JP2000032793A - ブラシレスモータの制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブラシレスモータの制御系異常、故障を判断
し、危険な状態を回避し、信頼性の向上を図る 【解決手段】 交流電源１をコンバータ２で倍電圧整流
し、この倍電圧整流電圧をインバータ回路３でスイッチ
ングしてブラシレスモータ４に印加する一方、インバー
タ回路３のスイッチング素子をＰＷＭチョッピング駆動
してブラシレスモータ４を回転制御する。このとき、制
御回路１０はブラシレスモータ４の起動から一定時間の
間設定回転数を回転数設定部１０ｂで高めとする一方、
その起動から一定時間より短い時間の間に実回転数計測
部１０ａで計測した実回転数とが高めの設定回転数より
低い値とを比較し、実回転数が設定回転数より低い値に
達していないときには制御部１０ｅで当該制御系に異
常、故障が発生していると判断し、前記ブラシレスモー
タ４の回転停止し、またその旨を表示部１１にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は空気調和機や冷蔵
庫等に用いるセンサレス直流ブラシレスモータ（以下ブ
ラシレスモータと記す）の制御技術に係り、特に詳しく
は制御系の異常、故障を判断するブラシレスモータの制
御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ブラシレスモータの回転制御では、回転
子の位置を検出する手段としてホール素子を使用せず
に、例えばブラシレスモータの電機子巻線に誘起される
電圧を利用する方法がある。この誘起電圧を利用して回
転子の位置を検出し、この位置検出をもとにしてブラシ
レスモータの電機子巻線電流の通電を切り替える場合、
例えば図３に示す制御装置を必要とする。

【０００３】図３において、この制御装置は、交流電源
（商用１００Ｖ）１をコンバータ２で倍電圧整流、平滑
化し、この倍電圧整流、平滑化された直流電源（約１２
８Ｖ）をインバータ回路３でスイッチングして三相のブ
ラシレスモータ４の電機子巻線に印加する。コンバータ
２は既に公知の全波整流回路２ａ、倍電圧回路２ｂおよ
び平滑用コンデンサ２ｃからなる。この場合、２個のコ
ンデンサＣ１，Ｃ２が常に同一方向に充電されるため、
このコンデンサＣ１，Ｃ２の充電電圧が加わり合って、
例えば交流入力電圧の最大値の約２倍の電圧（ＤＣ２８
０Ｖ）がインバータ回路３に供給される。

【０００４】また、ブラシレスモータ４の電機子巻線
Ｕ，Ｖ，Ｗの端子電圧（例えば１２０度位相の異なる電
圧；誘起電圧を含む）を位置検出回路５に入力し、各端
子電圧と基準電圧（例えばインバータ回路３の直流電源
の１／２）とを比較し、これら比較結果を位置検出信号
として制御回路（マイクロコンピュータ）６に出力す
る。したがって、位置検出回路５は、基準電圧を発生す
る回路および電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの端子電圧と基準電
圧とを比較する比較回路を備えている。

【０００５】前記構成の制御装置の動作を説明すると、
位置検出回路５からの位置検出信号をもとにして電機子
巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの通電を切り替える。また、ＰＷＭ制御
（ＰＷＭチョッピング駆動）方式にあっては、制御回路
６はインバータ回路３のスイッチング素子（トランジス
タ）Ｕａ，Ｖａ，Ｗａ，Ｘ，Ｙ，Ｚをオン、オフ駆動す
る信号にＰＷＭチョッピング駆動のデューティを所定と
したチョッピング信号を重畳した駆動信号を駆動回路７
に出力する。

【０００６】なお、ブラシレスモータ４の起動時におい
ては予め決めた駆動信号（所定デューティを含む）を出
力し、しかる後に位置検出運転を行う。この位置検出運
転を具体的に説明すると、位置検出信号をもとにして回
転子の位置を検出し、この位置検出から３０度後に通電
相を切り替える。なお、３０度後とは例えば位置検出の
間隔時間×３０／３６０で算出して予測した時刻であ
る。

【０００７】例えば、電機子巻線Ｕの端子電圧（誘起電
圧）と基準電圧との交点を検出すると、３０度後にＷａ
相（トランジスタＷａ）の通電からＵａ相（トランジス
タＵａ）の通電に切り替える 電機子巻線Ｗの端子電圧（誘起電圧）と基準電圧との交
点を検出すると、３０度後にＹ相（トランジスタＹ）の
通電からＺ相（トランジスタＺ）の通電に切り替える。
電機子巻線Ｖの端子電圧（誘起電圧）と基準電圧との交
点を検出すると、３０度後にＵａ相（トランジスタＵ
ａ）の通電からＹａ相（トランジスタＹａ）の通電に切
り替える。以下、同様にして位置検出をもとにしてブラ
シレスモータ４の通電切り替えを繰り返すことにより、
ブラシレスモータ４を回転制御することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記ブラシ
レスモータの制御方法において、交流電源１の品質が悪
く、入力交流電圧が大きく低下した場合、またはコンバ
ータ回路２のコンデンサが故障し、出力直流電圧が低下
した場合、高回転数での運転が不可能になるだけでな
く、インバータ回路３の半導体素子に対する負担が増大
し、その半導体素子を破損することもある。このような
電圧の低下や回路等の制御系の異常、故障を放置するこ
とは、非常に危険な状態であるだけでなく、当該製品の
信頼性を損なわせる。

【０００９】この発明は前記課題に鑑みなされたもので
あり、その目的はブラシレスモータの制御系の異常、故
障を判断することができ、この異常、故障判断により回
転上昇を停止し、危険な状態を回避するとともに、信頼
性の向上を図るようにしたブラシレスモータの制御方法
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は交流電源を整流手段および倍電圧手段で
倍電圧整流し、該倍電圧整流した直流電圧をインバータ
手段でスイッチングしてブラシレスモータに印加する一
方、前記インバータ手段のスイッチング素子を所定に駆
動して前記ブラシレスモータを回転制御するブラシレス
モータの制御方法であって、前記ブラシレスモータの回
転制御を所定時間行った後、前記ブラシレスモータの設
定回転数と実回転数とを比較し、前記実回転数が設定回
転数に達していないときには当該制御系に異常、故障が
発生していると判断して回転を停止するようにしたこと
を特徴としている。

【００１１】また、この発明のブラシレスモータの制御
方法は、前記ブラシレスモータの起動から一定時間の間
設定回転数を高めとし、前記ブラシレスモータの位置検
出をもとにして実回転数を計測する一方、その起動から
一定時間より短い時間の経過後に実回転数が前記高めの
設定回転数より低い値に達しないときには当該制御系に
異常、故障が発生していると判断して前記ブラシレスモ
ータの回転を停止するようにしたことを特徴としてい
る。

【００１２】さらに、この発明のブラシレスモータの制
御方法は、前記ブラシレスモータの起動から一定時間の
間設定回転数を高めとし、前記ブラシレスモータの位置
検出をもとにして実回転数を計測する一方、その起動か
ら一定時間より短い時間の経過後に実回転数が前記高め
の設定回転数より低い値に達しないときには当該制御系
に異常、故障が発生していると判断し、前記ブラシレス
モータの起動を停止し、しかる後所定時間経過後に再起
動を行うとともに、前記異常、故障の判断処理を繰り返
し、所定回数連続して異常、故障判断がなされたときに
は前記ブラシレスモータの起動を停止し、かつその旨を
表示するようにしたことを特徴としている。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
１および図２を参照して詳しく説明する。なお、図中、
図３と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略す
る。

【００１４】この発明のブラシレスモータの制御方法
は、当該ブラシレスモータの設定回転数に対して実回転
数が低ければ、当該制御系に異常、故障が発生している
可能性が極めて高いことに着目し、設定回転数と実回転
数とを比較し、この比較結果により当該制御系異常、故
障を判断する。

【００１５】そのため、図１に示すように、このブラシ
レスモータの制御方法を適用した制御装置（マイクロコ
ンピュータ）１０は、位置検出回路５からの位置信号に
よってブラシレスモータ４の実回転数を実回転数計測部
１０ａで計測し、当該ブラシレスモータ４の回転数を設
定する回転数設定部１０ｂによる設定値を回転数設定部
１０ｃで設定回転数（目標回転数）に変換するととも
に、この設定回転数と現に計測した実回転数とを比較部
１０ｄで比較し、前記設定回転数にしたがって制御部１
０ｅでインバータ回路３を駆動する駆動信号を出力す
る。また、前記比較結果にしたがって当該制御系の異
常、故障を制御部１０ｅで判断してブラシレスモータ４
の回転上昇を停止し、かつ、表示部１１にその異常、故
障を表示する。なお、制御部１０ｅは図３に示す制御部
６の機能も有している。

【００１６】次に、前記制御装置の動作を図２のフロー
チャート図を参照して詳細に説明すると、制御装置１０
は従来同様にブラシレスモータ４を起動、回転制御する
一方、所定時間毎に図２に示すサブルーチンを実行す
る。

【００１７】まず、制御装置１０の制御部１０ｅはブラ
シレスモータ４が運転中（回転制御中）であるか否かを
判断する（ステップＳＴ１）。

【００１８】ブラシレスモータ４を起動、回転制御して
いる場合には、ステップＳＴ１からＳＴ２に進み、当該
制御系の異常、故障判定を既に行っているか否かを判定
済フラグで判断する。なお、後述するが、判定済フラグ
は異常、故障の判定を行うとオンになる。

【００１９】判定済フラグがオフであるときには、つま
り当該制御系の異常、故障判定をまだ行っていないとき
にはステップＳＴ２からＳＴ３に進み、ブラシレスモー
タ４の起動から所定時間が経過しているか否かを判断
し、その所定時間が経過いているときにはブラシレスモ
ータ４の実回転数を計測するとともに、この実回転数と
現設定回転数とを比較する（ステップＳＴ４）。

【００２０】実回転数が現設定回転数に達していなけれ
ば、前述したように、交流電源１の電圧の低下、また
は、インバータ回路３の出力直流電圧の低下による制御
系の異常、故障は発生していないと判断することができ
るため、判定済フラグをオンにして当該サブルーチンを
終了する（ステップＳＴ５）。

【００２１】しかし、実回転数が現設定回転数より低け
れば、前述したように、交流電源１の電圧の低下、ある
いはインバータ回路３の出力直流電圧の低下によって制
御系に異常、故障が発生していると判断することができ
るため、ブラシレスモータ４を設定回転数に上昇させる
制御を停止し（ステップＳＴ６）、つまり起動停止して
当該サブルーチンを終了する。

【００２２】なお、判定済フラグがオンであれば、当該
サブルーチンを終了し、また起動から所定時間が経過し
ていなければ、当該サブルーチンを終了する。このサブ
ルーチン終了後、所定時間毎に当該サブルーチンを繰り
返して実行することから、所定時間毎に制御系の異常、
故障を監視することができ、安全性の確保、信頼性の向
上が図れる。

【００２３】また、冷蔵庫のコンプレッサのように、ブ
ラシレスモータ４の回転が停止すると、ステップＳＴ１
からＳＴ７に進み、判定済フラグをオフとし、次の回転
動作時において制御系の異常、故障の判定を可能とす
る。すなわち、判定済フラグがオンであるとは制御系が
正常であり、ブラシレスモータ４の運転制御が継続して
いるからである。

【００２４】ところで、ブラシレスモータ４の設定回転
数が低い場合、例えばモータ負荷が小さいと、インバー
タ回路３の出力直流電圧が低下していても、回転数が設
定回転数に達することもあり、前述した方法によって
は、異常、故障判断ができないことがある。

【００２５】また、冷蔵庫等に用いるブラシレスモータ
の負荷がコンプレッサである場合には、潤滑のためにブ
ラシレスモータ４の起動から一定時間の間比較的高い回
転数で運転すると好ましい（設定回転数を５８ｒｐｓと
高めにするとよい）。

【００２６】そこで、ブラシレスモータ４の起動から一
定時間の間は回転数設定部１０ｂで５８ｒｐｓを設定回
転数とし、起動から所定時間（例えば３秒＜一定時間）
以内の間に回転数が５８ｒｐｓより低めの値（例えば５
２ｒｐｓ）に達しないときには制御系に異常、故障が発
生していると判断する。

【００２７】図２のサブルーチンに適用すると、ブラシ
レスモータ４の起動から一定時間の間は設定回転数を高
めの値（５８ｒｐｓ）に設定し、ステップＳＴ３におい
ては起動から所定時間（３秒）が経過したか否かを判断
する。ステップＳＴ４においては、実回転数が５２ｒｐ
ｓに達しているか否かを判断する。

【００２８】なお、例えば空気調和機や冷蔵庫のコンプ
レッサの場合、冷媒の吸収や吐出により回転数の上昇速
度が変化することから、想定される最大負荷条件におけ
る実回転数を勘案し、起動から３秒以内という条件にマ
ージンをもたせるとよい。

【００２９】また、図２のサブルーチンのステップＳＴ
６において制御系の異常、故障と判断してブラシレスモ
ータ４の回転上昇を停止してから所定時間（例えば冷蔵
庫のコンプレッサの場合には８分）経過したときに、ブ
ラシレスモータ４の再起動を試みる。そして、図２に示
すサブルーチンを繰り返し、制御系の異常、故障判断が
連続して所定回数（例えば１０回）行われたときには、
ブラシレスモータ４の回転上昇を停止し、つまり起動を
停止するとともに、表示部１１に異常、故障の旨を表示
する。

【００３０】このように、起動から所定時間経過したと
きに、設定回転数と実回転数とを比較し、この比較結果
により当該制御系の異常、故障の判断に基づいて回転を
停止する。また、起動から一定時間の間は設定回転数を
高めとし（５８ｒｐｓとし）、起動から所定時間（３
秒）経過後に実回転数が高めの設定回転数より低めの値
（５２ｒｐｓ）に達しないときには回転上昇を停止して
所定時間経過後に再起動を行う一方、この繰り返しによ
り異常、故障の判断が複数回連続したときにブラシレス
モータを停止し、異常、故障を表示する。

【００３１】したがって、空気調和機や冷蔵庫等の制御
系の異常、故障、例えば交流電源１の電圧やインバータ
回路３の出力直流電圧の低下および回路等の制御系の異
常、故障を判断することができ、その異常、故障により
起動を停止して危険な状態を回避するとともに、信頼性
の向上を図ることができる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、このブラシレスモ
ータの制御方法の請求項１記載の発明によると、交流電
源を整流手段および倍電圧手段で倍電圧整流し、該倍電
圧整流した直流電圧をインバータ手段でスイッチングし
てブラシレスモータに印加する一方、前記インバータ手
段のスイッチング素子を所定に駆動して前記ブラシレス
モータを回転制御するブラシレスモータの制御方法であ
って、前記ブラシレスモータの回転制御を所定時間行っ
た後、前記ブラシレスモータの設定回転数と実回転数と
を比較し、前記実回転数が設定回転数に達していないと
きには当該制御系に異常、故障が発生していると判断し
て回転を停止するようにしたので、入力交流電圧が大き
く低下した場合、またはコンバータ回路のコンデンサ等
の故障により出力直流電圧が低下した場合等の異常を判
断して回転停止を行うことができるとともに、インバー
タ回路の半導体素子の破損等を防止して当該制御系の危
険な状態を回避し、当該製品の信頼性の向上を図ること
ができるという効果がある。

【００３３】請求項２記載の発明によると、交流電源を
整流手段および倍電圧手段で倍電圧整流し、該倍電圧整
流した直流電圧をインバータ手段でスイッチングしてブ
ラシレスモータに印加する一方、前記インバータ手段の
スイッチング素子を所定に駆動して前記ブラシレスモー
タを回転制御するブラシレスモータの制御方法であっ
て、前記ブラシレスモータの起動から一定時間の間設定
回転数を高めとし、前記ブラシレスモータの位置検出を
もとにして実回転数を計測する一方、その起動から一定
時間より短い時間の経過後に実回転数が前記高めの設定
回転数より低い値に達しないときには当該制御系に異
常、故障が発生していると判断して前記ブラシレスモー
タの回転を停止するようにしたので、起動から所定時間
（例えば３秒）経過時点で、入力交流電圧が大きく低下
した場合、または、コンバータ回路のコンデンサ等の故
障により出力直流電圧が低下した場合等の異常を判断し
て回転停止を行い、当該制御系へのダメージを最小限に
抑えることにより危険な状態を回避し、かつ、当該製品
の信頼性の向上を図ることができるという効果がある。

【００３４】請求項３記載の発明によると、交流電源を
整流手段および倍電圧手段で倍電圧整流し、該倍電圧整
流した直流電圧をインバータ手段でスイッチングしてブ
ラシレスモータに印加する一方、前記インバータ手段の
スイッチング素子を所定に駆動して前記ブラシレスモー
タを回転制御するブラシレスモータの制御方法であっ
て、前記ブラシレスモータの起動から一定時間の間設定
回転数を高めとし、前記ブラシレスモータの位置検出を
もとにして実回転数を計測する一方、その起動から一定
時間より短い時間の経過後に実回転数が前記高めの設定
回転数より低い値に達しないときには当該制御系に異
常、故障が発生していると判断して前記ブラシレスモー
タの起動を停止し、しかる後所定時間経過後に再起動を
行うとともに、前記異常、故障の判断処理を繰り返し、
所定回数連続して異常、故障の判断がなされたときには
前記ブラシレスモータの起動を停止し、かつその旨を表
示するようにしたので、起動から所定時間（例えば３
秒）経過時点で、入力交流電圧が大きく低下した場合、
またはコンバータ回路のコンデンサ等の故障により出力
直流電圧が低下した場合等の異常を判断し、かつその判
断を連続して繰り返すことにより異常、故障の判断をよ
り正確に行うことができるとともに、当該制御系へのダ
メージを最小限に抑えることにより危険な状態を回避
し、かつ、当該製品の信頼性の向上を図ることができる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態を示し、ブラシレスモ
ータの制御方法が適用される制御装置の概略的ブロック
線図。

【図２】図１に示す制御装置の動作を説明するための概
略的フローチャート図。

【図３】従来のブラシレスモータの制御装置の概略的ブ
ロック線図。

【符号の説明】

１ 交流電源 ２，１０ コンバータ ２ａ 全波整流回路 ２ｂ 倍電圧回路 ２ｃ 平滑コンデンサ ３ インバータ回路 ４ ブラシレスモータ（センサレス直流ブラシレスモー
タ） ５ 位置検出回路 ６，１０ｅ 制御部 １０ 制御装置（マイクロコンピュータ） １０ａ 実回転数計測部 １０ｂ 回転数設定部 １０ｃ 回転数変換部 １０ｄ 比較部 １１ 表示部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源を整流手段および倍電圧手段で
   倍電圧整流し、該倍電圧整流した直流電圧をインバータ
   手段でスイッチングしてブラシレスモータに印加する一
   方、前記インバータ手段のスイッチング素子を所定に駆
   動して前記ブラシレスモータを回転制御するブラシレス
   モータの制御方法であって、前記ブラシレスモータの回
   転制御を所定時間行ったとき、前記ブラシレスモータの
   設定回転数と実回転数とを比較し、前記実回転数が設定
   回転数に達していないときには当該制御系に異常、故障
   が発生していると判断して回転を停止するようにしたこ
   とを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
2. 【請求項２】 交流電源を整流手段および倍電圧手段で
   倍電圧整流し、該倍電圧整流した直流電圧をインバータ
   手段でスイッチングしてブラシレスモータに印加する一
   方、前記インバータ手段のスイッチング素子を所定に駆
   動して前記ブラシレスモータを回転制御するブラシレス
   モータの制御方法であって、前記ブラシレスモータの起
   動から一定時間の間設定回転数を高めとし、前記ブラシ
   レスモータの位置検出をもとにして実回転数を計測する
   一方、その起動から一定時間より短い時間の経過後に実
   回転数が前記高めの設定回転数より低い値に達しないと
   きには当該制御系に異常、故障が発生していると判断し
   て前記ブラシレスモータの回転を停止するようにしたこ
   とを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
3. 【請求項３】 交流電源を整流手段および倍電圧手段で
   倍電圧整流し、該倍電圧整流した直流電圧をインバータ
   手段でスイッチングしてブラシレスモータに印加する一
   方、前記インバータ手段のスイッチング素子を所定に駆
   動して前記ブラシレスモータを回転制御するブラシレス
   モータの制御方法であって、前記ブラシレスモータの起
   動から一定時間の間設定回転数を高めとし、前記ブラシ
   レスモータの位置検出をもとにして実回転数を計測する
   一方、その起動から一定時間より短い時間の経過後に実
   回転数が前記高めの設定回転数より低い値に達しないと
   きには当該制御系に異常、故障が発生していると判断
   し、前記ブラシレスモータの起動を停止し、しかる後所
   定時間経過後に再起動を行うとともに、前記異常、故障
   の判断処理を繰り返し、所定回数連続して異常、故障判
   断がなされたときには前記ブラシレスモータの起動を停
   止し、かつその旨を表示するようにしたことを特徴とす
   るブラシレスモータの制御方法。