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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】特表2021-530192(P2021-530192A)
(43)【公表日】2021年11月4日
(54)【発明の名称】ブラシレス直流電気モータ、および関連する制御方法
(51)【国際特許分類】
H02P 6/16 20160101AFI20211008BHJP
H02P 23/14 20060101ALI20211008BHJP
【ＦＩ】
H02P6/16
H02P23/14
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】20
(21)【出願番号】特願2020-573333(P2020-573333)
(86)(22)【出願日】2019年6月27日
(85)【翻訳文提出日】2021年2月10日
(86)【国際出願番号】EP2019067257
(87)【国際公開番号】WO2020002559
(87)【国際公開日】20200102
(31)【優先権主張番号】1856031
(32)【優先日】2018年6月29日
(33)【優先権主張国】FR
(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】512092737
【氏名又は名称】ヴァレオ システム デシュヤージュ
【氏名又は名称原語表記】ＶＡＬＥＯ ＳＹＳＴＥＭＥＳ Ｄ’ＥＳＳＵＹＡＧＥ
(74)【代理人】
【識別番号】100091487
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 行孝
(74)【代理人】
【識別番号】100105153
【弁理士】
【氏名又は名称】朝倉 悟
(74)【代理人】
【識別番号】100127465
【弁理士】
【氏名又は名称】堀田 幸裕
(74)【代理人】
【識別番号】100164688
【弁理士】
【氏名又は名称】金川 良樹
(72)【発明者】
【氏名】ジョゼ−ルイ、エラーダ
【テーマコード（参考）】
5H505
5H560
【Ｆターム（参考）】
5H505DD08
5H505FF01
5H505HA08
5H505HB01
5H505JJ03
5H505JJ04
5H505LL24
5H505LL41
5H560BB04
5H560BB07
5H560BB12
5H560BB17
5H560DA02
5H560DB02
5H560EB01
5H560UA02
(57)【要約】
本発明は、ブラシレス直流電気モータ（１）を制御するための方法であって、前記電気モータ（１）は、永久磁石（９）を有するロータ（３）と、電磁励磁コイルを有するステータ（５）と、前記ロータ（３）の所定の角度位置を検出するように設計された、好適には単一のホール効果センサである少なくとも１つのホール効果センサ（１７）と、少なくとも１つのコイルの領域における電気変数であって、前記ロータ（３）の位置に応じて変化する電気変数を測定するための手段と、を備え、前記方法は、前記電気モータ（１）を始動させるための以下のステップ、すなわち、少なくとも１つのコイルの領域における前記電気変数が、前記測定手段を使用して測定されるステップ（１０２）と、前記電気変数の測定値に基づいて前記ロータの位置が特定されるステップ（１０３）と、前記特定されたロータ（１０４）の位置に関連する所定の励磁信号が印加されるステップと、次いで、前記ホール効果センサ（１７）の状態変化毎に、所定の励磁信号のシーケンスが印加されるステップ（１０５）と、を備える制御方法に関する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ブラシレス直流電気モータ（１）を制御するための方法であって、前記電気モータ（１）は、
−永久磁石（９）を備えるロータ（３）と、
−電磁励磁コイルを有するステータ（５）と、
−前記ロータ（３）の所定の角度位置を検出するように構成された、好適には単一のホール効果センサである少なくとも１つのホール効果センサ（１７）と、
−単数または複数のコイルにおける電気量であって、前記ロータ（３）の位置に応じて変化する電気量を測定するための手段と、
を備え、
前記方法は、前記電気モータ（１）を始動させるための以下のステップ、すなわち、
−単数または複数のコイルにおける前記電気量が、前記測定の手段を使用して測定されるステップ（１０２）と、
−前記電気量の測定値に基づいて前記ロータの位置が特定されるステップ（１０３）と、
−前記特定されたロータ位置に関連する所定の励磁信号が印加されるステップ（１０４）と、
−次いで、前記ホール効果センサ（１７）の状態変化毎に、所定の励磁信号のシーケンスが印加されるステップ（１０５）と、
を備える制御方法。
−永久磁石（９）を備えるロータ（３）と、
−電磁励磁コイルを有するステータ（５）と、
−前記ロータ（３）の所定の角度位置を検出するように構成された、好適には単一のホール効果センサである少なくとも１つのホール効果センサ（１７）と、
−単数または複数のコイルにおける電気量であって、前記ロータ（３）の位置に応じて変化する電気量を測定するための手段と、
を備え、
前記方法は、前記電気モータ（１）を始動させるための以下のステップ、すなわち、
−単数または複数のコイルにおける前記電気量が、前記測定の手段を使用して測定されるステップ（１０２）と、
−前記電気量の測定値に基づいて前記ロータの位置が特定されるステップ（１０３）と、
−前記特定されたロータ位置に関連する所定の励磁信号が印加されるステップ（１０４）と、
−次いで、前記ホール効果センサ（１７）の状態変化毎に、所定の励磁信号のシーケンスが印加されるステップ（１０５）と、
を備える制御方法。
【請求項2】
−前記ロータ（３）を回転駆動するように、前記ロータ（３）の位置に応じて前記コイルに印加される前記励磁信号を決定する第１予備ステップと、
−前記ロータ（３）の異なる位置に関連する前記電気量の値を測定する第２予備ステップと、
を更に備える請求項１に記載の制御方法。
−前記ロータ（３）の異なる位置に関連する前記電気量の値を測定する第２予備ステップと、
を更に備える請求項１に記載の制御方法。
【請求項3】
前記電気量は、前記コイルのうちの少なくとも１つのインダクタンス（Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｅ）である、
請求項１または２に記載の制御方法。
請求項１または２に記載の制御方法。
【請求項4】
前記電気量は、前記コイルのうちの２つの間の相互インダクタンスである、
請求項１または２に記載の制御方法。
請求項１または２に記載の制御方法。
【請求項5】
前記コイルは、星形配置の３つの相（Ａ、Ｂ、およびＣ）を形成し、
前記電気量の測定は、以下のステップ、すなわち、
−所定の電圧が第１および第２相（Ａ、Ｂ）に関連する前記コイル間に印加され、前記電圧が前記第２または第３相（Ｂ、Ｃ）において測定され、前記測定された電圧の値が前記印加電圧の半分の値と比較され、前記第１および第２相（Ａ、Ｂ）に関連する前記インダクタンス（Ｌａ、Ｌｂ）間の相対値が推定されるステップと、
−所定の電圧が前記第１および第３相（Ａ、Ｃ）に関連する前記コイル間に印加され、前記電圧が前記第３または第２相（Ｂ、Ｃ）において測定され、前記測定された電圧の値が前記印加電圧の半分の値と比較され、前記第１および第３相（Ａ、Ｃ）に関連する前記インダクタンス（Ｌａ、Ｌｅ）間の相対値が推定されるステップと、
−所定の電圧が前記第２および第３相（Ｂ、Ｃ）に関連する前記コイル間に印加され、前記記電圧が第３または第１相（Ａ、Ｃ）において測定され、前記測定された電圧の値が前記印加電圧の半分の値と比較され、前記第１および第３相（Ｂ、Ｃ）に関連する前記インダクタンス（Ｌｂ、Ｌｅ）間の相対値が推定されるステップと、
を備え、
前記ロータ（３）の位置が、前記異なる相（Ａ、Ｂ、Ｃ）に関連する前記インダクタンス（Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｅ）の相対値と、前記ホール効果センサ（１７）が送信する前記信号の値とに基づいて特定される、
請求項１乃至４のいずれかに記載の制御方法。
前記電気量の測定は、以下のステップ、すなわち、
−所定の電圧が第１および第２相（Ａ、Ｂ）に関連する前記コイル間に印加され、前記電圧が前記第２または第３相（Ｂ、Ｃ）において測定され、前記測定された電圧の値が前記印加電圧の半分の値と比較され、前記第１および第２相（Ａ、Ｂ）に関連する前記インダクタンス（Ｌａ、Ｌｂ）間の相対値が推定されるステップと、
−所定の電圧が前記第１および第３相（Ａ、Ｃ）に関連する前記コイル間に印加され、前記電圧が前記第３または第２相（Ｂ、Ｃ）において測定され、前記測定された電圧の値が前記印加電圧の半分の値と比較され、前記第１および第３相（Ａ、Ｃ）に関連する前記インダクタンス（Ｌａ、Ｌｅ）間の相対値が推定されるステップと、
−所定の電圧が前記第２および第３相（Ｂ、Ｃ）に関連する前記コイル間に印加され、前記記電圧が第３または第１相（Ａ、Ｃ）において測定され、前記測定された電圧の値が前記印加電圧の半分の値と比較され、前記第１および第３相（Ｂ、Ｃ）に関連する前記インダクタンス（Ｌｂ、Ｌｅ）間の相対値が推定されるステップと、
を備え、
前記ロータ（３）の位置が、前記異なる相（Ａ、Ｂ、Ｃ）に関連する前記インダクタンス（Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｅ）の相対値と、前記ホール効果センサ（１７）が送信する前記信号の値とに基づいて特定される、
請求項１乃至４のいずれかに記載の制御方法。
【請求項6】
前記コイルは、星形配置の３つの相（Ａ、Ｂ、およびＣ）を形成し、
前記電気量の測定は、以下のステップ、すなわち、
−所定の電圧が第１および第２相（Ａ、Ｂ）に関連する前記コイル間に印加され、第１電圧が前記第２位相（Ｂ）において測定されるステップと、
−同じ前記所定の電圧が逆電流で前記第１および第２相（Ａ、Ｂ）に関連する前記コイル間に印加され、第２電圧が前記第２相（Ｂ）において測定されるステップと、
−前記測定された第１電圧の値と第２電圧の値とが比較され、前記第１および第２相（Ａ、Ｂ）に関連する前記インダクタンス（Ｌａ、Ｌｂ）の相対値が推定されるステップと、
−所定の電圧が前記第１および第３相（Ｂ、Ｃ）に関連する前記コイル間に印加され、第３電圧が前記第３相（Ｃ）において測定されるステップと、
−同じ前記所定の電圧が逆電流で前記第１および第３相（Ａ、Ｃ）に関連する前記コイル間に印加され、第４電圧が前記第３相（Ｃ）において測定されるステップと、
前記測定された第３電圧の値と第４電圧の値とが比較され、前記第１および第３相（Ａ、Ｃ）に関連する前記インダクタンス（Ｌａ、Ｌｅ）の相対値が推定されるステップと、
−所定の電圧が前記第２および第３相（Ｂ、Ｃ）に関連する前記コイル間に印加され、第５電圧が前記第３相（Ｃ）において測定されるステップと、
同じ前記所定の電圧が逆電流で前記第２および第３相（Ｂ、Ｃ）に関連する前記コイル間に印加され、第６電圧が前記第３相（Ｃ）において測定されるステップと、
前記測定された第５電圧の値と第６電圧の値とが比較され、前記第２および第３相（Ｂ、Ｃ）に関連する前記インダクタンス（Ｌｂ、Ｌｅ）の相対値が推定されるステップと、
を備え、
前記ロータ（３）の位置が、前記異なる相（Ａ、Ｂ、Ｃ）に関連する前記インダクタンス（Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｅ）の相対値と、前記ホール効果センサ（１７）が送信する信号の値とに基づいて特定される、
請求項１乃至４のいずれかに記載の制御方法。
前記電気量の測定は、以下のステップ、すなわち、
−所定の電圧が第１および第２相（Ａ、Ｂ）に関連する前記コイル間に印加され、第１電圧が前記第２位相（Ｂ）において測定されるステップと、
−同じ前記所定の電圧が逆電流で前記第１および第２相（Ａ、Ｂ）に関連する前記コイル間に印加され、第２電圧が前記第２相（Ｂ）において測定されるステップと、
−前記測定された第１電圧の値と第２電圧の値とが比較され、前記第１および第２相（Ａ、Ｂ）に関連する前記インダクタンス（Ｌａ、Ｌｂ）の相対値が推定されるステップと、
−所定の電圧が前記第１および第３相（Ｂ、Ｃ）に関連する前記コイル間に印加され、第３電圧が前記第３相（Ｃ）において測定されるステップと、
−同じ前記所定の電圧が逆電流で前記第１および第３相（Ａ、Ｃ）に関連する前記コイル間に印加され、第４電圧が前記第３相（Ｃ）において測定されるステップと、
前記測定された第３電圧の値と第４電圧の値とが比較され、前記第１および第３相（Ａ、Ｃ）に関連する前記インダクタンス（Ｌａ、Ｌｅ）の相対値が推定されるステップと、
−所定の電圧が前記第２および第３相（Ｂ、Ｃ）に関連する前記コイル間に印加され、第５電圧が前記第３相（Ｃ）において測定されるステップと、
同じ前記所定の電圧が逆電流で前記第２および第３相（Ｂ、Ｃ）に関連する前記コイル間に印加され、第６電圧が前記第３相（Ｃ）において測定されるステップと、
前記測定された第５電圧の値と第６電圧の値とが比較され、前記第２および第３相（Ｂ、Ｃ）に関連する前記インダクタンス（Ｌｂ、Ｌｅ）の相対値が推定されるステップと、
を備え、
前記ロータ（３）の位置が、前記異なる相（Ａ、Ｂ、Ｃ）に関連する前記インダクタンス（Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｅ）の相対値と、前記ホール効果センサ（１７）が送信する信号の値とに基づいて特定される、
請求項１乃至４のいずれかに記載の制御方法。
【請求項7】
前記所定の電圧の印加時間は、１乃至５０μｓ、または好適には３乃至１０μｓの時間間隔から選択される、
請求項６に記載の方法。
請求項６に記載の方法。
【請求項8】
前記電気モータ（１）は、３つの相（Ａ、Ｂ、Ｃ）を備え、
前記ロータ（３）のサイクルは、それぞれ６個の励磁信号に関連付けられる６個の角度部分に分割可能であり、３つの角度部分が前記ホール効果センサ（１７）からの前記信号の第１レベルに対応し、他の３つの角度部分が前記ホール効果センサ（１７）からの前記信号の第２レベルに対応し、前記ホール効果センサ（１７）に対応する前記３つの角度部分のうち、前記ロータ（３）の位置に対応する前記角度部分が、前記電気量の測定に基づいて特定される、
請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
前記ロータ（３）のサイクルは、それぞれ６個の励磁信号に関連付けられる６個の角度部分に分割可能であり、３つの角度部分が前記ホール効果センサ（１７）からの前記信号の第１レベルに対応し、他の３つの角度部分が前記ホール効果センサ（１７）からの前記信号の第２レベルに対応し、前記ホール効果センサ（１７）に対応する前記３つの角度部分のうち、前記ロータ（３）の位置に対応する前記角度部分が、前記電気量の測定に基づいて特定される、
請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
【請求項9】
前記制御方法は、６個の励磁信号を備え、
各励磁信号は、第１相（Ａ、Ｂ、Ｃ）への正電圧の供給、第２相（Ｂ、Ｃ、Ａ）への負電圧の供給、および接地または開放した第３相（Ｃ、Ａ、Ｂ）に対応する、
請求項４に記載の制御方法。
各励磁信号は、第１相（Ａ、Ｂ、Ｃ）への正電圧の供給、第２相（Ｂ、Ｃ、Ａ）への負電圧の供給、および接地または開放した第３相（Ｃ、Ａ、Ｂ）に対応する、
請求項４に記載の制御方法。
【請求項10】
−永久磁石を備えるロータ（３）と、
−電磁励磁コイルを有するステータ（５）と、
−前記ロータ（３）の所定の角度位置を検出するように構成された、好適には単一のホール効果センサである少なくとも１つのホール効果センサ（１７）と、
−前記ロータ（３）を回転駆動するように、前記ロータ（３）の位置に応じて所定の励磁信号を前記コイルに印加するように構成された制御ユニット（１４）と、
を備えるブラシレス直流電気モータ（１）であって、
前記制御ユニット（１４）は、また、始動時に、
−単数または複数のコイルにおける電気量であって、前記ロータ（３）の位置に応じて変化する電気量を測定するステップ（１０２）と、
−前記測定された電気量の値に応じて前記ロータ（３）の位置を特定するステップ（１０３）と、
−前記ロータ（３）の特定された位置に関連する所定の励磁信号を印加するステップ（１０４）と、
−次いで、前記ホール効果センサ（１７）の状態変化毎に、所定の励磁信号のシーケンスを印加するステップ（１０５）と、
を実施するように構成される、
電気モータ（１）。
−電磁励磁コイルを有するステータ（５）と、
−前記ロータ（３）の所定の角度位置を検出するように構成された、好適には単一のホール効果センサである少なくとも１つのホール効果センサ（１７）と、
−前記ロータ（３）を回転駆動するように、前記ロータ（３）の位置に応じて所定の励磁信号を前記コイルに印加するように構成された制御ユニット（１４）と、
を備えるブラシレス直流電気モータ（１）であって、
前記制御ユニット（１４）は、また、始動時に、
−単数または複数のコイルにおける電気量であって、前記ロータ（３）の位置に応じて変化する電気量を測定するステップ（１０２）と、
−前記測定された電気量の値に応じて前記ロータ（３）の位置を特定するステップ（１０３）と、
−前記ロータ（３）の特定された位置に関連する所定の励磁信号を印加するステップ（１０４）と、
−次いで、前記ホール効果センサ（１７）の状態変化毎に、所定の励磁信号のシーケンスを印加するステップ（１０５）と、
を実施するように構成される、
電気モータ（１）。
【請求項11】
前記ホール効果センサ（１７）は、前記ロータ（３）に連結された制御磁石（１９）に関連付けられ、前記制御磁石（１９）の極対の個数は、前記電気モータ（１）の極対の個数の３倍に等しい、
請求項１０に記載の電気モータ（１）。
請求項１０に記載の電気モータ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、特に自動車両機器を対象としたブラシレス直流電気モータに関する。
【背景技術】
【0002】
多くのブラシレス直流電気モータが、自動車両機器において、特にワイパー装置のギアードモータにおいて使用されている。
【0003】
ブラシレス直流電気モータは、長い寿命、小さい全体寸法、少ない消費電力等の多くの利点を有し得る。
【0004】
しかしながら、ブラシ付きの電気モータに比較して、電気モータの制御は複雑である。なぜならば、正しい動作を得るために、ブラシレス直流電気モータのロータの角度位置を正確に把握することが不可欠なためである。この理由は、このような電気モータが、ロータに配置された永久磁石を駆動するように、ステータに配置された電磁励磁コイルであって、インバータを介して交互に給電される電磁励磁コイルを備えていることにある。
【0005】
最適なタイミングでインバータスイッチを切り替える、したがって電磁コイルへの給電を切り替えてロータを所望どおり駆動させるために、ロータの位置を、少なくともセクタにより、切り替え中に数個の正確なポイントで把握する必要がある（通常、台形励磁の場合、ロータの１回転毎に６回の切り替え）。
【0006】
また、始動時に、適切な励磁信号を印加できるように、ロータの位置を把握する必要がある。専用の位置センサを使用してもよいが、コストが余計にかかる。
【0007】
したがって、始動時のロータ位置を検出するための経済的な解決策を見出すことが所望されている。
【発明の概要】
【0008】
この目的のために、本発明は、ブラシレス直流電気モータを制御するための方法であって、前記電気モータは、
−永久磁石を備えるロータと、
−電磁励磁コイルを有するステータと、
−前記ロータの所定の角度位置を検出するように構成された、好適には単一のホール効果センサである少なくとも１つのホール効果センサと、
−単数または複数のコイルにおける電気量であって、前記ロータの位置に応じて変化する電気量を測定するための手段と、
を備え、
前記方法は、前記電気モータを始動させるための以下のステップ、すなわち、
−単数または複数のコイルにおける前記電気量が、前記測定手段を使用して測定されるステップと、
−前記電気量の測定値に基づいて前記ロータの位置が特定されるステップと、
−前記特定されたロータ位置に関連する所定の励磁信号が印加されるステップと、
−次いで、前記ホール効果センサの状態変化毎に、所定の励磁信号のシーケンスが印加されるステップと、
を備える制御方法に関する。
【0009】
また、本方法は、以下の態様のうちの少なくとも１つを備え得る。−前記電気モータは、磁極集中を有する電気モータである。
−前記永久磁石は、強磁性材料の本体に一体化（または埋設または埋蔵）されている。
−前記ホール効果センサは、前記ロータに連結された制御磁石に関連付けられ、前記制御磁石の極対の個数は、前記電気モータの極対の個数の３倍に等しい。
−前記ロータ（３）を回転駆動するように、前記ロータ（３）の位置に応じて前記コイルに印加される前記励磁信号を決定する第１予備ステップ。
−前記ロータ（３）の異なる位置に関連する前記電気量の値を測定する第２予備ステップ。
【0010】
前記電気量は、前記コイルのうちの少なくとも１つのインダクタンスである。
【0011】
前記電気量は、前記コイルのうちの２つの間の相互インダクタンスである。
【0012】
前記コイルは、星形配置のされた３つの相を形成し、前記電気量の測定は、以下のステップ、すなわち、
−所定の電圧が第１および第２相に関連する前記コイル間に印加され、前記電圧が前記第２または第３相において測定され、前記測定された電圧の値が前記印加電圧の半分の値と比較され、前記第１および第２相に関連するインダクタンス間の相対値が推定されるステップと、
−所定の電圧が前記第１および第３相に関連する前記コイル間に印加され、前記電圧が前記第３または第２相において測定され、前記測定された電圧の値が前記印加電圧の半分の値と比較され、前記第１および第３相に関連する前記インダクタンス間の相対値が推定されるステップと、
−所定の電圧が前記第２および第３相に関連する前記コイル間に印加され、前記記電圧が第３または第１相において測定され、前記測定された電圧の値が前記印加電圧の半分の値と比較され、前記第２および第３相に関連する前記インダクタンス間の相対値が推定されるステップと、
を備え、
前記ロータの位置が、前記異なる相に関連する前記インダクタンスの相対値と、前記ホール効果センサが送信する前記信号の値とに基づいて特定される。
【0013】
前記コイルは、星形配置の３つの相を形成し、前記電気量の測定は、以下のステップ、すなわち、
−所定の電圧が第１および第２相に関連する前記コイル間に印加され、第１電圧が前記第２相において測定されるステップと、
−同じ所定の電圧が逆電流で前記第１および第２相に関連する前記コイル間に印加され、第２電圧が前記第２相において測定されるステップと、
−前記測定された第１電圧の値と第２電圧の値とが比較され、前記第１および第２相に関連する前記インダクタンスの相対値が推定されるステップと、
−所定の電圧が前記第３および第３相に関連する前記コイル間に印加され、第１電圧が前記第３相において測定されるステップと、
−同じ所定の電圧が逆電流で前記第１および第３相に関連する前記コイル間に印加され、第４電圧が前記第３相において測定されるステップと、
前記測定された第３電圧の値と第４電圧の値とが比較され、前記第１および第３相に関連する前記インダクタンスの相対値が推定されるステップと、
−所定の電圧が前記第２および第３相に関連する前記コイル間に印加され、第５電圧が前記第３相において測定されるステップと、
同じ所定の電圧が逆電流で前記第２および第３相に関連する前記コイル間に印加され、第６電圧が前記第３相において測定されるステップと、
前記測定された第５電圧の値と第６電圧の値とが比較され、前記第２および第３相に関連する前記インダクタンスの相対値が推定されるステップと、
を備え、
前記ロータの位置が、前記異なる相に関連する前記インダクタンスの相対値と、前記ホール効果センサが送信する信号の値とに基づいて特定される。
【0014】
前記所定の電圧の印加時間は、１乃至５０μｓ、または好適には３乃至１０μｓの時間間隔から選択される。
【0015】
前記電気モータは、３つの相を備え、前記ロータのサイクルは、それぞれ６個の励磁信号に関連付けられる６個の角度部分に分割可能であり、３つの角度部分が前記ホール効果センサからの前記信号の第１レベルに対応し、他の３つの角度部分が前記ホール効果センサからの前記信号の第２レベルに対応し、前記ホール効果センサに対応する前記３つの角度部分のうち、前記ロータの位置に対応する前記角度部分が、前記電気量の測定に基づいて特定される。
【0016】
前記制御方法は、６個の励磁信号を備え、各励磁信号は、第１相への正電圧の供給、第２相への負電圧の供給、および接地または開放した第３相に対応する。
【0017】
また、本発明は、−永久磁石を備えるロータと、
−電磁励磁コイルを有するステータと、
−前記ロータの所定の角度位置を検出するように構成された、好適には単一のホール効果センサである少なくとも１つのホール効果センサと、
−前記ロータを回転駆動するように、前記ロータの位置に応じて所定の励磁信号を前記コイルに印加するように構成された制御ユニットと、
を備えるブラシレス直流電気モータであって、
前記制御ユニットは、また、始動時に、
−単数または複数のコイルにおける電気量であって、前記ロータの位置に応じて変化する電気量を測定するステップと、
−前記測定された電気量の値に応じて前記ロータの位置を特定するステップと、
−前記ロータの特定された位置に関連する所定の励磁信号を印加するステップと、
−次いで、前記ホール効果センサの状態変化毎に、所定の励磁信号のシーケンスを印加するステップと、
を実施するように構成される、ブラシレス直流電気モータに関する。
【0018】
本発明の別の態様によれば、前記電気モータは、磁極集中を有する電気モータである。
【0019】
本発明の別の態様によれば、前記永久磁石は、強磁性材料の本体に一体化（または埋設または埋蔵）されている。
【0020】
本発明の別の態様によれば、前記ホール効果センサは、前記ロータに連結された制御磁石に関連付けられ、前記制御磁石の極対の個数は、前記電気モータの極対の個数の３倍に等しい。
【0021】
本発明の他の特徴および利点は、添付図面を参照して非限定的な例としてなされる以下の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】電気モータの一部を示す図。
【図2】電気モータの一部を示す図。
【図3】ロータの位置に応じて電気モータの相に印加される制御信号の図。
【図4】制御磁石に関連付けられたホール効果センサの図。
【図5】ロータの位置に応じてホール効果センサが供給する信号を示す図。
【図6】相のインダクタンスの値と、ロータの位置に応じてホール効果センサが供給する信号を示す図。
【図7】第１実施形態による、電気モータの相と、２つの相のインダクタンスの相対値を特定するために印加され測定される電圧を示す図。
【図8】第２実施形態による、電気モータの相と、２つの相のインダクタンスの相対値を特定するために印加され測定される電圧を示す図。
【図9】第３実施形態による、電気モータの相と、２つの相のインダクタンスの相対値を特定するために印加され測定される電圧を示す図。
【図10】第４実施形態による、電気モータの相と、２つの相のインダクタンスの相対値を特定するために印加され測定される電圧を示す図。
【図11】本発明による相の相対インダクタンスを測定するための方法のステップのフローチャート。
【図12】本発明による電気モータを始動させるための方法のステップのフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【0023】
全ての図において、同一の要素には同じ参照番号を付す。
【0024】
以下の実施形態は例である。単数または複数の実施形態について説明がなされるが、これは、各説明が同一の実施形態に関すること、または特性が１つの実施形態にのみ適用可能であるということを意味しない。種々の実施形態の単純な特徴を組み合わせたり交換したりすることで、他の実施形態を提供してもよい。
【0025】
本発明は、ブラシレス直流電気モータ、例えば、ワイパー装置のギアードモータ等の自動車両機器において使用される電気モータに関する。特に、本発明は、このような電気モータを始動させるための方法に関する。
【0026】
図１は、磁石一体型（または埋設型または埋蔵型）電気モータ１であって、ロータ３とステータ５とを備える電気モータ１の部分概略図である。電気モータ１は、少なくとも２対の極、本例において４対の極を有するロータ３を備えている。極対は、強磁性材料からなる、Ｓ１…Ｓ８で示すセクションを備える本体７により形成されている。前記セクションＳ１…Ｓ８は、異なるセクションＳ１…Ｓ８の間に、角度を付けて規則的に分散配置されたハウジングを画成している。ハウジングは、永久磁石９を受容するように構成されている。本例において、８個の永久磁石９が４５°毎に配置されているが、異なる個数のセクションＳ１…Ｓ８および永久磁石９を備えたロータ３も可能である。また、ハウジングは、別の不規則な分散配置を有していてもよい。２つの永久磁石９の間に配置された本体３のセクションＳ１…Ｓ８は、ステータ５のコイル（図示せず）と相互作用することが意図された極を形成する。このようなロータ３は、磁石一体型（または埋設型または埋蔵型）ロータ３と呼ばれる。
【0027】
ステータ５は、複数の歯１１を有しており、その周囲には巻き体が巻回されて電磁励磁コイルを形成している。巻き体は、例えば銅線で形成されている。これらのコイルは、モータの相を形成し、これらに給電することでロータ３を回転させることができる。
【0028】
ロータ３の所望の回転を得るには、励磁信号の所定のシーケンスが印加されなければならない。３つの相を備える電気モータ１の場合、所定のシーケンスは、６つの異なる励磁状態を有する（台形励磁の場合）。これらの励磁信号は、例えば、図２に示すようなインバータ１０により印加される。インバータ１０は、並列に配置されるとともに電圧源１３に接続されたＢ１、Ｂ２およびＢ３で示される３つの分岐を備えている。各分岐Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は、直列に配置されるとともに制御ユニット１４により制御される２つのスイッチ１５を備えている。各分岐Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３の中間点は、それぞれ電気モータ１の各相に接続している。
【0029】
ロータ３のサイクルにおける電気モータ１の異なる励磁状態を図３に示す。これらは、３つの相に関連する制御信号により規定され、Ｃ１、Ｃ２およびＣ３で示される。
【0030】
第１状態Ｅ１は、相Ａへの正電圧Ｖ＋、および相Ｂへの負電圧Ｖ−の印加、および相Ｃへのゼロ電圧の印加に対応する。ゼロ電圧の印加は、相Ｃに接続しているスイッチを開放することにより、または相Ｃを接地することによりなされる。
【0031】
第２状態Ｅ２は、相Ａへの正電圧Ｖ＋、および相Ｃへの負電圧Ｖ−の印加、および相Ｂへのゼロ電圧の印加に対応する。
【0032】
第３状態Ｅ３は、相Ｂへの正電圧Ｖ＋、および相Ｃへの負電圧Ｖ−の印加、および相Ａへのゼロ電圧の印加に対応する。
【0033】
第４状態Ｅ４は、相Ｂへの正電圧Ｖ＋、および相Ａへの負電圧Ｖ−の印加、および相Ｃへのゼロ電圧の印加に対応する。
【0034】
第５状態Ｅ５は、相Ｃへの正電圧Ｖ＋、および相Ａへの負電圧Ｖ−の印加、および相Ｂへのゼロ電圧の印加に対応する。
【0035】
第６状態Ｅ６は、相Ｃへの正電圧Ｖ＋、および相Ｂへの負電圧Ｖ−の印加、および相Ａへのゼロ電圧の印加に対応する。
【0036】
ロータ３の所望の回転を得るためには、ロータ３の位置を正確に把握することも必要である。これにより、インバータ１０のスイッチ１５の状態を所定のタイミングで変更でき、所望のタイミングで切り替えることができる。本例において、ロータ３の位置を、６０電気角（electric degrees）度毎に一回正確に特定しなければならない。なぜならば、３６０電気角に対して６回の切替操作があるからである。例えば、状態Ｅ１は、ロータ３が０乃至６０°の角度に対応する角度部分に位置しているときに適用されなければならない。
【0037】
６０°毎に一回ロータ３の位置を見出すように、図４に示すホール効果センサ１７が使用される。ホール効果センサ１７は、例えば、ロータ３と一体の制御磁石１９に連結されている。制御磁石１９は、電気モータ１の極数の３倍に等しい個数の極を備えている。例えば、８個の極を有するモータの場合は、２４個の極を備えている。
【0038】
図５に、ロータ３の回転角に応じてホール効果センサ１７が供給する信号Ｈの例を示す。ホール効果センサ１７の状態の変化は、６０電気角毎に一回生じる。これにより、制御ユニット１４は、ホール効果センサ１７が供給する信号を利用して所望のタイミングで切り替えを行う。
【0039】
しかしながら、始動のタイミングで正しい信号のシーケンスを印加するためには、始動のタイミングでのロータ３の位置を把握する必要がある。ホール効果センサ１７では、この位置が把握できず、始動のために印加される励磁信号を決定することができない。
【0040】
この目的のために、ロータ３の位置に応じて値が変化する電気量を測定することを利用できる。この量は、例えば、電気モータ１の少なくとも１つの相に関連する単数または複数のコイルのインダクタンスに、または電気モータ１の２つの相に対応する２つの励磁コイル間の相互インダクタンスに対応する。これは、インダクタンスの値がロータ３の位置に応じて変化するためである。これにより、インダクタンスの値は、始動時のロータ３の位置の特定に使用され得る。インダクタンスの測定値がロータ３の２つの想定可能な異なる位置に対応する場合、この測定を信号Ｈにより供給されるホール効果センサ１７の状態と組み合わせてもよい。相互インダクタンスに関して、例えば相対測定によって相互インダクタンスの異なる値を比較し、相対値をホール効果センサ１７の状態と組み合わせて、始動時に適切なコマンドの適用を可能とするロータ３のおおよその位置を決めてもよい。この方法については、以下の説明で詳細に説明する。また、ロータ３の位置に依存する他の任意の電気量であって、始動時に励磁コイルに印加される励磁信号を決定するためにロータ３の位置を特定することを可能にする電気量を利用することも可能である。したがって、電気モータ１は、ロータ３の位置に応じて変化する電気量を測定するための手段、例えば、電気モータ１の相における電圧を測定するための手段を備えている。
【0041】
図６に、ロータ３の回転角の関数としてＬａ、ＬｂおよびＬｅで示される相のインダクタンス値を表す曲線の例を示す。６０電気角の間隔に対応するロータ３の各角度部分に対して、インダクタンスの相対値は異なる。この場合、ロータ３が位置し得る角度部分が、異なる相互インダクタンスを互いに比較することにより特定され得る。ホール効果センサ１７が供給する信号Ｈも図６に示す。ホール効果センサ１７が高レベルの信号を供給する場合、ロータ３は、高レベル信号に対応する３つの角度部分、本例において、角度部分６０°−１２０°、１８０°−２４０°、および３００°−３６０°のうちの１つにある。この角度部分において、相ＡのインダクタンスＬａが、相ＢおよびＣのそれぞれのインダクタンスＬｂおよびＬｅより高いと判断された場合、ロータ３は角度部分１８０°−２４０°に位置していると推定され得る。したがって、ロータ３を回転駆動するべく適切な励磁信号が印加され得る。
【0042】
図７は、相ＡおよびＢのそれぞれのインダクタンスＬａとＬｂとを比較するための第１測定モードを示す。この目的のために、電圧Ｖｉｎｔが相ＡおよびＢの端子に印加され、電圧Ｖｏｕｔが相ＣとＢとの間で測定される。測定された電圧Ｖｏｕｔを印加電圧Ｖｉｎｔの半分と比較する。測定された電圧がＶｉｎｔ／２より大きい場合、相ＢのインダクタンスＬｂの値は、相ＡのインダクタンスＬａの値より大きい。一方、測定された電圧がＶｉｎｔ／２より小さい場合、相ＢのインダクタンスＬｂの値は相ＡのインダクタンスＬａの値より小さい。
【0043】
あるいは、図８に示すように、電圧Ｖｏｕｔを相の中間点と相Ｂとの間で測定してもよい。第１測定モードでは、電圧Ｖｉｎｔが相ＡおよびＢの端子に印加され、測定された電圧Ｖｏｕｔが印加電圧Ｖｉｎｔの半分と比較される。測定された電圧がＶｉｎｔ／２より大きい場合、相ＢのインダクタンスＬｂの値は、相ＡのインダクタンスＬａの値より大きい。一方、測定された電圧がＶｉｎｔ／２より小さい場合、相ＢのインダクタンスＬｂの値は相ＡのインダクタンスＬａの値より小さい。
【0044】
同様に、ロータ３が位置する角度部分を特定するように、インダクタンスＬａの値とＬｅの値、ならびにインダクタンスＬｂの値とＬｅの値を比較することも可能である。
【0045】
図９に示す異なるインダクタンスを比較する別の測定モードによれば、電圧Ｖｉｎｔが相ＡおよびＢの端子間に印加され、電圧Ｖａｂが中間点と相Ｂの他方の端部との間で測定され、次いで電圧Ｖｉｎｔが相ＢおよびＡの端子間に印加され（インバータ１０のスイッチ１５の位置を変更することで正端子と負端子とを逆にする）、電圧Ｖｂａが中間点と相Ａの他方の端部との間で測定される。そして、電圧Ｖａｂと電圧Ｖｂａとの差に対応する電圧Ｖｄｉｆｆの値が計算される。電圧Ｖｄｉｆｆの値に基づいて、インダクタンスＬＢに対するインダクタンスＬＡの相対値がこれより推定され得る。
【0046】
あるいは、図１０に示すように、相ＣとＢとの間の電圧Ｖ’ａｂ、および相ＣとＡとの間の電圧Ｖ’ｂａを測定してもよい。そして、電圧Ｖ’ａｂと電圧Ｖ’ｂａとの差に対応する電圧Ｖ’ｄｉｆｆが特定される。電圧Ｖ’ｄｉｆｆの値に基づいて、インダクタンスＬｂに対するインダクタンスＬａの相対値がこれより推定され得る。
【0047】
同様に、インダクタンスＬａとＬｅとの相対値、およびインダクタンスＬｂとＬｅとの相対値がこれより推定され得る。
【0048】
また、測定を行うための電圧Ｖｉｎｔの印加時間は、１乃至５０μｓ、または好適には３乃至１０μｓの時間間隔から選択され、例えば５μｓである。この時間は、測定回路の要素の静電容量によって測定が干渉を受けることを防ぐように十分に長く、且つ電気モータ１の始動時間に過度な影響が及ばないように十分に短くなければならない。
【0049】
図１１は、一実施形態によるインダクタンス同士を比較するためのプロトコルのステップのフローチャートを示す。これらのステップは、例えば制御ユニット１４により実行される。−相ＡとＢとの間に電圧ステップＶｉｎｔを５μｓに亘って印加する第１ステップ２０１であって、相Ａは電圧源１３の正端子に接続し、相Ｂは電圧源１３の負端子に接続している第１ステップ２０１、
−中間点と相Ｂとの間の電圧Ｖａｂを測定する第２ステップ２０２、
−電圧が印加されない５μｓの休止に対応する第３ステップ２０３、
−相ＢとＡとの間に電圧ステップＶｉｎｔを５μｓに亘って印加する第４ステップ２０４であって、相Ｂは電圧源１３の正端子に接続し、相Ａは電圧源１３の負端子に接続している第４ステップ２０４、
−中間点と相Ａとの間の電圧Ｖｂａを測定する第５ステップ２０５、
−電圧が印加されない５μｓの休止に対応する第６ステップ２０６、
−相ＡとＣとの間に電圧ステップＶｉｎｔを５μｓに亘って印加する第７ステップ２０７であって、相Ａは電圧源１３の正端子に接続し、相Ｃは電圧源１３の負端子に接続している第７ステップ２０７、
−中間点と相Ｃとの間の電圧Ｖａｃを測定する第８ステップ２０８、
−電圧が印加されない５μｓの休止に対応する第９ステップ２０９、
−相ＣとＡとの間に電圧ステップＶｉｎｔを５μｓに亘って印加する第１０ステップ２１０であって、相Ｃは電圧源１３の正端子に接続し、相Ａは電圧源１３の負端子に接続している第１０ステップ２１０、
−中間点と相Ａとの間の電圧Ｖｃａを測定する第１１ステップ２１１。
【0050】
インダクタンスＬａとＬｂとＬｅとを比較するためのこのプロトコルにより、異なる相ＡとＢとＣとの相対値を把握することができるとともに、ロータ３が位置する角度部分を推定することができる。
【0051】
図１２は、電気モータ１を始動させる方法のステップのフローチャートを示す。これらのステップは、例えば制御ユニット１４により実行される。
【0052】
本方法は、予備ステップ（図１２には示さない）、例えば、ロータ３を回転駆動するように、ロータ３の位置に応じてコイルに印加される励磁信号を決定する第１予備ステップを備え得る。これは、図３での信号Ｃ１、Ｃ２およびＣ３の確定に対応する。また、本方法は、ロータの異なる位置に関連する電気量の値を特定する、例えば、ロータ１の位置に関する相のインダクタンス値の曲線、すなわち図６の曲線を特定する第２予備ステップを備え得る。
【0053】
第１ステップ１０１は、ホール効果センサ１７の状態の特定に関する。ホール効果センサ１７が供給する信号のレベルにより、ロータ３の位置に関する３つの想定可能な角度部分を特定することができる。
【0054】
第２ステップ１０２は、電気モータ１の少なくとも１つの位相のインダクタンスの測定、または、電気モータ１の相ＡとＢとＣとのインダクタンスの相対値の特定に関する。ステップ１０２は、例えば、図１１を参照して説明したサブステップ２０１乃至２１２を備える。
【0055】
第３ステップ１０３は、ロータ３の位置の特定に関する。この特定は、ステップ１０１および１０２の結果に基づいて実施される。上述のように、ロータ３が位置する角度部分は、ホール効果センサ１７が供給する信号、および相Ａ、ＢおよびＣのインダクタンスＬａ、ＬｂおよびＬｅの相対値から推定され得る。ロータ３が位置する角度部分により、ロータ３の所望の回転を得るように印加される制御信号を決定することができる。
【0056】
第４ステップ１０４は、ロータ３を所望の回転方向において回転させ得る所定の制御信号を印加することに関する。
【0057】
第５ステップ１０５は、制御信号のシーケンスを印加することに関する。或る制御信号から別のものへの変化は、ホール効果センサ１７の状態変化の間に生じる。
【0058】
したがって、本発明により、ロータ３の位置に応じて異なる電気量、例えば相Ａ、ＢおよびＣのインダクタンスを測定することにより、ホール効果センサ１７の始動時にロータ３の位置を特定することが可能となる。これにより、電気モータ１の動作に必要とされるセンサの個数を削減することでこのような電気モータ１のコストが削減される。
【国際調査報告】