のモータ駆動装置を内蔵または一体化したことを特徴とするブラシレスモータ。

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