JP3962556B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のスイッチング素子をスイッチングし、永久磁石型の直流ブラシレスモータの巻線への通電路を開閉制御して駆動電流を出力するモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直流ブラシレスモータは、起動時の発生トルクが大きい、ノイズの発生が少ない、急激な加減速が可能であるなどの理由から、制御用モータとして広く用いられている。そして、その駆動にはインバータ装置を使用し、ホールセンサ等により回転子の位置を検出してそのスイッチング制御を行うのが一般的である。
【０００３】
このようなモータ制御装置の例は、例えば、見城 尚志、永守 重信：新・ブラシレスモータ、総合電子出版社、２０００（平成１２）年、１２−２５頁に示されている。このモータ制御装置は、三相の巻線を有する永久磁石型直流ブラシレスモータを三相インバータで駆動する。
【０００４】
そのため、このモータ制御装置では、回転子の位置を検出して三相の位置信号を発生する、例えばホール素子を用いた３個の位置センサが設けられている。そして、インバータを構成する各スイッチング素子が、この位置信号の組み合わせに応じて予め定められた組み合わせでオン、オフすることでモータへの駆動電流が流れてトルクが発生し、回転子が回転する。さらに、回転子の回転に伴う位置信号の組み合わせの変化に応じてスイッチング素子のオン、オフの組み合わせを順次変更することで各巻線に連続的に駆動電流が流れ、回転子に対して連続的にトルクを発生させて回転を継続することができる。
【０００５】
また、現在の位置信号の組み合わせに対して、スイッチング素子のオン、オフの組み合わせを適宜変更することで、正・逆いずれの方向へも回転子を回転させることが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術においては、現在のホール信号の組み合わせと、回転子を回転させようとする方向とによってインバータを構成する各スイッチング素子のオン、オフを決定している。しかしながら、モータをある方向に回転させようとしたときに、回転子およびモータ負荷の慣性や、回転子に対する外部からの回転力の作用等の原因によって、予め回転子が上記回転させようとする方向とは反対の方向に回転している場合がある。
【０００７】
このような場合、現在のホール信号の組み合わせと所望する回転方向とのみに基づいて各スイッチング素子のオン、オフを決定し、このオン、オフ動作によって各巻線への通電を行うと、実際に回転子が回転している方向と、巻線に電圧を加えて回転させようとしている方向とが反対になり、巻線に印加される電圧と巻線に誘起する逆起電力とが同じ方向になる。この間、巻線に印加される電圧と巻線に誘起する逆起電力とが同じ方向になるので、これらを加算した電圧が巻線に印加されることとなり、その結果、巻線には大きな電流が流れる。そして、この電流により発生した強い磁束が回転子の永久磁石をその着磁方向に逆らって貫くことによって永久磁石の減磁が起こり、モータの性能が低下するという問題がある。
【０００８】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、永久磁石型の直流ブラシレスモータの回転子が、回転させようとする方向と逆方向に回転していたとしても永久磁石の減磁を防止してモータ性能の低下を防止しつつ、モータを確実かつ速やかに反転して設定回転方向に回転するようにしたモータ制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するため、永久磁石型の直流ブラシレスモータの回転子の位置を検出して多相の位置検出信号を出力する位置検出部と、少なくとも前記回転子の回転方向を設定する設定部とを備え、前記回転子が前記設定部による設定回転方向と反対に回転している状態から前記回転子が自然停止するまでに要する時間と、前記回転子の回転速度によって定まる前記位置検出信号の時間間隔とに基づいて、前記回転子が自然に減速する過程における前記位置検出信号の基準時間間隔を予め導出しておき、制御部が、前記位置検出部より出力される前記位置検出信号に基づいて前記回転子の実際の回転方向を判定し、判定した前記回転子の実際の回転方向と前記設定部により設定された設定回転方向とが反対であると判断したときに、モータ駆動部による駆動電流の出力を禁止制御し、該禁止制御の後に、前記位置検出信号が前記基準時間間隔にわたって変化しないと判断した時に前記回転子が停止したと判断して前記回転子を前記設定部により設定された回転方向に回転させるべく前記モータ駆動部を制御することを特徴としている。
【００１０】
このように構成された発明では、制御部は、位置検出信号に基づいて制御対象の直流ブラシレスモータの回転子の回転方向を判定しており、設定部により設定された回転方向が判定した実際の回転方向と反対であると判断すれば、モータ駆動部による駆動電流の出力を禁止する。そのため、回転子の回転によって逆起電力が誘起している巻線に対して、同じ方向の電圧をさらに印加することがなく、巻線に過大な電流が流れることによって起こる永久磁石の減磁を防止することができる。
【００１１】
さらに、前記出力禁止によって制御対象の直流ブラシレスモータへの駆動電流の供給を停止するので、制御対象の直流ブラシレスモータは次第に減速し、やがて停止する。そして、制御部は、回転子の停止を判断した後に設定回転方向への制御対象の直流ブラシレスモータの駆動を開始しているので、永久磁石の減磁を防止してモータ性能の低下を防止しつつ、制御対象の直流ブラシレスモータの回転方向を確実に反転させることができる。
【００１２】
しかも、駆動電流が停止された回転子が減速するにつれて位置検出信号が変化する時間間隔は増大するが、それに伴って、回転子が停止するまでの時間は短くなってゆく。そして、この時間間隔がある値に達したとき、回転子が停止するまでの時間がゼロとなる。すなわち、この時間間隔以上にわたって位置検出信号が変化しないとき、回転子は停止したと判定することができることから、この時間間隔を予め求めて基準時間間隔とし、位置検出信号の変化の時間間隔を計測してその値がこの基準時間間隔となった時をもって停止とすることで、制御対象の直流ブラシレスモータの回転子の停止を確実にかつ最短の時間で判定することができる。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータ制御装置において、前記基準時間間隔が、異なる出力特性の直流ブラシレスモータ毎に予め導出され格納部に格納されていることを特徴としている。
【００１４】
このように構成された発明では、特性の異なる複数の直流ブラシレスモータについて前記基準時間間隔が導出されて装置内部の格納部に格納されている。そのため、これらの基準時間間隔を制御対象となる直流ブラシレスモータに応じて選択し使用することで、同一の制御装置を用いて特性の異なる複数のモータを制御することができる。その結果、制御対象の直流ブラシレスモータ毎に調製した制御装置を用いることなく請求項１に記載の発明と同様の効果を奏することができる上、装置の量産効率を高めてコストを低減することができる。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のモータ制御装置において、前記制御部が、前記位置検出信号に基づいて判定した前記回転子の実際の回転方向が前記設定部による設定回転方向と同じであるときには、前記回転子をその設定回転方向に回転させるべく前記モータ駆動部を制御することを特徴としている。
【００１６】
このように構成された発明では、制御対象の直流ブラシレスモータの回転子の実際の回転方向が設定回転方向と同じであれば、駆動電流による減磁のおそれがないことから、制御部は直ちに設定回転方向への駆動制御を行う。そのため、このような場合には、モータの運転制御を遅滞なく、継続して行うことができるという利点も奏する。
【００１７】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のモータ制御装置において、前記設定部が、外部操作に応じて前記回転子の回転方向を正、逆に設定することを特徴としている。
【００１８】
このように構成された発明では、外部操作に応じて設定部により正、逆いずれかの方向に回転方向が設定されたとき、制御部は回転子の回転状態に応じた処理を適宜実行するので、回転方向を設定する外部操作が、制御対象の直流ブラシレスモータがどのような回転状態にあるときに行われても、永久磁石の減磁や起動の遅れなどの問題を生じることなく、的確なモータ制御を行うことができるという効果も奏する。
【００１９】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載のモータ制御装置において、前記直流ブラシレスモータが、車両に搭載されるパワーステアリング用の油圧ポンプを駆動し油圧シリンダを介してアシストトルクを発生し、前記設定部が、運転者によるステアリング操作に応じて前記油圧シリンダによるアシスト方向を設定することを特徴としている。
【００２０】
このように構成された発明では、油圧ポンプおよびそれによって制御される油流という慣性の大きな負荷に接続されて使用されるパワーステアリング用モータとしての直流ブラシレスモータの駆動制御に適用して請求項１ないし４のいずれかに記載の発明の効果を奏することができ、反転時の永久磁石の減磁によるモータ性能の劣化を防止して、制御対象のパワーステアリング用の直流ブラシレスモータのモータ耐久性を向上させることができる。
【００２１】
そして、この発明は、例えばパワーウィンドウ用モータ、ドアミラー用モータなど、パワーステアリング用モータ以外の車載用の直流ブラシレスモータや、車載用以外の直流ブラシレスモータの制御にも適用可能であるが、上述のパワーステアリング用モータのような、慣性の大きい負荷に接続される直流ブラシレスモータの制御に特に好適である。
【００２２】
さらに、この発明は、正、逆両方向に回転駆動される永久磁石型の直流ブラシレスモータの制御だけでなく、駆動される方向は一定であっても、回転子および負荷に対して外部から逆向きの回転力が作用することによって回転子が逆回転する可能性のある用途に用いられる永久磁石型の直流ブラシレスモータの制御にも適用が可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
この発明にかかるモータ制御装置を、自動車の電動油圧式パワーステアリング装置に適用した場合の一実施形態について、図１ないし図７を参照しつつ説明する。
【００２４】
図１は、この実施形態のモータ制御装置の構成を示す結線図であり、図１に示すように、このモータ制御装置は、パワーステアリング用モータとしての三相の巻線を有する制御対象の永久磁石型の直流ブラシレスモータ（以下、単にモータと称する）４０を駆動制御するため、モータ４０とバッテリ３０との間に介挿されてモータ４０の巻線への駆動電流を出力するインバータ１０と、インバータ１０を構成するスイッチング素子のオン、オフを制御する制御ユニット５０を備える。
【００２５】
ところで、モータ４０は、油圧ポンプ（図示せず）と一体化されており、モータ４０の回転軸がこの油圧ポンプを駆動して油流を発生させている。そして、図示しないバルブの開閉によって、図示しないステアリングギアボックスに設けられた油圧シリンダに所定の方向の油流を導入することによって、ステアリング操作を軽くするアシスト推力を発生させている。
【００２６】
また、モータ４０の駆動方向（回転させる方向）は一方向であるが、その負荷となる油流の状態によっては、モータ４０を駆動しないときであっても、モータ４０は油流の作用によって回転子が回転していることがある。そしてその回転方向が上記駆動方向と反対となる場合がある。このような場合に、モータ４０に無条件に逆方向の駆動電流を流すと、前述したように永久磁石の減磁が発生する。
【００２７】
さらに、モータ４０の固定子には、本発明の位置検出部として三相の位置検出信号を出力する３個のホールセンサ４１、４２および４３が、回転子の中心軸を中心として、４０°の間隔を持って放射状に配設されている。そして、この３個のホールセンサ４１、４２および４３が、回転子の磁極の位置に応じてＨまたはＬレベルの位置検出信号Ｈu、Ｈv、Ｈwを出力する。
【００２８】
また、インバータ１０は、本発明にいうモータ駆動部に相当し、制御ユニット５０からのスイッチング制御信号ＳＧ１〜ＳＧ６にしたがってバッテリ３０とモータ４０の各巻線との間の通電路を開閉制御するスイッチング素子としてのトランジスタ１１〜１６と、各巻線に発生する逆起電力からトランジスタ１１〜１６を保護するとともに、モータ４０が発電機動作をするときに各巻線の発電電力をバッテリ３０に還流するフライホイールダイオード２１〜２６とで構成されている。
【００２９】
さらに、制御ユニット５０には、運転者が操作するステアリングハンドル（図示せず）の回動軸に設けられたステアリングセンサ５１が接続されており、運転者がステアリングハンドルを操作すると、ステアリングセンサ５１はその回転角度に応じたステアリング操作信号を出力する。そして、制御ユニット５０は、ステアリングセンサ５１から出力されるステアリング操作信号に基づいて、アシスト推力を発生させるためのバルブの開閉およびモータ４０の駆動／停止を決定し、ホールセンサ４１、４２および４３から出力される位置検出信号Ｈu、ＨvおよびＨwに基づいて、所定のタイミングでトランジスタ１１〜１６をオン、オフするためのスイッチング制御信号ＳＧ１〜ＳＧ６を出力する。
【００３０】
また、制御ユニット５０は、位置検出信号Ｈu、Ｈv、Ｈwに基づいて検出される回転子の実際の回転方向が駆動方向と異なるときに、全てのトランジスタ１１〜１６をオフするためのスイッチング制御信号ＳＧ１〜ＳＧ６を出力する。さらに、制御ユニット５０は、全てのトランジスタ１１〜１６のオフによりモータ４０が停止したと判断すると、直ちにモータ４０を駆動開始すべく所定のトランジスタにオン制御信号を出力する。このように、この実施形態では、制御ユニット５０が本発明の設定部および制御部として機能している。
【００３１】
次に、この実施形態のモータ制御装置の動作について、図２ないし図５を参照しつつ説明する。図２は、位置検出信号Ｈu、Ｈv、Ｈwの組み合わせと各トランジスタをオン、オフさせるスイッチング制御信号ＳＧ１〜ＳＧ６の組み合わせとの対応を示す真理値表であり、図３は位置検出信号Ｈu、Ｈv、Ｈw、スイッチング制御信号ＳＧ１〜ＳＧ６および駆動電流の変化を示すタイミングチャートである。また、図４は、この実施形態における制御ユニットの動作を示すフローチャートであり、図５は、モータ駆動処理時の動作を示すフローチャートである。
【００３２】
ここでは、各ホールセンサ４１〜４３からの位置検出信号の組み合わせが図３に示すようにＨu、Ｈv、Ｈwの順序で変化するような回転方向を正方向、これとは反対の方向を逆方向と定義する。このとき、図２の真理値表に示す位置検出信号Ｈu、Ｈv、Ｈwの組み合わせが、上列から下列へ移行する方向が正方向、下列から上列へ移行する方向が逆方向に相当する。そして、制御ユニット５０によって設定されるモータ４０の駆動方向は、上記正方向であるとする。
【００３３】
この実施形態では、制御ユニット５０は、図４のフローチャートに示すＳ１ないしＳ１１の処理ステップを各処理サイクル毎に実行して、ホールセンサ４１、４２および４３から出力される位置検出信号Ｈu、Ｈv、Ｈwを検出し、回転子の回転方向を判定している。
【００３４】
まず、制御ユニット５０は、ホールセンサ４１、４２および４３から出力される現在の位置検出信号Ｈu、Ｈv、Ｈwを検出し、その組み合わせ（以下、現パターンと称する）を内部メモリに記憶する（ステップＳ１）。そして、直前の処理サイクルにおいて検出され内部メモリに記憶されている１サイクル前の位置検出信号Ｈu、Ｈv、Ｈwの組み合わせ（以下、前パターンと称する）と、ステップＳ１にて検出された現パターンとを比較する（ステップＳ２）。こうして前パターンと現パターンとを比較した結果（ステップＳ３）、位置検出信号Ｈu、Ｈv、Ｈwのパターンに変化があれば、その変化に基づいて、以下のようにして回転子の回転方向を判定する（ステップＳ４）。
【００３５】
例えば、位置検出信号Ｈu、Ｈv、Ｈwの現パターンが、図３に示すように、時刻ｔ1において（Ｈ、Ｌ、Ｈ）の組み合わせであったとする。このとき、制御ユニット５０は、このパターンと内部メモリに記憶されている前パターンとを比較して、回転子の回転方向を判定する。すなわち、図２の真理値表の第２列に位置する現パターン（Ｈ、Ｌ、Ｈ）に対して、前パターンが図２の第１列に示す（Ｌ、Ｌ、Ｈ）であれば、位置検出信号Ｈu、Ｈv、Ｈwのパターンは回転子の回転に伴って図２の上列から下列へと移行しているのであるから、このとき回転子は正方向に回転していると判定する。また、前パターンが図２の第３列に示す（Ｈ、Ｌ、Ｌ）であれば、位置検出信号Ｈu、Ｈv、Ｈwのパターンは図２の下列から上列へと移行しているのであるから、このとき回転子は逆方向に回転していると判定する。同様に、現パターンが他の組み合わせであるときも、現パターンと前パターンとを比較することによって回転子の回転方向の判定を行う。そして、それに続いて、制御ユニット５０は、後述する内部タイマ（図示せず）をリセットする（ステップＳ５）。
【００３６】
一方、上記したステップＳ３において、位置検出信号Ｈu、Ｈv、Ｈwのパターンに変化がない、すなわち、現パターンと前パターンとが同一のパターンであったとき、制御ユニット５０は、以下のようにして回転子が停止しているかどうかの判定を行う。
【００３７】
まず、以前の処理サイクルにおいて、回転子が停止状態にあると判定したかどうかを確認する（ステップＳ８）。その結果、すでに回転子が停止状態にあれば、処理ステップはステップＳ６へ進む。また、停止状態にあるという判定が未だなされていなければ、制御ユニット５０は内部タイマをインクリメントする（ステップＳ９）。
【００３８】
ところで、この内部タイマは、位置検出信号Ｈu、Ｈv、Ｈwの組み合わせに変化がなければカウントを続ける一方（ステップＳ９）、変化があったときにはリセットされる（ステップＳ５）ように構成されている。すなわち、この内部タイマは、位置検出信号Ｈu、Ｈv、Ｈwが変化せず一定の組み合わせを保持している時間を計測している。そして、この組み合わせが後述する所定の時間にわたって変化しなければ、制御ユニット５０は、回転子が停止していると判定する。
【００３９】
こうして、制御ユニット５０は、内部タイマによって計測される位置検出信号Ｈu、Ｈv、Ｈwの組み合わせが変化しない時間が、予め設定された停止判定に必要な時間に達したかどうかをチェックする（ステップＳ１０）。そして、所定の時間が経過していれば回転子は停止状態にあると判定し（ステップＳ１１）、処理ステップはステップＳ６へ進む。一方、ステップＳ１０において、所定の時間が経過していなければ、この時点で回転子が停止していると判定することはできないので、そのままステップＳ６へ進む。
【００４０】
このように、制御ユニット５０は、ホールセンサ４１、４２および４３から出力される位置検出信号Ｈu、Ｈv、Ｈwに基づいて、上記した各ステップＳ１〜Ｓ１１を実行することにより、回転子の回転状態（正回転、逆回転および停止のいずれか）を判定する。
【００４１】
その後、ステアリングセンサ５１からの出力信号に基づいて、運転者によるステアリング操作に伴うモータ４０の駆動が必要かどうかを判断する（ステップＳ６）。そして、モータ４０を駆動する必要がなければ処理ステップはステップＳ１に戻り、上記一連の操作を繰り返し実行する。また、モータ４０を駆動する必要があれば、後に詳述するモータ駆動処理（ステップＳ７）を実行した後、ステップＳ１に戻る。
【００４２】
ここで、停止判定を行うための上記「所定の時間」は、次のようにして求めることができる。すなわち、位置検出信号Ｈu、Ｈv、Ｈwの変化の時間間隔は回転子の回転速度に反比例するので、回転子の減速に伴ってこの時間間隔は増大するが、やがて回転子は停止して位置検出信号Ｈu、Ｈv、Ｈwは変化しなくなる。つまり、回転子が停止する直前においてこの時間間隔は最大となる。一方、回転子の減速に伴って回転子が停止するまでの時間は短くなり、回転子が停止する直前においてこの時間は最小となる。そこで、ある回転速度で逆回転している回転子において、その回転速度における位置検出信号Ｈu、Ｈv、Ｈwの変化の時間間隔と回転子が停止するまでの時間との合計時間だけ経過すれば、モータ停止と判断することができることとなる。この合計時間の最小値の間、位置検出信号Ｈu、Ｈv、Ｈwの変化を検出しなければ回転子が停止したと判断できるため、この最小値を本発明における基準時間間隔として予め求めておき、この基準時間間隔を停止判定に必要な上記「所定の時間」とする。
【００４３】
具体的には、モータ４０の出力および負荷の特性から求められる回転子の減速特性と、モータ４０の構造（回転子の磁極構造およびホールセンサの配置）および回転子の回転速度で決まる位置検出信号の変化の周期とから基準時間間隔を求めることができる。
【００４４】
なお、この基準時間間隔は、上記のようにモータ４０の特性によって決まるのであるから、特性の異なるモータ４０毎に異なる値となる。そこで、複数の特性のモータ４０に対して、予め各特性のモータ４０毎の基準時間間隔を導出して制御ユニット５０の内部メモリに記憶させておき、使用するモータ４０に応じた基準時間間隔を読み出して制御に用いることができる。こうすることによって、特性の異なるモータ４０に対して、同一の制御ユニットを用いて制御を行うことが可能となる。このとき、これらの基準時間間隔を記憶した内部メモリが本発明にいう格納部に相当することとなる。
【００４５】
次に、モータ駆動処理（図４におけるステップＳ７）の動作について、図５を参照して説明する。
【００４６】
運転者のステアリング操作によってモータ４０の駆動が必要となったとき（ステップＳ６）、まず回転子がすでに停止状態にあるかどうかを確認する（ステップＳ７１）。ここで、回転子が停止状態にあれば、ステップＳ７３へ進み、モータ４０の駆動を許可する。また、回転子が停止状態にない、すなわち、いずれかの方向に回転している状態であれば、その回転方向をチェックする（ステップＳ７２）。そして、その回転方向が逆方向であった場合、制御ユニット５０はモータ４０の駆動を禁止する（ステップＳ７４）。また、回転方向が正方向であれば、モータ４０の駆動を許可する（ステップＳ７３）。
【００４７】
こうして、モータ４０の駆動が許可されると、制御ユニット５０は、図２の真理値表に基づいて所定のトランジスタをオンさせる。すなわち、図３に示すように、時刻ｔ1における位置検出信号Ｈu、Ｈv、Ｈwの組み合わせ（Ｈ、Ｌ、Ｈ）に対して、図２および図３に示すように、トランジスタ１１およびトランジスタ１６がオンとなるオン制御信号（つまり、ＳＧ１およびＳＧ６）を出力する。このとき、トランジスタ１１およびトランジスタ１６がオンとなることで、バッテリ３０のプラス側端子からトランジスタ１１、Ｕ相モータ巻線、Ｗ相モータ巻線およびトランジスタ１６を経由してバッテリ３０のマイナス側端子に戻る導電経路が形成され、この導電経路に沿って流れる電流により正方向へのトルクが発生して、回転子は正方向へ回転する。
【００４８】
そして、回転子の回転に伴い位置検出信号Ｈu、Ｈv、Ｈwのパターンが順次変化するにつれて、オン制御信号のパターンを図２の真理値表にしたがって順次変化させることで、図３に示すように、三相の各巻線に互いに１２０°ずつ位相の異なる三相の駆動電流Ｉu、ＩvおよびＩwが流れ、連続的にトルクが発生して回転子は正方向への回転を続ける。
【００４９】
一方、ステップＳ７２において、回転子の回転方向が逆方向であった場合、制御ユニット５０はモータ４０の駆動を禁止し、全てのトランジスタ１１〜１６をオフとするオフ制御信号を出力する。これにより全てのトランジスタがカットオフし、このときモータ４０は回生制動状態となる。すなわち、モータ４０は発電機として動作しており、その運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、そのエネルギーをフライホイールダイオード２１〜２６を介してバッテリ３０に還流することで、急速に回転速度が低下し、やがて停止する。
【００５０】
このように、運転者のステアリング操作に応じてモータ４０を駆動すべきときであっても、そのときの回転子の回転が逆方向であれば、制御ユニット５０はインバータ１０による駆動電流出力を禁止している。このため、回転子の回転とは反対の回転方向への駆動電流を流すことはなく、従来技術において発生していた永久磁石の減磁を抑制することができる。
【００５１】
例えば、このときの減磁効果を検証すべく、モータ巻線の誘起電圧の実効値を測定して減磁率を算出した結果、従来のようにトランジスタ１１〜１６を強制的にオフしない場合の減磁率が３.４％であったのに対し、本実施形態のようにトランジスタ１１〜１６を強制的にオフした場合の減磁率は約１％と測定誤差範囲内まで低減することができた。
【００５２】
さらに、回転子の永久磁石の磁束密度分布を測定したところ、従来のようにトランジスタ１１〜１６を強制的にオフしない場合の磁束密度は図６に示すようになり、Ｎ極とＳ極との境界付近において減磁の影響を表す分布の乱れが生じているのに対し、本実施形態のようにトランジスタ１１〜１６を強制的にオフした場合の磁束密度は図７に示すようになり、分布に乱れもなく減磁が発生していないことがわかった。
【００５３】
また、本実施形態では、回転子の停止判定を、位置検出信号Ｈu、Ｈv、Ｈwの変化に基づく必要最少限の時間で行っているので、逆方向に回転している回転子が正方向に反転するまでの時間遅れを少なくすることができる。
【００５４】
さらに、回転子が停止している、あるいは正方向に回転しているときには直ちにインバータ１０が駆動電流を出力するので、運転者のステアリング操作に追随して直ちにアシスト推力を発生させることができる。
【００５５】
以上、三相の位置検出信号Ｈu、Ｈv、Ｈwの１つの組み合わせについて説明したが、位置検出信号Ｈu、Ｈv、Ｈwの組み合わせが他のパターンであった場合でも同様に、現パターンと前パターンとを比較して回転方向を判定し、その結果に基づいてトランジスタ１１〜１６のオン、オフを行うことで、モータ４０を適切に制御することができる。
【００５６】
ところで、上記の例では、制御ユニット５０が設定する回転方向は正方向のみであったが、設定回転方向が逆方向であった場合でも、図２の真理値表およびこれに伴う図３の各信号波形の変化順序が異なるのみで、同様にしてモータ４０の回転制御を行うことが可能である。
【００５７】
また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。
【００５８】
例えば、本実施形態では、インバータ１０を構成する各トランジスタ１１〜１６を、位置検出信号Ｈu、Ｈv、Ｈwの組み合わせで決まる単純なオン、オフ信号でスイッチングしており、その結果、各巻線に流れる電流の波形は図３に示すような矩形波となっているが、インバータ１０の駆動方法としては、これ以外にも、例えばトランジスタを高周波でスイッチングするＰＷＭ駆動を用いてもよい。このとき、トルクの脈動が少なくなり、さらに滑らかな回転を得ることが可能である。
【００５９】
また、本実施形態では、位置検出部としての３個のホールセンサ４１、４２および４３を４０°の角度間隔で配置しているが、この間隔はこれに限定されるものではなく、別の角度間隔であってもよい。さらに、本発明の位置検出部としては、上記したホールセンサ以外にも、例えば、フォトインタラプタを用いた光学的な手段であってもよい。
【００６０】
また、本実施形態では、モータ４０は三相の固定子巻線を有し、回転子はその周縁部に６個の永久磁石を設けた６極永久磁石型回転子であるが、本発明は、巻線の相数および回転子の極数がこれと異なるモータに対しても適用可能である。
【００６１】
また、本実施形態では、制御ユニット５０を例えば内部メモリを有するマイクロプロセッサにて構成し、回転子の回転方向の判定やスイッチング制御信号の出力／停止を全てソフトウェアで行っているが、これ以外にも、本発明をハードウェアで実現することも可能である。例えば、各トランジスタのゲート端子に出力制限回路を設け、回転子の実際の回転方向が逆方向であったときに、この出力制限回路が強制的に各トランジスタの出力をオフする構成としてもよい。
【００６２】
また、ここでは、本発明のモータ制御装置を自動車のパワーステアリング用モータとしての永久磁石型の直流ブラシレスモータの制御に適用した場合について説明したが、本発明を適用できる対象はこれに限定されるものではなく、車載用及び車載用以外の種々のモータの制御であって、制御対象となるモータが永久磁石型の直流ブラシレスモータであるものについて、本発明を同様に適用することが可能である。
【００６３】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に記載の発明によれば、制御部は、位置検出信号に基づいて制御対象の永久磁石型の直流ブラシレスモータの回転子の回転方向を判定し、設定部により設定された回転方向が判定した実際の回転方向と反対であると判断すれば、モータ駆動部による駆動電流の出力を禁止する。そのため、回転子の回転によって逆起電力が誘起している巻線に対して、同じ方向の電圧をさらに印加することがなく、巻線に過大な電流が流れることによって起こる永久磁石の減磁を防止することができる。
【００６４】
さらに、前記出力禁止によって制御対象の永久磁石型の直流ブラシレスモータへの駆動電流の供給を停止するので、制御対象の直流ブラシレスモータは次第に減速し、やがて停止する。そして、制御部が、制御対象の直流ブラシレスモータの回転子の停止を判断し確認した後、設定回転方向への制御対象の直流ブラシレスモータの駆動を開始するので、永久磁石の減磁を防止してモータ性能の低下を防止しつつ、制御対象の直流ブラシレスモータの回転方向を確実に反転させることができる。
【００６５】
その上、位置検出信号の変化の時間間隔の最大値を基準時間間隔として予め求めておき、位置検出信号の変化の時間間隔を計測してその値が前記最大値となった時をもって回転子の停止と判定するため、制御対象の直流ブラシレスモータの回転子の停止を確実かつ短時間にて判定することができ、この判定に基づき、永久磁石の減磁を防止しつつ、制御対象の直流ブラシレスモータを確実かつ速やかに反転動作に移行することができる。
【００６６】
したがって、永久磁石型の直流ブラシレスモータの回転子が、回転させようとする方向と逆方向に回転していたとしても永久磁石の減磁を防止してモータ性能の低下を防止しつつ、モータを確実かつ速やかに反転して設定回転方向に回転するという特有の効果を奏する。
【００６７】
また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載のモータ制御装置において、特性の異なる複数の直流ブラシレスモータについて前記基準時間間隔としての前記最大時間間隔が導出されてそれらの値が装置内部の格納部に格納されている。そのため、同一の制御装置を用いて特性の異なる複数のモータを制御することができるので、特性の異なる各直流ブラシレスモータについて、モータ毎に調製した制御装置を用いることなく請求項１に記載の発明と同様の効果を奏することができ、その上、装置の量産効率を高めてコストを低減することができる利点も奏する。
【００６８】
また、請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載のモータ制御において、回転子の回転方向が設定回転方向と同じであれば、駆動電流による減磁のおそれがないことから、制御部が直ちに設定回転方向への駆動制御を行う。そのため、請求項１または２に記載の発明の効果を奏するだけでなく、回転子の実際の回転方向が設定回転方向と同じときに、制御対象の直流ブラシレスモータの運転制御を遅滞なく、継続して行うことができるという効果も奏する。
【００６９】
また、請求項４に記載の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかに記載のモータ制御において、外部操作に応じて設定部により正、逆いずれかの方向に回転方向が設定されたとき、制御部は回転子の回転状態に応じた処理を適宜実行するので、回転方向を設定する外部操作が、制御対象の直流ブラシレスモータがどのような回転状態にあるときに行われても、永久磁石の減磁や起動の遅れなどの問題を生じることなく、的確なモータ制御を行うことができるという効果も奏する。
【００７０】
また、請求項５に記載の発明によれば、請求項１ないし４のいずれかに記載のモータ制御装置において、油圧ポンプおよびそれによって制御される油流という慣性の大きな負荷を持ち、しかも高い耐久性を要求されるパワーステアリング用の直流ブラシレスモータの駆動制御に適用して請求項１ないし４のいずれかの効果を奏することができ、反転時の永久磁石の減磁によるモータ性能の劣化を防止して、制御対象のパワーステアリング用の直流ブラシレスモータのモータ耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にかかる一実施形態のモータ制御装置の構成を示す結線図である。
【図２】 位置検出信号とスイッチング制御信号との対応を示す真理値表である。
【図３】 位置検出信号、スイッチング制御信号および駆動電流の関係を示すタイミングチャートである。
【図４】 この実施形態のモータ制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】 モータ駆動処理の動作を示すフローチャートである。
【図６】 比較例における永久磁石型回転子の外周部において測定した磁束密度の分布図である。
【図７】 本発明の一実施形態における永久磁石型回転子の外周部において測定した磁束密度の分布図である。
【符号の説明】
１０ インバータ（モータ駆動部）
１１〜１６ トランジスタ（スイッチング素子）
２１〜２６ フライホイールダイオード
３０ バッテリ
４０ 直流ブラシレスモータ
４１、４２、４３ ホールセンサ（位置検出部）
５０ 制御ユニット（制御部、設定部）
５１ ステアリングセンサ
Ｈu、Ｈv、Ｈw 位置検出信号
ＳＧ１〜ＳＧ６ スイッチング制御信号

Claims (5)

1. 制御部の制御信号により、モータ駆動部を構成する複数のスイッチング素子をスイッチングし、永久磁石型の直流ブラシレスモータの巻線への通電路を開閉制御して前記直流ブラシレスモータに駆動電流を出力するモータ制御装置において、
   前記直流ブラシレスモータの回転子の位置を検出して多相の位置検出信号を出力する位置検出部と、
   少なくとも前記回転子の回転方向を設定する設定部と
   を備え、
   前記回転子が前記設定部による設定回転方向と反対に回転している状態から前記回転子が自然停止するまでに要する時間と、前記回転子の回転速度によって定まる前記位置検出信号の時間間隔とに基づいて、前記回転子が自然に減速する過程における前記位置検出信号の基準時間間隔を予め導出しておき、
   前記制御部が、
   前記位置検出部より出力される前記位置検出信号に基づいて前記回転子の実際の回転方向を判定し、
   判定した前記回転子の実際の回転方向と前記設定部により設定された設定回転方向とが反対であると判断したときに、前記モータ駆動部による前記駆動電流の出力を禁止制御し、
   該禁止制御の後に、前記位置検出信号が前記基準時間間隔にわたって変化しないと判断した時に前記回転子が停止したと判断して前記回転子を前記設定部により設定された回転方向に回転させるべく前記モータ駆動部を制御する
   ことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記基準時間間隔が、異なる出力特性の直流ブラシレスモータ毎に予め導出され格納部に格納されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記制御部が、
   前記位置検出信号に基づいて判定した前記回転子の実際の回転方向が前記設定部による設定回転方向と同じであるときには、前記回転子を、停止の判断をすることなく、その設定回転方向に回転させるべく前記モータ駆動部を制御する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
4. 前記設定部が、外部操作に応じて前記回転子の回転方向を正、逆に設定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のモータ制御装置。
5. 前記直流ブラシレスモータが、車両に搭載されるパワーステアリング用の油圧ポンプを駆動し油圧シリンダを介してアシストトルクを発生し、
   前記設定部が、運転者によるステアリング操作に応じて前記油圧シリンダによるアシスト方向を設定することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のモータ制御装置。

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