特表-18142835IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ 日本電産株式会社の特許一覧
再表2018-142835モータ制御装置、センサレスブラシレスモータ、送風装置及びモータ制御方法
<>
  • 再表WO2018142835-モータ制御装置、センサレスブラシレスモータ、送風装置及びモータ制御方法 図000003
  • 再表WO2018142835-モータ制御装置、センサレスブラシレスモータ、送風装置及びモータ制御方法 図000004
  • 再表WO2018142835-モータ制御装置、センサレスブラシレスモータ、送風装置及びモータ制御方法 図000005
  • 再表WO2018142835-モータ制御装置、センサレスブラシレスモータ、送風装置及びモータ制御方法 図000006
  • 再表WO2018142835-モータ制御装置、センサレスブラシレスモータ、送風装置及びモータ制御方法 図000007
  • 再表WO2018142835-モータ制御装置、センサレスブラシレスモータ、送風装置及びモータ制御方法 図000008
  • 再表WO2018142835-モータ制御装置、センサレスブラシレスモータ、送風装置及びモータ制御方法 図000009
  • 再表WO2018142835-モータ制御装置、センサレスブラシレスモータ、送風装置及びモータ制御方法 図000010
  • 再表WO2018142835-モータ制御装置、センサレスブラシレスモータ、送風装置及びモータ制御方法 図000011
  • 再表WO2018142835-モータ制御装置、センサレスブラシレスモータ、送風装置及びモータ制御方法 図000012
  • 再表WO2018142835-モータ制御装置、センサレスブラシレスモータ、送風装置及びモータ制御方法 図000013
  • 再表WO2018142835-モータ制御装置、センサレスブラシレスモータ、送風装置及びモータ制御方法 図000014
  • 再表WO2018142835-モータ制御装置、センサレスブラシレスモータ、送風装置及びモータ制御方法 図000015
  • 再表WO2018142835-モータ制御装置、センサレスブラシレスモータ、送風装置及びモータ制御方法 図000016
  • 再表WO2018142835-モータ制御装置、センサレスブラシレスモータ、送風装置及びモータ制御方法 図000017
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO/0
(43)【国際公開日】2018年8月9日
【発行日】2019年12月26日
(54)【発明の名称】モータ制御装置、センサレスブラシレスモータ、送風装置及びモータ制御方法
(51)【国際特許分類】
   H02P 6/22 20060101AFI20191129BHJP
   H02P 6/18 20160101ALI20191129BHJP
【FI】
   H02P6/22
   H02P6/18
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】26
【出願番号】特願2018-565999(P2018-565999)
(21)【国際出願番号】PCT/0/0
(22)【国際出願日】2017年12月28日
(31)【優先権主張番号】特願2017-17905(P2017-17905)
(32)【優先日】2017年2月2日
(33)【優先権主張国】JP
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT
(71)【出願人】
【識別番号】000232302
【氏名又は名称】日本電産株式会社
(72)【発明者】
【氏名】山田 真弘
(72)【発明者】
【氏名】清水 大介
【テーマコード(参考)】
5H560
【Fターム(参考)】
5H560AA01
5H560BB04
5H560BB07
5H560BB12
5H560DA12
5H560EB01
5H560EC02
5H560HA00
5H560HC00
5H560RR01
5H560SS01
5H560TT01
5H560UA05
5H560UA06
(57)【要約】
複数相のコイルから通電するコイルを指定する通電パターンを決定する通電パターン決定部と、通電パターンに基づいてコイルに電流を供給する電流供給部と、を備え、前記通電パターン決定部は、通電パターンを決定してから次の通電パターンを決定するまでの時間を通電期間として、通電期間が前記ロータの回転速度に基づいて決められる第1動作モードと、通電期間が前記第1動作モードよりも長い第2動作モードと、を備え、起動開始時において、通電パターン決定部が、第2動作モードで複数の通電期間を経た後、第1動作モードに移行するモータ制御装置。
【選択図】図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁極を有するマグネットを含むロータと、
複数相のコイルを含むステータと、
を備えたセンサレスブラシレスモータの回転を制御するモータ制御装置であって、
前記複数相のコイルから通電するコイルを指定する通電パターンを決定する通電パターン決定部と、
前記通電パターンに基づいて前記コイルに電流を供給する電流供給部と、を備え、
前記通電パターン決定部は、
前記通電パターンを決定してから次の前記通電パターンを決定するまでの時間を通電期間として、前記通電期間が前記ロータの回転速度に基づいて決められる第1動作モードと、
前記通電期間が前記第1動作モードよりも長い第2動作モードと、を備え、
前記センサレスブラシレスモータの起動開始時において、前記通電パターン決定部が、前記第2動作モードで複数の通電期間を経た後、前記第1動作モードに移行するモータ制御装置。
【請求項2】
前記通電パターン決定部が前記第2動作モードで動作するときに、
前記電流供給部は、通電開始から最大値までの経過時間が前記最大値から通電終了までの経過時間よりも短い波形の電流を前記コイルに供給する請求項1に記載のモータ制御装置。
【請求項3】
前記第2動作モードにおいて前記通電期間が一定である請求項1又は請求項2に記載のモータ制御装置。
【請求項4】
前記センサレスブラシレスモータの起動開始時において、前記パターン決定部が、前記第2動作モードで前記通電パターンの決定を少なくとも3回行った後、前記第1動作モードに移行する請求項1から請求項3のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項5】
中心軸に沿って延びるシャフトおよび磁極を有するマグネットを備えたロータと、
前記シャフトの径方向に位置し、複数相のコイルのそれぞれを前記ロータと対向させて保持するステータと、
請求項1から請求項4のいずれかに記載のモータ制御装置と、を備えたセンサレスブラシレスモータ。
【請求項6】
請求項5に記載のセンサレスブラシレスモータと、
前記シャフトに取り付けられて前記シャフトと共に回転する羽根車と、を備えた送風装置。
【請求項7】
複数相のコイルを備えたセンサレスブラシレスモータのロータの回転を制御するモータ制御方法であって、
前記複数相のコイルから通電する前記コイルを指定する通電パターンを決定した後、前記通電パターンに基づいて前記コイルに電流を供給し、
前記通電パターンの決定は、
前記通電パターンを決定してから次の前記通電パターンを決定するまでを通電期間として、前記通電期間が前記ロータの回転速度に基づいて決められる第1動作モードと、
前記通電期間が前記第1動作モードよりも長い第2動作モードと、を含む複数の動作モードのいずれかで実行され、
前記センサレスブラシレスモータの起動開始時において、前記通電パターンの決定は、複数回の通電期間において前記第2動作モードであり、その後、前記第1動作モードに移行することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項8】
前記通電パターンの決定が前記第2動作モードで実行されるとき、通電開始から最大値までの経過時間が前記最大値から通電終了までの経過時間よりも短い波形の電流を前記コイルに供給する請求項7に記載のモータ制御方法。
【請求項9】
前記通電パターンの決定が前記第2動作モードで実行されるとき、前記通電期間が一定である請求項7又は請求項8に記載のモータ制御方法。
【請求項10】
前記センサレスブラシレスモータの起動開始時において、前記第2動作モードで前記通電パターンの決定を少なくとも4回行った後、前記第1動作モードに移行する請求項7から請求項9のいずれかに記載のモータ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、センサレスブラシレスモータを制御する制御方法及びモータ制御装置に関し、モータ制御装置で制御されるセンサレスブラシレスモータ及びセンサレスブラシレスモータを用いた送風装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、日本国公開公報特開2004−364473号公報に記載のブラシレスモータでは、所定のコイルにパルス電圧を印加し非通電相に誘起される誘起電圧に基づきロータ位置を検出し、その位置情報に基づいて3相巻線の通電方向を切り替えることで、所定の回転方向への起動を含む駆動の制御が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】日本国公開公報:特開2004−364473号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、日本国公開公報特開2004−364473号公報に記載のブラシレスモータの制御装置では、ロータの位置を検出するために、起動指令が発生したときに、起動前通電制御により、Y結線された起動対象のセンサレス方式の3相ブラシレスモータに、ロータの感応時間より短い間隔で通電方向を切り換えて、U相の巻線からV相の巻線、V相の巻線からW相の巻線、W相の巻線からU相の巻線の向きのパルス電流を順に通電し、各パルス電流の通電中に3相ブラシレスモータの非通電相巻線の電圧のY結線の中点電圧に対する高低を判別して各通電方向の判別結果からなる非通電相電圧情報を形成し、基準情報テーブルに保持された3相ブラシレスモータの複数のロータ位置それぞれでの非通電相電圧情報からなるロータ位置毎の基準電圧情報から、起動指令が発生したときの非通電相電圧情報に一致する基準電圧情報を検出し、検出した基準電圧情報のロータ位置を、起動指令が発生したときのロータ位置として検出し、該検出に基づいて3相ブラシレスモータの起動の通電方向を決定し、決定した通電方向に3相ブラシレスモータを強制通電して起動することが必要であり、構成が複雑である。
【0005】
また、ロータの開始時において、コイルに印加されるパルス電圧が長いと、ロータの位置によっては、一端、所望の回転方向と逆の方向に回転した後、所望の回転方向に回ることが起こり得る。このような、逆回転は、モータの振動の原因となりうる。
【0006】
そこで、本開示は、上記点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成を有するとともに、起動時を含む動作時の振動を抑制できる、モータ制御装置、センサレスブラシレスモータ及び送風装置を提供することを目的とする。
【0007】
また、本開示は、上記点に鑑みてなされたものであり、簡単な操作で、起動時を含む動作時の振動を抑制できる、モータ制御方法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】
【0008】
本開示の例示的なモータ制御装置は、磁極を有するマグネットを含むロータと、複数相のコイルを含むステータとを備えたセンサレスブラシレスモータの回転を制御するモータ制御装置であって、前記複数相のコイルから通電するコイルを指定する通電パターンを決定する通電パターン決定部と、前記通電パターンに基づいて前記コイルに電流を供給する電流供給部と、を備え、前記通電パターン決定部は、前記通電パターンを決定してから次の前記通電パターンを決定するまでの時間を通電期間として、前記通電期間が前記ロータの回転速度に基づいて決められる第1動作モードと、前記通電期間が前記第1動作モードよりも長い第2動作モードと、を備え、前記センサレスブラシレスモータの起動開始時において、前記通電パターン決定部が、前記第2動作モードで複数の通電期間を経た後、前記第1動作モードに移行することを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
例示的な本開示のモータ制御装置、センサレスブラシレスモータ及び送風装置によれば、簡単な構成を有するとともに、ブラシレスモータの起動時を含む動作時の振動を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1図1は、本開示にかかるブラシレスモータの一例の断面図である。
図2図2は、図1に示すブラシレスモータの概略図である。
図3図3は、ブラシレスモータの電気的な接続状態を示すブロック図である。
図4図4は、第1動作モードにおけるスイッチング回路の入力信号と通電パターンとを示す図である。
図5図5は、第1停止位置で停止したブラシレスモータを示す図である。
図6図6は、第2停止位置で停止したブラシレスモータを示す図である。
図7図7は、第3停止位置で停止したブラシレスモータを示す図である。
図8図8は、第4停止位置で停止したブラシレスモータを示す図である。
図9図9は、第5停止位置で停止したブラシレスモータを示す図である。
図10図10は、第6停止位置で停止したブラシレスモータを示す図である。
図11図11は、第2動作モードにおけるスイッチング回路の入力信号と通電パターンとを示す図である。
図12図12は、本開示にかかるブラシレスモータの起動時を示すタイミングチャートである。
図13図13は、本開示にかかるモータ駆動装置の電流制御部で制御された入力電流の波形を示す図である。
図14図14は、図13に示す入力電圧で動作したときのコイルに流れる電流及びロータに作用するトルクを示すタイミングチャートである。
図15図15は本開示にかかる送風装置の一例の要部を拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
<1.第1実施形態>
以下に本開示の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本開示にかかるブラシレスモータの一例の断面図である。図2は、図1に示すブラシレスモータの概略図である。なお、以下の説明では、シャフトの中心を中心軸とし、シャフトは中心軸周りに回転するものとする。そして、中心軸に沿う方向を軸方向とし、中心軸と直交する方向を径方向とし、中心軸を中心とする円の円周方向を周方向として説明する。また、ロータの回転方向については、ブラシレスモータの上面から見た方向において、図2に示すブラシレスモータを基準として、時計回り方向(CW方向)、反時計回り方向(CCW方向)を定義する。
【0012】
<1.1 ブラシレスモータの構成>
図1に示すように、本実施形態にかかるブラシレスモータAは、ステータ1と、ケーシング2と、ロータ3と、シャフト4と、軸受5と、軸受収納部材6とを有する。ステータ1は、ケーシング2に覆われる。ロータ3には、シャフト4が、取り付けられる。そして、シャフト4が、2個の軸受5を介して、ケーシング2に支持される。ロータ3は、環状のマグネット34を備え、ステータ1の外部に配置される。すなわち、本実施形態にかかるブラシレスモータAは、ステータ1の外側にロータ3が取り付けられたアウターロータ型のDCブラシレスモータである。なお、本実施形態については、アウターロータ型のDCブラシレスモータについて例示するが、本開示はインナーロータ型のDCブラシレスモータにも適用可能である。
【0013】
<1.2 ステータの構成>
ステータ1は、ステータコア11と、インシュレータ12と、コイル13とを有する。ステータコア11は、複数枚の鋼板(電磁鋼板)を軸方向に積層した構成を有する。すなわち、ステータコア11は、導電性を有する。なお、ステータコア11は、電磁鋼板を積層した構造に限定されず、単一の部材であってもよい。ステータコア11はコアバック111と、ティース112とを備える。コアバック111は、軸方向に延びる円筒形である。ティース112は、コアバック111の外周面から径方向外側に突出する。図2に示すようにステータコア11は、9個のティース112を備える。ティース112は、周方向に等間隔に配列される。すなわち、本実施形態のブラシレスモータAにおいて、ステータ1は、9スロットである。
【0014】
インシュレータ12は、ティース112を被覆する。インシュレータ12は、樹脂の成形体である。そして、コイル13は、インシュレータ12が被覆されたティース112に導線を巻き回した構成を有する。インシュレータ12によって、ティース112、すなわち、ステータコア11とコイル13とが絶縁される。なお、本実施形態において、インシュレータ12は、樹脂の成型体であるが、これに限定されない。ステータコア11とコイル13とを絶縁することができる構成を広く採用できる。
【0015】
上述のとおりインシュレータ12は、ステータコア11とコイル13を絶縁する。そのため、ステータコア11において、コアバック111の周囲には、インシュレータ12で被覆されない露出部が、形成される。
【0016】
そして、ステータ1に備えられた9個のコイル13は、電流が供給されるタイミングによって3系統(以下、3相とする)に分けられる。この3相を、それぞれ、U相、V相、W相とする。つまり、ステータ1は、3個のU相コイル13u、3個のV相コイル13v及び3個のW相コイル13wを備える。図2に示すように、U相コイル13u、V相コイル13v、W相コイル13wは、この順番に反時計回り方向に配列される。すなわち、U相コイル13uの反時計回り方向の隣にはV相コイル13vが配置される。また、V相コイル13vの反時計回り方向の隣にはW相コイル13wが配置される。さらに、W相コイル13wの反時計回り方向の隣にはU相コイル13uが配置される。なお、以下の説明において、3相を分けて説明する必要がない場合には、各相のコイルをまとめて単にコイル13として説明する。
【0017】
<1.3 ケーシングの構成>
ケーシング2は樹脂製であり、少なくとも露出部を露出させてステータ1を覆う。ケーシング2は、樹脂のモールド成型体である。すなわち、ケーシング2は、コイル13等の電気配線に水が付着することを防ぐ。また、ケーシング2は、ブラシレスモータAの筐体でもある。そのため、ケーシング2は、ブラシレスモータAが用いられる機器のフレーム等への固定に、用いることができる。そのため、ケーシング2のモールド成型には、ブラシレスモータAを保持することができる強度を有する樹脂が用いられる。なお、ケーシング2はモールド成型体に限らず、樹脂製または金属製のベース部材にステータ1が配置されていてもよい。つまり、ステータ1が非モールドの状態であってもよい。
【0018】
ケーシング2の軸方向の両端の中央部分には、開口部21を有する。ステータ1のコアバック111の露出部は、開口部21によって外部に露出する。開口部21には、軸受収納部材6に収納された軸受5が取り付けられる。
【0019】
<1.4 軸受の構成>
図2に示すように、軸受5は、外輪51と、内輪52と、複数のボール53とを備えた、転がり軸受である。軸受5の外輪51は、軸受収納部材6の内面に固定される。また、内輪52は、シャフト4に固定される。
【0020】
軸受5において、一方の端面は、軸受収納部材6と接触する。また、軸受5の他方の端面は、シャフト4に取り付けられた軸止め輪41と接触する。これにより、シャフト4の抜け止めが行われる。
【0021】
<1.5 シャフトの構成>
シャフト4は、軸方向に延びる円柱形状である。また、シャフト4は、軸受収納部6を介してケーシング2に取り付けられた2個の軸受5の内輪52に固定される。すなわち、シャフト4は、2個の軸受5に軸方向に離れた2箇所で回転可能に支持される。
【0022】
シャフト4の軸方向の一方の端部には、軸受5と接触する軸止め輪41が取り付けられる。また、シャフト4の軸方向の他方の端部には、シャフト4に固定されたロータ3に接触する軸止め輪42が取り付けられる。軸止め輪41及び42を取り付けることで、シャフト4の軸方向の移動が抑制される。なお、軸止め輪41、42は、例えば、Cリング等を挙げることができるが、これに限定されない。
【0023】
<1.6 ロータの構成>
図1に示すように、ロータ3は、内筒31と、外筒32と、連結部33と、マグネット34とを備える。内筒31および外筒32は、軸方向に延びる円筒形である。内筒31および外筒32は、中心線が一致する。内筒31の内周面にシャフト4が固定される。すなわち、ロータ3の中心部には、シャフト4が固定される。内筒31の軸方向一方側の端部は、軸受5と接触する。また、内筒31の軸方向他方側の端部には、軸止め輪42が接触する。
【0024】
外筒32は、ステータ1の軸方向と直交する径方向の外側に間隙をあけて配置される。 すなわち、ステータ1は、複数相のコイル13u、13v及び13wをシャフト4の径方向にロータ3と対向させて保持する。外筒32の内周面には、マグネット34が備えられる。マグネット34は、ステータコア11のティース112と径方向に対向する位置に、周方向に配列される。マグネット34は、リング形状で複数の磁極を有していても良いし、あるいは、磁極の異なる複数のマグネットを配置してもよい。なお、ロータ3では、6個のマグネット34が周方向に並ぶ。6個のマグネット34は、隣り合う磁極が異なる磁極であり、ロータ3は、6極である。
【0025】
連結部33は、内筒31と外筒32とを連結する。連結部33は、内筒31の外面から径方向外側に延び、外筒32の内面と接続する。なお、連結部33は、複数本の棒状の部材であってもよい。また、周方向に連続した、円環板状であってもよい。
【0026】
ロータ3は、シャフト4に対して固定されており、ロータ3とシャフト4とは、同時に回転する。そして、図2等に示すように、ロータ3は、ステータ1の径方向外側に配置される。すなわち、ブラシレスモータAにおいて、ロータ3が中心軸に沿って延びるシャフト4および磁極を有するマグネット34を有する。さらに、ブラシレスモータAは、シャフト4の径方向に位置し、複数相のコイル13のそれぞれをロータ3と対向させて保持するステータ1が配置される。
【0027】
ブラシレスモータAは、上述した構成を有する。ブラシレスモータAは、6極のマグネット34を有し、9スロットのステータ1を備えた、6極9スロットのブラシレスDCモータである。なお、極数及びスロット数は、上述に限定されるものではなく、ブラシレスDCモータとして駆動可能な極数及びスロット数であればよい。
【0028】
<1.7 モータ制御装置>
ブラシレスモータAのU相コイル13u、V相コイル13v及びW相コイル13wに所定の順序及び所定の方向で通電することで、各コイル13に磁界が発生する。そして、各コイル13u、13v、13wに発生する磁界は、通電の有無及び通電方向によって、発生する磁界が変化する。各コイル13u、13v、13wで発生する磁界と、マグネット34の磁界とが吸引反発することで、ロータ3に周方向の力が発生する。これにより、ロータ3およびシャフト4が、ケーシング2およびステータ1に対して、回転する。
【0029】
ブラシレスモータAには、ロータ3を回転駆動させるためのモータ制御装置が設けられる。以下に、モータ制御装置について、図面を参照して説明する。図3は、ブラシレスモータの電気的な接続状態を示すブロック図である。図3に示すように、ブラシレスモータAは、U相コイル13uと、V相コイル13vと、W相コイル13wとが、中性点P1で接続されたY型結線である。なお、ここでは、Y型結線であるが、デルタ型結線であってもよい。
【0030】
ブラシレスモータAは、電源Pwから供給される電流を、U相コイル13u、V相コイル13v及びW相コイル13wに供給するモータ制御装置8を備える。モータ制御装置8は、通電パターン決定部81と、電流供給部82と、タイマ83とを備える。すなわち、モータ制御装置8は、磁極を有するマグネット34を含むロータ3と、複数相のコイル13u、13v及び13wを含むステータ1とを備えたブラシレスモータAの回転を制御する。
【0031】
通電パターン決定部81は、U相コイル13u、V相コイル13v及びW相コイル13wのいずれのコイルに、どの方向に電流を流すかの情報を含む通電パターンを決定する。すなわち、通電パターン決定部81は、複数相のコイル13u、13v及び13wから通電するコイルを指定する通電パターンを決定する。通電パターンは、後述のとおり、予め決まっている。つまり、通電パターン決定部81は、予め決められた通電パターンの中から通電パターンを決定して、通電パターン情報として、後述する制御部84に送信する。通電パターンの詳細については、後述する。
【0032】
電流供給部82は、各コイル13u、13v及び13wに電流を供給する。電流供給部82は、制御部84と、スイッチング回路85と、電流制御部86とを備える。
【0033】
スイッチング回路85は、U相コイル13u、V相コイル13v及びW相コイル13wに対して、所定の方向で電流を流す回路である。スイッチング回路85は、6個のスイッチング素子Q1〜Q6を備えた、いわゆる、インバータ回路である。なお、以下の説明において、スイッチング素子Q1〜Q6について、第1スイッチング素子Q1〜第6スイッチング素子Q6とする場合がある。スイッチング素子Q1〜Q6は、制御部84からの信号に基づいて、ON又はOFFになる素子である。ここでは、バイポーラトランジスタを採用するが、これに限定されず、FET、MOSFET、IGBT等、同様の動作を行う素子を用いてもよい。
【0034】
図3に示すように、第1スイッチング素子Q1のエミッタと第4スイッチング素子Q4のコレクタとが接続される。すなわち、第1スイッチング素子Q1と第4スイッチング素子Q4は直列に接続される。同様に、第2スイッチング素子Q2のエミッタと第5スイッチング素子Q5のコレクタ、第3スイッチング素子Q3のエミッタと第6スイッチング素子Q6のコレクタとがそれぞれ接続される。そして、第1スイッチング素子Q1、第2スイッチング素子Q2及び第3スイッチング素子Q3のコレクタが接続されて、電流制御部86と接続される。また、第4スイッチング素子Q4、第5スイッチング素子Q5及び第6スイッチング素子Q6のエミッタが接続されるとともに、接地される。
【0035】
そして、第1スイッチング素子Q1と第4スイッチング素子Q4とを接続する接続線にV相コイル13vの中性点P1と反対側が接続される。第2スイッチング素子Q2と第5スイッチング素子Q5とを接続する接続線にW相コイル13wの中性点P1と反対側が接続される。そして、第3スイッチング素子Q3と第6スイッチング素子Q6とを接続する接続線にU相コイル13uの中性点P1と反対側が接続される。
【0036】
制御部84は、第1スイッチング素子Q1〜第6スイッチング素子Q6それぞれのベース端子に動作信号を送信する。スイッチング素子Q1〜Q6は、ベース端子に制御部84からの動作信号を受けていないとき(入力信号がLのときと称する場合がある)OFF、すなわち、電流が流れない。また、スイッチング素子Q1〜Q6は、制御部84から動作信号を受けるとき(入力信号がHのときと称する場合がある)ON、すなわち、電流が流れる。
【0037】
制御部84は、通電パターン決定部81から送られる通電パターン情報に基づいて、スイッチング素子Q1〜Q6のON又はOFFを決定し、ONにするスイッチング素子に対して動作信号を送信する。また、制御部84は、電流制御部86の制御も行う。すなわち、電流供給部82は、通電パターンに基づいてコイル13u、13v及び13wに電流を供給する。
【0038】
電源Pwは、交流を直流に変換して、ブラシレスモータAに供給する。電源Pwは、図示を省略した、整流回路と、平滑回路とを備える。整流回路は、例えば、ダイオードブリッジを用いて、交流を直流に変換する。平滑回路は、例えば、抵抗、コンデンサ及びコイル等を用いて、電流の変動(脈動)を平滑にする回路である。整流回路及び平滑回路は、既知の回路を用いており、詳細な説明は省略する。なお、電源Pwは、交流を直流に変換するものに限定されるものではない。電源Pwとして、例えば、直流をそのままの電圧、降圧又は昇圧して、直流をブラシレスモータAに供給する電源であってよい。
【0039】
電流制御部86は、電源Pwからスイッチング回路85に供給される電流の電流値、供給開始のタイミング、電流波形等を制御する。電流制御部86は、制御部84によって制御される。スイッチング回路85及び電流制御部86は、制御部84に制御されており、同期する。なお、本実施形態のモータ制御部8では、電流制御部86を制御部84と独立した回路として記載するが、電流制御部86は制御部84に含まれていてもよい。この場合、制御部84の回路の一部として設けられていてもよいし、制御部84で動作するプログラムとして設けられていてもよい。
【0040】
タイマ83は、通電パターン決定部81に接続される。タイマ83は、時間を計測しており、時間情報を通電パターン決定部81に受け渡す。通電パターン決定部81は、タイマ83からの時間情報に基づいて、通電パターンの決定を行う。
【0041】
ブラシレスモータAでは、構成のモータ制御装置8によって、各相のコイル13u、13v及び13wへの電流の供給が制御される。また、本実施形態に記載のブラシレスモータAは、ロータ3の位置検出用のセンサを省略した、センサレス方式のブラシレスモータである。以下の説明において、コイル13u、13v及び13wに、電流供給部82から中性点P1に向かって電流が流れる場合に、各コイル13u、13v及び13wのロータ3と対向する側がN極になるとする。
【0042】
<1.8 通電パターン>
通電パターンについて図面を参照して説明する。図4は、第1動作モードにおけるスイッチング回路の入力信号と通電パターンとを示す図である。第1動作モードM1は、ロータが予め決められた回転速度以上の一定の回転速度で回転する(定常回転とする)ときに実行されるモードである。また、図4に示すタイミングチャートは、ロータ3を定常回転させており、第1動作モードとする。図4において、上から順に第1スイッチング素子Q1〜第6スイッチング素子Q6への入力信号を示す。すなわち、信号がHにあるときには、スイッチング素子はONである。
【0043】
スイッチング回路85において、直列に接続されたスイッチング素子同士(Q1とQ4、Q2とQ5、Q3とQ6)以外の2個のスイッチング素子をONにすることで、U相コイル13u、V相コイル13v及びW相コイル13wのいずれか2つに電流を供給することができる。例えば、第3スイッチング素子Q3と第4スイッチング素子Q4とをONにすると、電流制御部86からの電流は、U相コイル13uに流れ中性点P1からV相コイル13vに流れる。
【0044】
通電パターン決定部81が決定する通電パターンは、電流が流れ込むコイル(IN側コイルとする)と、IN側コイルを流れた電流が中性点P1を介して流れ込むコイル(OUT側コイルとする)とを指定する。電流がU相コイル13uに流れ込み、V相コイル13vに流れる場合、U相コイル13uがIN側コイルであり、V相コイル13vがOUT側コイルである。このときの通電パターンをU−Vパターンとする。3相のコイル13u、13v及び13wを備えるブラシレスモータAの場合、W−Vパターン、U−Vパターン、U−Wパターン、V−Wパターン、V−Uパターン及びW−Uパターンの6パターンである。なお、ブラシレスモータAでは、上述の順番で通電パターンを切り替え、通電パターンに対応した電流がコイル13u、13v及び13wに供給されることで、ロータ3が反時計回り方向(CCW)方向に回転する。
【0045】
図4に示すタイミングチャートでは、横軸が時間である。そして、通電パターンが選択される期間、換言すると、或る通電パターンが決定されてから、次の通電パターンが決定されるまでの時間を通電期間とする。そして、電流供給部82は、通電期間に通電パターンによって決められたコイル13に電流を供給する。制御部84は、通電期間の間、スイッチング素子に駆動信号を送信し続ける。すなわち、或る通電パターンが決定されたことでONになったスイッチング素子は、通電期間の間ONの状態を継続する。なお、図4に示す第1動作モードM1の通電期間を第1通電期間T1とする。
【0046】
<1.9 ロータの位置>
図5は、第1停止位置で停止したブラシレスモータを示す図である。図6は、第2停止位置で停止したブラシレスモータを示す図である。図7は、第3停止位置で停止したブラシレスモータを示す図である。図8は、第4停止位置で停止したブラシレスモータを示す図である。図9は、第5停止位置で停止したブラシレスモータを示す図である。図10は、第6停止位置で停止したブラシレスモータを示す図である。
【0047】
図5図10では、ステータ1のコイル13u、13v及び13wと、マグネット34との位置関係を示すが実際には、ロータ3、シャフト4等も含まれる。また、各マグネット34を第1マグネット341〜第6マグネット346として区別する。図5において、上方に位置するマグネットを第1マグネット341とし、反時計回り方向に、第2マグネット342〜第6マグネット346が順に配列される。さらに、図5図10には、理解を容易にするため第1マグネット341〜第6マグネット346に磁極(N極又はS極)を示す。
【0048】
ブラシレスモータAのステータ1のティース112は、磁性鋼板等の磁性体で形成される。そして、各コイル13u、13v及び13wに電流が供給されていないときには、磁束を発生しない。そのため、ブラシレスモータAでは、電流の供給を停止すると、ティース112に巻きつけられるコイルの相に関係なく、ティース112とマグネット34とが磁力で引き合う。そして、ロータ3の慣性力による回転が終了すると、ティース112がマグネット34を引き付け、ロータ3は、マグネット34がティース112に引き付けられて停止する。電力の供給を停止した後のロータ3の停止を自然停止とし、停止位置を自然停止位置とする。
【0049】
図5図10に示すように、ブラシレスモータAにおいて、マグネット34とティース112に取り付けられたコイル13u、13v及び13wとの位置によって、複数の自然停止位置が存在する。図5図10に示すロータ3の自然停止位置は、6極9スロットのブラシレスモータAの自然停止位置である。ロータ3の停止位置については、極数及びスロット数によって変化する。なお、図5図10の各停止位置を、第1位置Ps1〜第6位置Ps6とする。
【0050】
例えば、第1位置Ps1にあるとき、通電パターンとしてW−Vパターンが決定されるとする。これにより、W相コイル13wがN極に、V相コイル13vがS極に励磁される。第1マグネット341、第3マグネット343及び第5マグネット345がS極に励磁されたV相コイル13vに引かれる。また、第2マグネット342、第4マグネット344及び第6マグネット346がN極に励磁されたW相コイル13wに引かれる。これにより、ロータ3は、反時計回り方向(CCW方向)に移動する。ロータ3は、図6に示す第2位置Ps2に移動する。
【0051】
そして、ロータ3が第2位置Ps2にあるとき、通電パターンをU−Vパターンとする。これにより、U相コイル13uがN極に励磁され、V相コイル13vがS極に励磁される。第2マグネット342、第4マグネット344及び第6マグネット346がN極に励磁されたU相コイル13uに引かれる。また、第1マグネット341、第3マグネット343及び第5マグネット345がS極に励磁されたV相コイル13vに引かれる。これにより、ロータ3は、反時計回り方向(CCW方向)に移動する。ロータ3は、図7に示す第3位置Ps3に移動する。
【0052】
以下、U−Wパターンで通電することで、ロータ3は、図8に示す第4位置Ps4に、V−Wパターンで通電することで、ロータ3は、図9に示す第5位置Ps5に移動する。そして、V−Uパターンで通電することで、ロータ3は、図10に示す第6位置Ps6に移動する。そして、ロータ3が第6位置Ps6にあるときに、W−Uパターンで通電することで、ロータ3は、図5に示す第1位置Ps1から120度回転する。なお、図5図10に示した、ロータ3のマグネット34には、説明の便宜上、個別の名称を付けたが、マグネット341、343及び345は、実質上、同等のものである。また、同様に、マグネット342、344、346も、実質上、同等のものである。そのため、第1位置Ps1から120度回転したときのマグネット34の磁極とコイル13の相の相対関係は、第1位置Ps1と、実質上、同じとみなすことができる。そのため、以下の説明において、ステータ1とマグネット34との位置は、第1位置Ps1〜第6位置Ps6が繰り返されるものとして説明する。
【0053】
ブラシレスモータAでは、通電パターンを切り替えてコイル13u、13v及び13wに電流を供給することで、ロータ3が回転する。そして、第1通電期間T1を変更することで、ロータ3の回転速度を変更することができる。例えば、第1通電期間T1を短くすることで、次の位置に到達するまでの時間が短くなる、すなわち、回転速度が速くなる。また、ブラシレスモータAにおいて、ロータ3に作用するトルク(力)は、供給される電流によって変化する。
【0054】
<1.10 モータ起動制御>
まず、ロータ3のステータ1に対する相対位置と通電パターンとの関係について説明する。本実施形態にかかるブラシレスモータAは、センサレス方式であるため、起動時のステータ1に対するロータ3の相対位置を取得しない。そのため、ブラシレスモータAでは、ロータ3の相対位置にかかわらず、上述の6個の通電パターンを回転方向に応じた順に順次実行する。
【0055】
ブラシレスモータAでは、ロータ3の位置(第1位置Ps1〜第6位置Ps6)によって、ロータ3を正転させるトルクが発生する通電パターンが異なる。すなわち、ロータ3が自然停止位置に停止中の場合、正転方向に起動可能な通電パターンと起動不可能又は逆転方向に起動させてしまう通電パターンとが存在する。ロータ3の位置と通電パターンによるロータ3の動作について説明する。なお、以下の説明において、ロータ3が、図5に示す第1位置Ps1にあるときについて説明する。また、通電はロータ3が自然停止位置で停止するまで行われるものとする。
【0056】
(1)W−Vパターン
ロータ3が第1位置Ps1にあるときには、V相コイル13v及びW相コイル13wの両方が、S極の磁極を持つマグネット342、344、346と対向する。この状態で、W相コイル13wをN極に励磁し、V相コイル13vをS極に励磁する。これにより、N極の磁極を持つマグネット341、343、345がV相コイル13vのそれぞれと対向する位置に移動し、S極の磁極を持つマグネット342、344、346がW相コイル13wのそれぞれと対向する第2位置Ps2(図6参照)に正転する。2相のコイル13v、13wがマグネットを引っ張る力を発生して、ロータ3を正転させるため、ロータ3を起動するのに十分なトルクを発生できる。このような、2相のコイルのそれぞれがマグネットと引力を発生可能な通電パターンをその位置における起動に適した通電パターンとする。つまり、W−Vパターンは第1位置Ps1における起動に適した通電パターンである。
【0057】
(2)U−Vパターン
通電パターン決定部81が、U−Vパターンを通電パターンとして決定すると、U相コイル13uがN極に励磁されV相コイル13vがS極に励磁される。このとき、ロータ3は、N極の磁極を持つマグネット341、343、345がV相コイル13vのそれぞれと対向し、S極の磁極を持つマグネット342、344、346がU相コイル13uのそれぞれと対向する第3位置Ps3(図7参照)まで正転(CCW方向に回転)する。
【0058】
次のU−Wパターンは、第3位置Ps3における起動に適した通電パターンである。U−Wパターンに決定されることで、ロータ3は、第4位置Ps4(図8参照)まで正転(CCW方向に回転)する。
【0059】
通電パターン決定部81が、U−Vパターンから決定を開始する場合、2回目の通電パターンの決定時に、起動に適した通電パターンとなる。なお、U−Vパターンの場合、U相コイル13uがN極の磁極を持つマグネット341、343、345の中心と対向する。
【0060】
(3)U−Wパターン
通電パターン決定部81が、U−Wパターンを通電パターンとして決定する。これにより、U相コイル13uがN極に励磁されW相コイル13wがS極に励磁される。このとき、ロータ3は、N極の磁極を持つマグネット341、343、345がW相コイル13wのそれぞれと対向し、S極の磁極を持つマグネット342、344、346がU相コイル13uのそれぞれと対向する。このとき、N極の磁極を持つマグネットとの間で反発する力と、S極の磁極を持つマグネットとの間で反発する力が打ち消し合い、ロータ3は動作しない、すなわち、停止状態が維持される。
【0061】
そして、ロータ3が第1位置Ps1のとき、通電パターン決定部81が、次のV−Wパターンを通電パターンとして決定する。これにより、V相コイル13vがN極に励磁され、W相コイル13wがS極に励磁される。ロータ3が第1位置Ps1にあるとき、N極の磁極を持つマグネット341、343、345がW相コイル13wのぞれぞれと対向し、S極の磁極を持つマグネット342、344、346がV相コイル13vのそれぞれと対向する第6位置Ps6(図10参照)まで逆転(CW方向に回転)する。
【0062】
そして、ロータ3が第6位置Ps6の時、通電パターン決定部81が、次のV−Uパターンを通電パターンとして決定する。ロータ3が第6位置Ps6にあるとき、N極の磁極を持つマグネット341、343、345がU相コイル13uのぞれぞれと対向し、S極の磁極を持つマグネット342、344、346がV相コイル13vのそれぞれと対向する。そのため、通電パターンが変わっても動作しない、すなわち停止状態が維持される。
【0063】
次のW−Uパターンは、第6位置Ps6のときの起動に適したパターンである。そのため、ロータ3は、第1位置Ps1(図5参照)に正転(CCW方向に回転)する。
【0064】
つまり、通電パターン決定部81がU−Wパターンから決定を開始する場合、3回の通電パターンの決定の後、その位置における起動に適した通電パターンとなる。
【0065】
(4)V−Wパターン
通電パターン決定部81が、V−Wパターンを通電パターンとして決定する。これにより、V相コイル13vがN極に励磁されW相コイル13wがS極に励磁される。このとき、ロータ3は、N極の磁極を持つマグネット341、343、345がW相コイル13wのそれぞれと対向し、S極の磁極を持つマグネット342、344、346がV相コイル13vのそれぞれと対向する第6位置Ps6(図10参照)まで逆転(CW方向に回転)する。
【0066】
そして、ロータ3が第6位置Ps6のとき、通電パターン決定部81が、次のV−Uパターンを通電パターンとして決定する。これにより、V相コイル13vがN極に励磁されU相コイル13uがS極に励磁される。ロータ3が第6位置Ps6にあるとき、N極の磁極を持つマグネット341、343、345がW相コイル13wのそれぞれと対向し、S極の磁極を持つマグネット342、344、346がV相コイル13vのそれぞれと対向する。そのため、通電パターンが変わっても動作しない、すなわち、停止状態が維持される。
【0067】
次のW−Uパターンは、第6位置Ps6のときの起動に適したパターンである。そのため、ロータ3は、第1位置Ps1(図5参照)に正転(CCW方向に回転)する。
【0068】
つまり、通電パターン決定部81がV−Wパターンから決定を開始する場合、2回の通電パターンの決定の後、ロータ3は正転可能な位置に移動する。
【0069】
(5)V−Uパターン
通電パターン決定部81が、V−Uパターンを通電パターンとして決定する。これにより、V相コイル13vがN極に励磁されU相コイル13uがS極に励磁される。ロータ3が第1位置Ps1にあるとき、N極の磁極を持つマグネット341、343、345がU相コイル13uのそれぞれと対向し、S極の磁極を持つマグネット342、344、346がV相コイル13vのそれぞれと対向する第6位置Ps6(図10参照)まで逆転(CW方向に回転)する。
【0070】
次のW−Uパターンは、第6位置Ps6のときの起動に適したパターンである。そのため、ロータ3は、第1位置Ps1(図5参照)に正転(CCW方向に回転)する。
【0071】
つまり、通電パターン決定部81がV−Uパターンから決定を開始する場合、1回の通電パターンの決定の後、ロータ3は正転可能な位置に移動する。
【0072】
(6)W−Uパターン
通電パターン決定部81が、W−Uパターンを通電パターンとして決定する。これにより、W相コイル13wがN極に励磁されU相コイル13uがS極に励磁される。ロータ3が第1位置Ps1にあるとき、N極の磁極を持つマグネット341、343、345がU相コイル13uのそれぞれと対向し、S極の磁極を持つマグネット342、344、346がW相コイル13wのそれぞれと対向する。そのため、通電パターンが変わっても動作しない、すなわち、停止状態が維持される。
【0073】
次のW−Vパターンは第1位置Ps1における起動に適した通電パターンである。そのため、W−Vパターンが選択されることで、ロータ3は、第2位置Ps2(図6参照)まで正転(CCW方向に回転)する。
【0074】
つまり、通電パターン決定部81がW−Uパターンから決定を開始する場合、1回の通電パターンの決定の後、ロータ3は正転可能となる。
【0075】
以上のとおり、ロータ3が第1位置Ps1にある場合、6個の通電パターンのいずれのパターンから起動開始した場合でも、少なくとも、3回の通電パターンを決定した次の通電パターンが決定された時には、正転に必要なトルクを発生させることができる。
【0076】
ロータ3が第1位置Ps1にあるときについて説明した。ブラシレスモータAでは、6個のマグネット34が周方向に等角度をなして配置されており、9個のコイル13が周方向に等間隔に並んでいる。そのため、ロータ3が第2位置Ps2〜第6位置Ps6のいずれの位置にあるときも、ロータ3が第1位置Ps1にあるときと、角度が異なる及び(又は)磁極(N極とS極)が入れ替わるだけである。そのため、ブラシレスモータAでは、ロータ3の自然停止位置にかかわらず、少なくとも3回の通電パターンを実行することで、その後の通電パターンは、その停止位置における起動に適した通電パターンとなる。
【0077】
また、ブラシレスモータAでは、ロータ3の位置検出を行わない。そのため、通電パターン決定部81は、現在のロータ3の状態を把握することができない。例えば、ロータ3が回転した状態で、コイル13u、13v及び13wへの電流の供給を開始、すなわち、起動を実行する場合がある。この場合、6個の通電パターンのいずれかを実行することで、ロータ3を停止させることが可能である。そして、ロータ3は、通電パターンによって決められた位置に移動して停止する。停止後、次の通電パターンは、その停止位置における起動に適した通電パターンである。
【0078】
つまり、ロータ3が回転するときであっても、少なくとも3回の通電パターンの決定を行うことで、その後決定される通電パターンは、ロータ3の位置における起動に適した通電パターンとなる。
【0079】
<1.10.1 第2動作モード>
図11は、第2動作モードにおけるスイッチング回路の入力信号と通電パターンとを示す図である。例えば、ロータ3が停止した状態で、通電パターンが決定された場合、上述したように、ロータ3の位置及び決定された通電パターンによって、逆転したり、回転しなかったりする場合がある。逆転する場合において、次の通電パターンの決定によって正転に切り替わると、トルクの方向が逆転する。例えば、第1動作モードM1のように短い第1通電期間T1で通電パターンが切り替わる場合、ロータ3が慣性力で回転している状態で、トルクの向きが逆になる。そのため、ロータ3の運動量の変化が大きくなり、振動が大きくなる。
【0080】
そこで、本開示にかかるモータ制御装置8において、通電パターン決定部81は、第1動作モードM1の第1通電期間T1よりも長い第2通電期間T2に設定された、第2動作モードM2を備える。すなわち、通電パターン決定部81は、通電パターンを決定してから次の前記通電パターンを決定するまでの時間を通電期間として、通電期間T1がロータ3の回転速度に基づいて決められる第1動作モードM1と、通電期間T2が前記第1動作モードM1よりも長い第2動作モードM2と、を備える。
【0081】
第1動作モードM1は、連続してロータ3を回転させる。そのため、第1通電期間T1は、ロータ3が決められた位置で停止する前に次の第1通電期間T1、すなわち、通電パターンに切り替わる時間である。このようにすることで、ロータ3に、常に、正転方向(CCW方向)のトルクを作用させる。これにより、ロータ3を継続して回転する。
【0082】
第2動作モードT2は、停止状態のロータ3が通電によって回転した後、コイル13u、13v及び13wとマグネット34の引力で決められた位置に停止させる。そのため、第2通電期間T2は、ロータ3停止状態のときに、コイル13u、13v及び13wに電流を供給してロータ3が回転し、その後、ロータ3がコイル13u、13v及び13wとマグネット34の引力で決められた位置に停止する時間である。なお、ここで停止とは、回転速度が厳密に「0」になる場合だけでなく、およそ「0」になる場合も含む。換言すると、回転方向が変化した場合にロータ3の運動量が一定以下となる回転速度を含むものとする。また、第2動作モードM2では、第2通電期間T2は、一定である。
【0083】
すなわち、通電パターン決定部81が、第1動作モードM1で動作するとき、モータ制御装置8は、ロータ3を連続して回転させる制御を行う。また、通電パターン決定部81が、第2動作モードM2で動作するとき、モータ制御装置8は、第2通電期間T2が次の第2通電期間T2に切り替わる直前において、ロータ3を一旦停止させる制御を行う。
【0084】
<1.11 モータ起動制御>
図12は、本開示にかかるブラシレスモータの起動時を示すタイミングチャートである。上述したとおり、ロータ3の起動時において、通電パターン決定部81は、ロータ3の位置を取得していない。そのため、通電パターンを決定したときに、ロータ3が逆転する場合もある。そこで、ロータ3の起動時に、複数の第2通電期間T2を経過するまでの間第2動作モードM2で起動し、その後、第1動作モードM1に切り替わる。すなわち、ブラシレスモータAの起動開始時において、通電パターン決定部81が、第2動作モードM2で複数の通電期間T2を経た後、第1動作モードM1に移行する。
【0085】
通電パターン決定部81が第2動作モードM2で動作する場合、起動時にロータ3が正転した場合でも逆転した場合でも、第2通電期間T2の切り替わり前にロータ3を停止させる。すなわち、通電パターン決定部81が第2動作モードM2で動作する場合、第2通電期間T2の開始時には、ロータ3の回転方向にかかわらず、ロータ3は、常に停止状態から回転開始になる。次の第2通電期間T2の動作の前にロータ3が停止するので、ロータ3の運動量の変動を低く抑えることができる。これにより、起動時のロータ3の回転方向の切り替わりにより発生する、振動を低減することが可能である。
【0086】
上述したとおり、ブラシレスモータAでは、ロータ3の位置に関係なく、任意の通電パターンから決められた順に、すなわち、ロータ3を正転(CCW方向に回転)させる順に、3回決定することで、起動に適した通電パターンとすることができる。
【0087】
そのため、本実施形態に係る通電パターン決定部81は、図12に示すように、起動開始直後、第2動作モードM2で通電パターンを決定する。そして、通電パターン決定部81は、第2通電期間T2が3回経過した後に、第1動作モードM1に移行する。このように、起動時に、通電期間が切り替わるごとにロータ3を停止する第2通電パターンM2で通電パターン決定部81が動作することで、ロータ3の回転のばらつき(正転、逆転、停止等)による、振動を抑制することができる。なお、図12において、第2通電期間T2が3回経過した後に第1動作モードM1に移行するが、これに限定されない。起動開始後、3回以上の連続した第2通電期間T2を経過した後に、第1動作モードM1に移行すればよい。すなわち、ブラシレスモータAの起動開始時において、パターン決定部81が、第2動作モードM2で通電パターンの決定を少なくとも3回行った後、第1動作モードM1に移行する。
【0088】
<2.第2実施形態>
本開示にかかるモータ駆動装置の他の例について図面を参照して説明する。図13は、本開示にかかるモータ駆動装置の電流制御部で制御された入力電流の波形を示す図である。図14は、図13に示す入力電圧で動作したときのコイルに流れる電流及びロータに作用するトルクを示すタイミングチャートである。電流制御部86による入力電流の波形以外は、第1実施形態のモータ制御装置8と同じ構成を有する。そのため、本実施形態ではモータ制御装置8の構成について、第1実施形態と同じ符号を使用するとともに、同じ部分の詳細な説明は省略する。
【0089】
図14は、第2動作モードM2における、各コイル13u、13v及び13wを流れる電流とロータ3に作用するトルクを示す。図14において、コイル13u、13v及び13wに流れる電流は、中性点P1に向かって流れる電流を正(「+」)とし、中性点P1から流れ出す電流を負(「−」)として示す。
【0090】
図13に示す図は、横軸が時間(s)であり、縦軸が電流(I)である。図13に示すように、電流制御部86からの入力電流Inは、通電開始Stから時間と共に増加し、時間st1に最大値Imaxに到達する。そして、時間st1から時間と共に減少し、時間st2で通電終了Edとなる。そして、入力電流Inは、通電開始Stから最大値Imaxまでの時間st1よりも、最大値Imaxから通電終了Edまでの時間(st2−st1)の方が長い。換言すると、通電開始Stから最大値Imaxまでの電流の変化率の方が、最大値Imaxから通電終了Edまでの電流の変化率よりも大きい。
【0091】
すなわち、電流供給部81は、通電開始Stから最大値Imaxまでの経過時間st1が最大値Imaxから通電終了Edまでの経過時間(st2−st1)よりも短い波形の電流をコイル13u、13v及び13wに供給する。
【0092】
そして、入力電流Inの通電開始St及び通電終了Edは、第2通電期間T2と同期する。すなわち、本実施形態において、第2動作モードM2では、図13に示す入力電流Inで示す電流が各第2通電期間T2に供給される。
【0093】
ブラシレスモータAにおいて、供給される電流の大きさによって、作用するトルクが変化する。そして、ブラシレスモータAでは、コギングトルクよりも大きなトルクをロータ3に作用することで、ロータ3を次の位置に移動させることができる。そこで、本実施形態では、第2動作モードM2において、第2通電期間T2の初期に、ロータ3が次の位置に移動可能なトルクを短時間作用させる。そして、その後、小さいトルクを作用させる又は慣性力で、次の位置まで移動させる。そのために、電流制御部86を制御して、図13に示す入力電流Inをコイル13u、13v及び13wに供給する。
【0094】
すなわち、本実施形態の第2動作モードM2で動作することで、第2通電期間T2の初期の短時間に、ロータ3に次の位置に移動させることができる程度のトルクを発生させる。そして、第2通電期間T2の残りの時間では、減少した入力電流Inによって発生するトルクと上述の開始直後のトルクによる回転の慣性力でロータ3を回転する。
【0095】
このように、ロータ3に供給する電流を、通電開始から最大値までの時間を最大値から通電終了までの時間よりも短くすることで、小さな電流でもロータ3を次の位置に移動させることができる。すなわち、ロータ3に作用させるトルクを小さくすることができる。また、短時間に最大トルクを作用させるため、最大トルクが作用した後のロータ3の回転速度を抑えることが可能である。これにより、ロータ3の動作の切り替えによる振動を抑制することができる。なお、ロータ3の動作の切り替えとは、例えば、正転と逆転の切り替え、回転と停止の切り替え等を挙げることができる。
【0096】
本実施形態では、通電開始から最大値までの時間が最大値から通電終了までの時間よりも短い波形の電流を供給することで、起動時のトルクを小さくする。そのため、起動時の消費電力を低減することができる。また、起動時のトルクを小さくすることで、ロータ3が次の位置に移動するときに、自然停止位置を通り過ぎることを抑制できる。これにより、ロータ3が自然停止位置の近傍で回転方向に円振動するのを抑制できる。このことからも、ブラシレスモータAの起動時の振動を低減することができる。
【0097】
<3.第3実施形態>
本開示にかかるブラシレスモータを用いた機器の一例である送風装置について、図面を参照して説明する。図15は本開示にかかる送風装置の一例の要部を拡大した断面図である。図15は、ブラシレスモータAが取り付けられる部分を拡大した断面図を示す。
【0098】
送風装置Fnは、ブラシレスモータAを含んでいる。シャフト4に対して固定されたロータ3が羽根車Iwと同一の部材で構成される。送風装置Fnは、ロータ3の外筒32の外周に設けられたインペラImを備える。すなわち、送風装置Fnは、ブラシレスモータAと、シャフト4に取り付けられてシャフト4と共に回転する羽根車Iwとを備える。インペラImは、シャフト4を中心に周方向に等間隔に並んでいる。インペラImは、ロータ3の回転によって、軸方向の空気の流れを発生させる。なお、羽根車Iwは、ロータ3とは別部材で構成されてもよい。このとき、羽根車Iwはロータ3に接合されるカップ部材を備え、カップ部材の外周にインペラImが設けられる。
【0099】
送風装置Fnが、例えば、ヘアドライヤ等の使用者が手に持って使用する機器に備えられる場合がある。送風装置Fnに、本開示にかかるブラシレスモータAを用いることで、起動時の振動を抑制して、使用者が機器の使用時に認識する振動を低減することができる。
【0100】
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示の趣旨の範囲内であれば、実施形態は種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【0101】
本開示は、ヘアドライヤ等に備えられる送風装置を駆動するモータとして用いることができる。
【符号の説明】
【0102】
A・・・ブラシレスモータ、1・・・ステータ、11・・・ステータコア、111・・・コアバック、112・・・ティース、12・・・インシュレータ、13・・・コイル、13u・・・U相コイル、13v・・・V相コイル、13w・・・W相コイル、2・・・ケーシング、21・・・開口部、3・・・ロータ、31・・・内筒、32・・・外筒、33・・・連結部、34・・・マグネット、341・・・第1マグネット、342・・・第2マグネット、343・・・第3マグネット、344・・・第4マグネット、345・・・第5マグネット、346・・・第6マグネット、4・・・出力軸、41・・・軸止め輪、42・・・軸止め輪、5・・・軸受、51・・・外輪、52・・・内輪、53・・・ボール、6・・・軸受収納部材、8・・・モータ制御装置、81・・・通電パターン決定部、82・・・電流供給部、83・・・タイマ、84・・・制御部、85・・・スイッチング回路、86・・・電流制御部、Pw・・・電源、Im・・・インペラ、Iw・・・羽根車、Fn・・・送風装置、Q1・・・第1スイッチング素子、Q2・・・第2スイッチング素子、Q3・・・第3スイッチング素子、Q4・・・第4スイッチング素子、Q5・・・第5スイッチング素子、Q6・・・第6スイッチング素子、Ps1・・・第1位置、Ps2・・・第2位置、Ps3・・・第3位置、Ps4・・・第4位置、Ps5・・・第5位置、Ps6・・・第6位置、M1・・・第1動作モード、M2・・・第2動作モード、St・・・通電開始、Ed・・・通電終了、In・・・入力電流、Tr・・・トルク、T1・・・第1通電期間、T2・・・第2通電期間

図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
【国際調査報告】