特許ウォッチ

公開番号2025047646
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-03
出願番号2023156257
出願日2023-09-21
発明の名称モータ駆動制御装置およびモータ駆動制御方法
出願人ミネベアミツミ株式会社
代理人アインゼル・フェリックス=ラインハルト,個人,個人
主分類H02P 6/185 20160101AFI20250326BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】モータのロータの位置を短時間で、低分解能の電流測定装置により検出することができるモータ駆動制御装置を提供する。
【解決手段】駆動制御信号を生成する制御回路と、前記モータの各相のコイルに対応して設けられたスイッチを含むインバータ回路を有し、前記駆動制御信号に応じて前記スイッチを交互にオン・オフさせて、前記モータのロータを回転させる駆動回路と、前記インバータ回路とグランドの間に設けられたシャント抵抗と、前記シャント抵抗に流れる電流を双方向において検出する双方向電流検出回路とを備え、前記制御回路は、前記モータのロータを回転させずに通電セクタを順次切り替えてコイルの通電方向において通電と遮断とを行い、前記通電セクタごとの通電電流のピーク値と誘導性キックバックによるキックバック電流のピーク値とに基づいて前記ロータの位置を推定する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
少なくとも１相のコイルを有するモータを駆動するための駆動制御信号を生成する制御回路と、
前記モータの各相のコイルに対応して設けられた互いに直列に接続されたハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを含むインバータ回路を有し、前記駆動制御信号に応じて前記ハイサイドスイッチと前記ローサイドスイッチを交互にオン・オフさせて、対応する相のコイルの通電方向を切り替えることにより、前記モータのロータを回転させる駆動回路と、
前記インバータ回路とグランドの間に設けられたシャント抵抗と、
前記シャント抵抗に流れる電流を、前記インバータ回路からグランドに向かうグランド方向およびその逆方向であるインバータ回路方向の双方向において検出する双方向電流検出回路と、を備え、
前記制御回路は、
前記モータのロータを回転させずに通電セクタを順次切り替えるように前記インバータ回路の前記ハイサイドスイッチと前記ローサイドスイッチをオン・オフさせて、前記通電セクタに対応するコイルの通電方向において通電と遮断とを行う初期位置検出信号を生成し、
前記初期位置検出信号を生成したときに前記双方向電流検出回路において検出した電流に基づいて、前記通電セクタごとに、前記通電したときに前記グランド方向に流れる通電電流のピーク値と、前記通電を遮断したときに前記インバータ回路方向に流れる誘導性キックバックによるキックバック電流のピーク値とを取得し、
前記通電セクタごとの前記通電電流のピーク値と前記キックバック電流のピーク値とに基づいて前記ロータの位置を推定する、
モータ駆動制御装置。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
請求項１に記載のモータ駆動制御装置において、
前記制御回路は、
前記インバータ回路に入力してコイルの通電方向における通電と遮断とを前記通電セクタごとに順次行う前記初期位置検出信号を生成する初期位置検出信号生成部と、
前記通電セクタごとに、前記通電電流のピーク値と前記キックバック電流のピーク値とを取得するピーク電流取得部と、
前記通電セクタごとの前記通電電流のピーク値と前記キックバック電流のピーク値とに基づいて前記ロータの位置を推定する位置推定部と、を有する、
モータ駆動制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のモータ駆動制御装置において、
前記初期位置検出信号生成部は、
前記キックバック電流の大きさがゼロに収束したことを確認した後に、次の前記通電セクタの通電を行う前記初期位置検出信号を生成する、
モータ駆動制御装置。
【請求項４】
請求項２に記載のモータ駆動制御装置において、
前記ピーク電流取得部は、
前記通電電流のピーク値を取得し、マスク時間が経過した後に前記キックバック電流を取得する、
モータ駆動制御装置。
【請求項５】
請求項２に記載のモータ駆動制御装置において、
前記位置推定部は、前記通電セクタごとの前記通電電流と前記キックバック電流との合計電流値を比較して、最大の合計電流値となった前記通電セクタに対応する位置を前記ロータの位置として推定する、
モータ駆動制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載のモータ駆動制御装置において、
前記位置推定部は、前記最大の合計電流値となった通電セクタが１つに決まらない場合に、前記グランド方向に流れる通電電流のピーク値が最大となった通電セクタと、前記インバータ回路方向に流れる誘導性キックバックによるキックバック電流のピーク値が最大となった通電セクタとをそれぞれ取得し、取得した通電セクタの数に応じて、前記ロータの位置として推定する、
モータ駆動制御装置。
【請求項７】
請求項５に記載のモータ駆動制御装置において、
前記位置推定部は、前記最大の合計電流値となった通電セクタが１つに決まらない場合に、前記通電セクタごとに、グランド方向に流れる通電電流のピーク値の大きさとインバータ回路方向に流れる誘導性キックバックによるキックバック電流のピーク値の大きさとを合計した電流値である合計電流値からさらに３つの双方向通電の電流の差分を取得し、前記３つの双方向通電の電流の差分の最大値が１つの場合、前記電流の差分が最大値であった双方向通電の２つ通電セクタのうちで前記合計電流値が大きい通電セクタに対応する位置にロータの位置があると推定する、
モータ駆動制御装置。
【請求項８】
請求項２に記載のモータ駆動制御装置において、
前記初期位置検出信号生成部は、前記通電セクタに対応するコイルの通電方向における通電を、複数の所定回数に分割して行うように設定した前記初期位置検出信号を生成する、
モータ駆動制御装置。
【請求項９】
請求項２に記載のモータ駆動制御装置において、
前記初期位置検出信号生成部は、前記通電セクタにおける遮断のタイミングで、前記インバータ回路のハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチのうちで、通電時とは相補的な関係にあるスイッチをオンさせるように設定した前記初期位置検出信号を生成する、
モータ駆動制御装置。
【請求項１０】
請求項１に記載のモータ駆動制御装置において、
前記制御回路は、前記インバータ回路に含まれる前記ハイサイドスイッチと前記ローサイドスイッチの全てをオフとする第１のスイッチ状態から、前記インバータ回路に含まれる前記ハイサイドスイッチまたは前記ローサイドスイッチのうちの少なくとも２つをオンとする第２のスイッチ状態に切り替える第１切替部と、
前記第２のスイッチ状態から前記第１のスイッチ状態に切り替える第２切替部と、
前記第２のスイッチ状態から前記第１のスイッチ状態に切り替えたときに、前記シャント抵抗に流れる電流に基づいて前記モータのロータが空転していることを判定する空転判定部とをさらに有し、
前記制御回路は、前記空転判定部で前記モータのロータが空転していないことを確認した後に前記初期位置検出信号を生成する、
モータ駆動制御装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動制御装置及びモータ駆動制御方法に関する。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
位置センサレス方式の３相ＢＬＤＣモータ（ｂｒｕｓｈｌｅｓｓｄｃｍｏｔｏｒ）において、停止しているモータのロータ初期位置検出（ＩｎｉｔｉａｌＰｏｓｉｔｉｏｎＤｅｔｅｃｔｉｏｎ）として、１相励磁または１－２相励磁で、６方向の通電毎に巻線を通電により励磁させて、「規定電流への到達時間」または「規定時間における最大電流」を測定することにより、通電方向毎のコイルの磁気飽和の影響による時間または電流による差分を利用してロータの磁極位置（初期位置）を検出する方法が知られている（特許文献１，２，３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１０－４１８８１号公報
特開２０１６－１９４５４号公報
特開２０２１－１６４１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のロータの磁極位置の検出方法では、突極性の小さいＳＰＭＳＭ（Ｓｕｒｆａｃｅｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ）において、小電流の場合、コイルの磁気飽和による影響が小さく、ロータ位置が６０度の範囲（通電セクタ）で一意に決まらない問題があり、大電流の場合、コイルの磁気飽和によりロータ位置が決まるが、通電による「カツン」という磁気音の発生や、ロータが意図に反して回転してしまう問題がある。また、電流測定の分解能が低い場合、測定した差分が小さくなることにより、ロータの磁極位置の検出が困難になる問題がある。
【０００５】
本発明者らは、上記問題について鋭意検討したところ、１シャント方式の電流測定において、双方向電流検出回路を利用し、通電時にグランド方向に流れる通電電流と、遮断時にインバータ回路方向に流れる誘導性キックバックによるキックバック電流の両方を利用することによって、通電方向毎に規定時間において測定した電流の差分を大きくするために通電電流を増やすことなく、短時間で、低分解能の電流測定装置によるロータ初期位置検出が可能となり、キックバック電流がゼロに収束した後の次の通電開始により、正しい電流測定が行え、全６方向通電の測定時間が短縮することを見出し、本発明に至った。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解消するためのものであり、短時間で、低分解能の電流測定装置によるロータ初期位置検出をすることができるモータ駆動制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、少なくとも１相のコイルを有するモータを駆動するための駆動制御信号を生成する制御回路と、前記モータの各相のコイルに対応して設けられた互いに直列に接続されたハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを含むインバータ回路を有し、前記駆動制御信号に応じて前記ハイサイドスイッチと前記ローサイドスイッチを交互にオン・オフさせて、対応する相のコイルの通電方向を切り替えることにより、前記モータのロータを回転させる駆動回路と、前記インバータ回路とグランドの間に設けられたシャント抵抗と、前記シャント抵抗に流れる電流を、前記インバータ回路からグランドに向かうグランド方向およびその逆方向であるインバータ回路方向の双方向において検出する双方向電流検出回路と、を備え、前記制御回路は、前記モータのロータを回転させずに通電セクタを順次切り替えるように前記インバータ回路の前記ハイサイドスイッチと前記ローサイドスイッチをオン・オフさせて、前記通電セクタに対応するコイルの通電方向において通電と遮断とを行う初期位置検出信号を生成し、前記初期位置検出信号を生成したときに前記双方向電流検出回路において検出した電流に基づいて、前記通電セクタごとに、前記通電したときに前記グランド方向に流れる通電電流のピーク値と、前記通電を遮断したときに前記インバータ回路方向に流れる誘導性キックバックによるキックバック電流のピーク値とを取得し、前記通電セクタごとの前記通電電流のピーク値と前記キックバック電流のピーク値とに基づいて前記ロータの位置を推定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、短時間で、低分解能の電流測定装置によるロータ初期位置検出をすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
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１００の構成を示す図である。
モータ駆動制御装置１０の電流検出回路２２の構成例を示す図である。
３相のモータ３の各通電セクタにおける、インバータ回路２ａのスイッチ状態と電流ベクトルとを示す図である。
電流ベクトルの具体的な方向を示す図である。
空転制御信号Ｉｄによって切り替えられる、フリーモードに対応するスイッチ状態を説明するための図である。
空転制御信号Ｉｄによって切り替えられる、充電モードに対応するスイッチ状態を説明するための図である。
空転制御信号Ｉｄによって切り替えられる、放電モードに対応するスイッチ状態を説明するための図である。
実施の形態に係るモータ駆動制御装置１０における制御回路１の機能ブロック構成を示す図である。
モータ駆動制御装置１０の制御回路１に含まれる電流測定部１６の構成例を示す図である。
モータ３のロータが全く動いていないときにおいて、速度指令信号Ｓｃが入力され、ロータ空転検出が終了するまでの信号波形の一例を示すタイミングチャートを示す図である。
モータ３のロータが動いているときにおいて、速度指令信号Ｓｃが入力され、ロータ空転検出が終了するまでの信号波形の一例を示すタイミングチャートを示す図である。
モータユニット１００に電源投入後、速度指令信号Ｓｃが入力され、ロータの停止が確認された後、ロータ初期位置検出が終了するまでの信号波形の一例を示すタイミングチャートを示す図である。
モータユニット１００に電源投入後、速度指令信号Ｓｃが入力され、ロータの停止が確認された後、ロータ初期位置検出が終了するまでの信号波形の他の一例を示すタイミングチャートを示す図である。
モータユニット１００に電源投入後、速度指令信号Ｓｃが入力され、ロータの停止が確認された後、ロータ初期位置検出のうちの１つの通電セクタ分の通電・遮断の信号波形のさらに他の一例を示すタイミングチャートを示す図である。
実施の形態に係るモータ駆動制御装置１０の制御回路１における電源投入時の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
モータ駆動制御装置１０の制御回路１によるオフセット測定の流れの一例を示すフローチャートである。
モータ駆動制御装置１０の制御回路１によるロータ停止待ちの流れの一例を示すフローチャートである。
モータ駆動制御装置１０の制御回路１によるロータ初期位置測定の流れの一例を示すフローチャートである。
モータ駆動制御装置１０の制御回路１による通電セクタｎにおけるロータ初期位置測定の流れの一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
（【００１１】以降は省略されています）

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