JP2000278987A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 センサレス駆動方式により低振動且つ高効率
でブラシレスモータを駆動することができるインバータ
装置を提供する。 【解決手段】 電流極性検出回路１４によりブラシレス
モータ８の巻線８ｕ〜８ｗの電流極性を検出し、極性検
出信号Ｓｕ〜Ｓｗを出力する。位置検出部１０は、電流
位相検出部１０ａによりインバータ主回路７の出力電圧
Ｖｕ〜Ｖｗの位相θｖを基準とした電流位相θｉを得る
と、演算部１０ｂは電流位相θｉ，通電信号Ｄｕ〜Ｄｗ
の振幅Ｅ′及び周波数ｆの各定数に基づいて誘起電圧位
相θｅを演算で求める。位相指令形成部１３は電流位相
θｉと誘起電圧位相θｅとに基づき位相指令Ｐｒを決定
し、通電信号形成部１２は電気角カウンタ１２ａのカウ
ンタ値Ｐｎに位相指令Ｐｒを加え通電タイミングの電気
角を決定する。そして、通電信号形成部１２は電気角
（Ｐｎ＋Ｐｒ）に応じてデータ記憶部１２ｂよりデータ
を読出して略正弦波状の通電信号Ｄｕ〜Ｄｗを形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石形のロー
タを有するブラシレスモータを回転駆動するインバータ
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、エアコンなどのファンモータや電
気自動車の駆動用モータとしては、広範囲の可変速制御
や電力消費量の節約のために、また、洗濯機の洗濯用モ
ータとしては、洗浄能力の向上のためにブラシレスモー
タが採用されており、これをインバータ装置によって駆
動することが行われている。

【０００３】三相巻線を有するブラシレスモータの内部
には、通常、位置センサとして構成が簡単で最も安価で
あるホールＩＣが、例えば電気角１２０度毎に配置され
ている。そして、インバータ装置は、これらのホールＩ
Ｃによってロータの回転位置に対応した信号を得て、ブ
ラシレスモータの巻線に１２０度通電方式で矩形波電圧
を印加して駆動するようになっている。

【０００４】これに対して、低コスト化や小形化を目的
として、位置センサを使用することなくモータを駆動可
能としたセンサレス技術が、例えば特開平１−８８９０
号公報に開示されている。これは、モータコイルの端子
電圧と基準電圧との比較結果に基づいてロータの回転位
置を検出し、矩形波通電の転流タイミングを２個のタイ
マで決定して通電を行うものである。

【０００５】一方、モータの効率向上や低振動化を図る
ことを目的として、略正弦波の電圧をモータに供給する
インバータ装置が特願平７−２２４２９９号として出願
されている。これは、ホールＩＣを用いてロータの位置
信号を得て位置信号の変化周期を求め、その変化周期に
対応する電気角よりも高い分解能を有する電圧位相を決
定し、その電圧位相に応じて正弦波に基づいた電圧波形
のデータをメモリから読出して略正弦波の電圧を形成す
るものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】モータの効率向上や低
振動化を図るためには正弦波電圧駆動方式が望ましい
が、例えば、コンプレッサなどの様に密閉構造を有する
ものや、モータとインバータ装置との距離が長いものの
如く位置センサの存在がネックになるものでは、コスト
低減及び小形化を図るセンサレス駆動方式が望ましい。
従って、従来より、センサレス駆動方式と正弦波駆動方
式との両立を図ったインバータ装置の開発が切望されて
いる。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、センサレス駆動方式により低振動且
つ高効率でブラシレスモータを駆動することができるイ
ンバータ装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載のインバータ装置は、ブラシレスモー
タの巻線に流れる電流の極性を検出する電流極性検出手
段と、この電流極性検出手段によって検出される電流極
性に基づいて前記ブラシレスモータを構成するロータの
回転位置を検出する位置検出手段と、前記電流極性の変
化周期を検出する周期検出手段と、前記ロータの回転位
置と前記電流極性の変化周期とに基づいて通電タイミン
グの電気角を推定し、当該電気角に応じて略正弦波状の
通電信号を形成する通電信号形成手段と、正側及び負側
スイッチング素子を複数備えて構成され、前記通電信号
を前記ブラシレスモータの巻線に通電する駆動手段とを
具備してなることを特徴とする。斯様に構成すれば、位
置検出手段は、ブラシレスモータの巻線に流れる電流の
極性に基づいてロータの回転位置を検出するので、回転
位置を検出するためのセンサが不要となる。そして、通
電信号形成手段は、前記ロータの回転位置と、電流極性
検出手段によって検出される電流極性の変化周期とに基
づいて、適切に通電タイミングの電気角を決定して略正
弦波状の通電信号を形成するので、ブラシレスモータを
低振動且つ低騒音で駆動することができる。

【０００９】この場合、請求項２に記載したように、周
期検出手段を、電流極性の変化タイミングにおいてカウ
ントデータの読み出し及びリセットが行われる周期カウ
ンタで構成し、通電信号形成手段に、略正弦波状の電圧
率を有するデータが記憶されるデータ記憶手段と、位置
検出手段により検出されたロータの回転位置が書き込ま
れると共に、今回と前回との回転位置検出結果の差及び
前記周期カウンタによって検出される電流極性の変化周
期に基づいてカウント周期が決定される電気角カウンタ
とを備え、当該通電信号形成手段を、前記電気角カウン
タのカウント値に基づいて前記データ記憶手段よりデー
タを読み出して通電信号を形成する構成としても良い。

【００１０】即ち、電気角カウンタのカウント周期を、
位置検出手段による今回と前回との回転位置検出結果の
差及び電流極性の変化周期とに基づいて決定すること
で、電気角カウンタによるカウント動作がロータの実際
の回転位置に一致して変化するように調整することがで
きる。そして、通電信号形成手段は、電気角カウンタの
カウント値を通電信号の電気角としてデータ記憶手段よ
りデータを読み出すことで通電信号を形成するので、略
正弦波状をなす通電信号の形成を容易に行うことができ
る。

【００１１】以上の場合において、請求項３に記載した
ように、位置検出手段に、通電信号形成手段によって形
成される通電信号と電流極性検出手段によって検出され
る電流極性とに基づいて、駆動手段の通電によりブラシ
レスモータの巻線に印加される出力電圧の位相を基準と
する前記巻線に流れる電流の位相を検出する電流位相検
出手段と、前記電流位相に基づいて、前記出力電圧の位
相を基準としたブラシレスモータの巻線に発生する誘起
電圧の位相を検出する電圧位相検出手段とを備え、当該
位置検出手段を、前記電流位相及び誘起電圧位相に基づ
いてロータの回転位置を検出する構成にすると良い。

【００１２】斯様に構成すれば、位置検出手段は、駆動
手段よりブラシレスモータの巻線に対して出力される電
圧の位相を基準とした電流位相及び誘起電圧位相を得る
と、それらの位相に基づいてロータの回転位置を検出す
るので、例えば、両者間に位相差がある場合でも、ロー
タの回転位置を正確に検出することができる。

【００１３】また、この場合、請求項４に記載したよう
に、電圧位相検出手段を、電流位相と、通電信号の振幅
及び周波数と、ブラシレスモータの定数とに基づいて巻
線に発生する誘起電圧の位相を検出する構成にしても良
い。即ち、誘起電圧位相は、電流位相や通電信号の振幅
及び周波数とブラシレスモータの巻線のインダクタンス
及び抵抗や誘起電圧定数等を含む定数とをパラメータと
すると、一定の関係式によって表現することができるの
で、電圧位相検出手段は、演算によって誘起電圧位相を
得ることが可能である。

【００１４】以上の場合において、請求項５に記載した
ように、位置検出手段によって検出されるロータの回転
位置に対する通電信号の位相を決定するための位相指令
を形成する位相指令形成手段を備え、前記通電信号形成
手段を、前記位相指令をも加えて電気角を決定する構成
とするのが好ましい。斯様に構成すれば、電気角を決定
する際に、位相指令形成手段によって形成される位相指
令を考慮することで、ロータの回転位置に対して通電信
号の位相が適切になるように調整を行うことができる。

【００１５】また、この場合、請求項６に記載したよう
に、位相指令形成手段に、通電信号形成手段によって形
成される通電信号と電流極性検出手段によって検出され
る電流極性とに基づいて、駆動手段の通電によりブラシ
レスモータの巻線に印加される出力電圧を基準とする前
記巻線に流れる電流の位相を検出する電流位相検出手段
と、前記電流位相に基づいて、前記出力電圧の位相を基
準としたブラシレスモータの巻線に発生する誘起電圧の
位相を検出する電圧位相検出手段とを備え、当該位相指
令形成手段を、前記電流位相と前記誘起電圧位相とに基
づいて位相指令を決定する構成にすると良い。

【００１６】斯様に構成すれば、位相指令形成手段が、
例えば、電流位相と誘起電圧位相とが同相となるように
位相指令を形成して通電信号形成手段に与えることで、
ブラシレスモータの駆動効率をより向上させることが可
能となる。

【００１７】更に、この場合、請求項７に記載したよう
に、位相指令形成手段の電流位相検出手段及び電圧位相
検出手段を、位置検出手段の電流位相検出手段及び電圧
位相検出手段と夫々共通に構成するのが好適であり、斯
様に構成すれば、構成をより簡単にすることができる。

【００１８】また、請求項８に記載したように、電流極
性検出手段を、正側若しくは負側スイッチング素子に流
れる電流の有無を検出することにより、電流の極性を検
出する構成としても良く、斯様に構成すれば、巻線電流
の電流値を直接検出する必要がなくなる。

【００１９】加えて、請求項９に記載したように、駆動
手段に、正側及び負側スイッチング素子夫々に対して逆
並列に接続されるダイオードを備え、電流極性検出手段
を、正側若しくは負側スイッチング素子に対応する前記
ダイオードに流れる電流の有無を検出することにより、
電流の極性を検出する構成としても良い。斯様に構成し
た場合も、請求項８と同様の効果が得られる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１実施例につい
て、図１乃至図１０を参照して説明する。図１におい
て、交流電源１の両端子は、一方にリアクトル２を介し
て全波整流回路３の交流入力端子に接続されている。全
波整流回路３の直流出力端子間には、平滑用コンデンサ
４が接続されており、以上、リアクトル２，全波整流回
路３，平滑用コンデンサ４により直流電源回路５を構成
している。そして、直流電源回路５の直流出力端子は、
正，負側直流母線６ａ，６ｂに接続されている。

【００２１】インバータ主回路７は、正，負側直流母線
６ａ，６ｂ間に３相ブリッジ接続されたトランジスタ
（ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴなど））Ｔ１乃至Ｔ６
と、各トランジスタＴ１乃至Ｔ６に夫々並列に接続され
たフライホイールダイオードＤ１乃至Ｄ６とから構成さ
れている。そのインバータ主回路７の出力端子７ｕ，７
ｖ，７ｗは、３相のブラシレスモータ（以下、単にモー
タと称す）８のスター結線された各相巻線８ｕ，８ｖ，
８ｗに接続されている。

【００２２】従って、インバータ主回路７において、ト
ランジスタＴ１乃至Ｔ３が正側スイッチング素子に相当
し、トランジスタＴ４乃至Ｔ６が負側スイッチング素子
に相当する。そして、Ｔ１及びＴ４，Ｔ２及びＴ５，Ｔ
３及びＴ６は、夫々Ｕ，Ｖ，Ｗ相の通電アームを構成し
ている。

【００２３】マイクロコンピュータ（マイコン）９は、
位置検出部（位置検出手段）１０，電流極性変化周期検
出部（周期検出手段，以下、周期検出部と称す）１１，
通電信号形成部（通電信号形成手段）１２及び位相指令
形成部（位相指令形成手段）１３によって構成されてい
る。電流極性検出回路（電流極性検出手段）１４は、イ
ンバータ主回路７において流れるＵ，Ｖ，Ｗ各相電流の
極性を検出し、電流極性信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗをマイコ
ン９の位置検出部１０及び極性検出部１１に出力するよ
うになっている。

【００２４】位置検出部１０は、電流位相検出部（電流
位相検出手段）１０ａ，演算部（電圧位相検出手段）１
０ｂ及び記憶部１０ｃから構成されている。この内、電
流位相検出部１０ａ及び演算部１０ｂは、ソフトウエア
により機能が実現されている構成要素であり、記憶部１
０ｃはＲＡＭで構成されている。

【００２５】周期検出部１１は、電流極性検出回路１４
によって出力される電流極性信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗの内
何れかが変化すると、その変化タイミングに応じてカウ
ントデータＴｓのロード（読み出し）及びリセットが行
われるように構成されたアップカウンタである。

【００２６】通電信号形成部１２は、データＴｃにより
設定される周期によって例えば“０〜３５９”の範囲で
繰り返しアップカウントを行う電気角カウンタ１２ａ
と、その電気角カウンタ１２ａのカウントデータがアド
レスとして与えられ、図３に示すように、略正弦波状の
電圧率を有するデータが記憶されたＲＯＭであるデータ
記憶部（データ記憶手段）１２ｂとで構成されている。
また、位相指令形成部１３は、ソフトウエアにより機能
が実現されている構成要素である。

【００２７】マイコン９には、外部よりスタート／スト
ップ信号及び電圧指令信号が与えられるようになってい
る。また、マイコン９より出力される通電信号Ｄｕ，Ｄ
ｖ，Ｄｗは、ＰＷＭ回路１５に出力されるようになって
いる。ＰＷＭ回路１５は、具体的には図示しないが、内
部の搬送波発生器から出力される搬送波（三角波）のレ
ベルと、与えられた通電信号Ｄｕ，Ｄｖ，Ｄｗのレベル
とを夫々比較して、各通電信号のレベルの方が大なる期
間においてハイレベルとなるようにＰＷＭ制御された正
側の駆動信号Ｄup，Ｄvp，Ｄwpを形成する。また、これ
らの正側の駆動信号を反転したものを負側の駆動信号Ｄ
un，Ｄvn，Ｄwnとして形成し、駆動回路１６に出力する
ようになっている。

【００２８】駆動回路１６は、フォトカプラなどで構成
されており、与えられた正，負側の駆動信号Ｄup乃至Ｄ
wp，Ｄun乃至Ｄwnに応じたゲート信号を、トランジスタ
Ｔ１乃至Ｔ３，Ｔ４乃至Ｔ６に出力するようになってい
る。作用の詳細は後述する。尚、インバータ主回路７，
ＰＭＷ回路１５及び駆動回路１６は、駆動手段を構成し
ている。

【００２９】図２は、Ｕ相に関する電流極性検出回路１
４ｕの詳細な電気的構成を示すものである。図２におい
て、駆動回路１６unは、駆動信号Ｄunがハイレベルの場
合はトランジスタＴ１のベース−エミッタ間に図示しな
い駆動用電源からゲート駆動用の正電圧を印加し、駆動
信号Ｄunがローレベルの場合は、トランジスタＴ１のベ
ース−エミッタ間にゲート駆動用の負電圧を印加するよ
うにゲート信号Ｇunを与えるものである。

【００３０】トランジスタＴ４は、電流検出機能を有し
たスイッチング素子として構成されており、その電流検
出端子Ｔ４ａには、自身がオン状態となった場合に流れ
る電流Ｉunに比例した検出電流Ｉdeが流れるようになっ
ている。その電流検出端子Ｔ４ａと直流母線６ｂとの間
には、抵抗１７ｕが介挿されている。そして、電流検出
端子Ｔ４ａと抵抗１７ｕとの共通接続点はコンパレータ
１８ｕの非反転入力端子に接続され、抵抗１７ｕと直流
母線６ｂとの共通接続点はコンパレータ１８ｕの反転入
力端子に接続されている。

【００３１】そして、電流検出端子Ｔ４ａと抵抗１７ｕ
との共通接続点はコンパレータ１８ｕの非反転入力端子
に接続され、トランジスタＴ４のエミッタと直流母線６
ｂとの共通接続点はコンパレータ１８ｕの反転入力端子
に接続されている。コンパレータ１８ｕの出力端子は、
ラッチ回路１９ｕの入力端子Ｄに接続されている。ま
た、駆動回路１６unの出力端子は、ラッチ回路１９ｕの
入力端子ckに接続されており、ゲート信号Ｇunを与える
ようになっている。

【００３２】このラッチ回路１９ｕは、入力端子ckに与
えられる信号の立下がりエッジにおいて、入力端子Ｄに
与えられているデータをラッチ（セット）するものであ
る。ラッチ回路１９ｕの負論理の出力端子／Ｑは、図示
しないフォトカプラなどを介して、電流極性信号Ｓｕを
出力するようになっている。以上、抵抗１７ｕ，コンパ
レータ１８ｕ，ラッチ回路１９ｕにより電流極性検出回
路１４ｕを構成している。尚、Ｖ及びＷ相についても、
電流極性検出回路１４ｖ，１４ｗが全く同様に構成され
ており、夫々電流極性信号Ｓｖ及びＳｗを出力するよう
になっている。

【００３３】次に、本実施例の作用について図４乃至図
７をも参照して説明する。マイコン９は、外部からのス
タート信号の入力があると、通電信号形成部１２に対す
る割り込みを許可して図５に示すフローチャートの実行
を開始し、通電信号Ｄｕ，Ｄｖ，Ｄｗの形成処理を行
う。

【００３４】初めに、通電信号形成部１２は、予め初期
値として設定され記憶されている出力周波数データＸを
読み出すと、（１）式による演算を行って電気角カウン
タ１２ａのカウント周期データＴｃを決定する。 Ｔｃ＝（１／Ｘ）／３６０ …（１） そして、データＴｃを決定すると、具体的には図示しな
いが、例えば、ＰＬＬ回路を用いて構成されるクロック
発生回路のカウンタにデータＴｃを設定することで、周
期データＴｃに応じた周期のクロック信号を電気角カウ
ンタ１２ａにカウントパルスとして与えるようにする。

【００３５】すると、電気角カウンタ１２ａは、“０”
から周期Ｔｃ毎にカウント値をアップさせ、前述のよう
にカウント値が“３５９”に達するとまた“０”に戻っ
て循環的にアップカウント動作を行う。

【００３６】そして、図示しないタイマによるタイマ割
込みの発生に応じて図５に示すフローチャートが実行さ
れる。タイマ割込み周期は、例えば１００μｓであるも
のとする。この図５において、先ず、通電信号形成部１
２は、割込み発生時における電気角カウンタ１２ａのカ
ウント値Ｐｎをロードし（ステップＡ１）、また、位相
指令形成部１３より位相指令Ｐｒをロードする（ステッ
プＡ２）。位相指令形成部１３による位相指令Ｐｒの形
成については後述するが、この場合は、予め設定されて
いる初期値（例えば、“０”）が出力される。

【００３７】次に、通電信号形成部１２は、外部より与
えられている電圧指令Ｄｃをロードし（ステップＡ
３）、Ｕ相の通電信号Ｄｕを演算する（ステップＡ
４）。ステップＡ４では、先ず、電気角カウンタ１２ａ
のカウント値Ｐｎと位相指令Ｐｒとの和（Ｐｎ＋Ｐｒ）
を通電タイミングの電気角として、その電気角に対応す
る通電信号データＤb をデータ記憶部１２ａより読み出
す（ステップＡ４ａ）。そして、（２）式によりＵ相の
通電信号Ｄｕを演算する。 Ｄｕ＝Ｄb ×（Ｄｃ／２５６）＋１２８ …（２） それから、次のステップＡ５において、通電信号Ｄｕを
ＰＷＭ回路１５に出力する。

【００３８】ステップＡ６において、通電信号形成部１
２は、Ｕ相の通電タイミング電気角（Ｐｎ＋Ｐｒ）より
１２０（２π／３）を減じたものをＶ相の通電タイミン
グ電気角として、その電気角に対応する通電信号データ
Ｄb をデータ記憶部１２ａより読み出し、（２）式と同
様にＶ相の通電信号Ｄｖを演算する。そして、次のステ
ップＡ７において、通電信号ＤｖをＰＷＭ回路１５に出
力する。

【００３９】同様に、ステップＡ８において、通電信号
形成部１２は、Ｕ相の通電タイミング電気角（Ｐｎ＋Ｐ
ｒ）より２４０（４π／３）を減じたものをＷ相の通電
タイミング電気角として、その電気角に対応する通電信
号データＤb をデータ記憶部１２ａより読み出し、
（２）式と同様にＷ相の通電信号Ｄｗを演算する。そし
て、次のステップＡ９において、通電信号ＤｗをＰＷＭ
回路１５に出力する。

【００４０】以上の処理がタイマ割込みの発生毎に実行
されることで、振幅が電圧指令Ｄｃに応じて決定され、
周波数が電気角カウンタ１２ａのカウント周期データＴ
ｃで決定される通電信号Ｄｕ，Ｄｖ，Ｄｗが形成され
る。そして、ＰＷＭ回路１５，駆動回路１６及びインバ
ータ主回路７の作用によりモータ８に三相正弦波電圧が
供給され、モータ８の各相コイル８ｕ，８ｖ，８ｗに正
弦波電流が流れてモータ８は回転する。

【００４１】次に、電流極性検出回路１４ｕの作用につ
いて説明する。図３（ａ）及び（ｂ）は、駆動回路１６
up，１６unを介してインバータ主回路７のＵ相のトラン
ジスタＴ１及びＴ４に出力される駆動信号Ｄup及びＤun
であり、Ｕ相電流Ｉｕの極性が負から正に変化して行く
場合を示している（図３（ｃ）参照）。

【００４２】Ｕ相電流Ｉｕの極性が負の場合、抵抗１７
ｕには、Ｔ４に流れる電流Ｉunに比例した検出電流Ｉde
が流れる。すると、コンパレータ１８ｕの非反転入力端
子の電位は反転入力端子の電位よりも高くなり、コンパ
レータ１８ｕの出力信号Ｓｃはゲート信号Ｇunがハイレ
ベルとなるのに伴ってハイレベルとなる。また、Ｕ相電
流Ｉｕの極性が正の場合、検出電流Ｉdeは流れないの
で、コンパレータ１８ｕの出力信号は常にローレベルと
なる（図３（ｅ）参照）。

【００４３】そして、ラッチ回路１９ｕの反転出力端子
／Ｑは、コンパレータ１８ｕから与えられる信号をゲー
ト信号Ｇunの立下がりでラッチし、レベルを反転して出
力するので、電流極性信号Ｓｕは、Ｕ相電流Ｉｕの極性
が負の場合はローレベル，正の場合はハイレベルの信号
となる（図４（ｆ）参照）。尚、Ｖ及びＷ相について
も、電流極性検出回路は全く同様に作用して、電流極性
信号Ｓｖ，Ｓｗが電流極性信号Ｓｕと共に、図４（ｄ）
に示すように出力される。

【００４４】次に、位置検出部１０の作用について図６
を参照して説明する。図６は、位置検出部１０及び通電
信号形成部１２による制御内容を示すフローチャートで
ある。このフローチャートは、電流極性検出回路１４よ
り出力される電流極性信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗの内、何れ
かの信号の立上がりエッジまたは立下がりエッジの検出
に応じて発生する割込み処理として実行される。

【００４５】先ず、位置検出部１０の電流位相検出部１
０ａは、割込み発生時点における電流極性信号Ｓｕ，Ｓ
ｖ，Ｓｗの各レベルを読み込み（ステップＢ１）、それ
から、通電信号形成部１２の電気角カウンタ１２ａより
カウント値Ｐe をロードする（ステップＢ２）。

【００４６】次に、ステップＢ１で読み込んだ電流極性
信号Ｓｕ〜Ｓｗの各レベルに応じた電気角Ｐd を、図７
に示す電気角テーブルよりロードする。この電気角テー
ブルは、位置検出部１０に内蔵されているＲＯＭ（図示
せず）に予め記憶されており、電流極性信号Ｓｕ〜Ｓｗ
が各レベルを示す場合に対応するインバータ主回路７の
出力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの位相に対応する電気角（電
流基準電気角）を表すものである。

【００４７】また、ステップＢ２でロードしたカウント
値Ｐe は、電気角カウンタ１２ａのカウント値“０”を
基準とした場合の、割込み発生時点における電流の位相
を表している。従って、出力電圧Ｖｕ〜Ｖｗの位相を基
準とした場合の電流位相をθｉとして、（３）式により
演算する（ステップＢ３）。 θｉ＝Ｐe −Ｐd …（３） ここまでが、電流位相検出部１０ａによる処理である。

【００４８】次に、以降のステップＢ４〜Ｂ９が演算部
１０ｂによって実行される。ここで、演算部１０ａの作
用について、図８及び図９を参照して説明する。図８
は、モータ８の１相分の等価回路を示すものである。即
ち、インバータ主回路７の出力電圧（相電圧）Ｖ（＝
Ｖ′ｓｉｎ（θ））の電圧源，モータ８の巻線のリアク
タンスＬ及び抵抗Ｒ，モータ８の誘起電圧Ｅ（＝Ｅ′ｓ
ｉｎ（θ−θｅ））の電圧源が直列に接続されている。
但し、Ｖ′，Ｅ′は振幅の最大値を示す。インバータ主
回路７の出力電圧Ｖは、誘起電圧Ｅに対して位相θｅだ
け進んでいる（図９参照）。

【００４９】この時、リアクタンスＬ及び抵抗Ｒの直列
回路の両端には、インバータ主回路７の出力電圧Ｖと誘
起電圧Ｅとの差電圧（Ｖ−Ｅ）が印加され、リアクタン
スＬ及び抵抗Ｒの時定数と周波数ｆとから（２）式のよ
うに定まる位相θｖだけ遅れた電流Ｉ（＝Ｉ′ｓｉｎ
（θ−θｉ））が流れる（図８参照）。但し、Ｉ′は最
大値を示す。 θｖ＝ｔａｎ^−１（２πｆＬ／Ｒ） …（４）

【００５０】図９は、上述したインバータ主回路７の出
力電圧Ｖ，誘起電圧Ｅ及び電流Ｉの位相関係を示す波形
図である。この図９から明らかなように、インバータ主
回路７の出力電圧Ｖと差電圧（Ｖ−Ｅ）との位相差は
（θｖ−θｉ）となる。図９中のＡ点で示すように、差
電圧のゼロクロス点において、インバータ主回路７の出
力電圧Ｖ及び誘起電圧Ｅのレベルが等しくなることから
（５）式が成立する。 Ｖ′ｓｉｎ（θｉ−θｖ）＝Ｅ′ｓｉｎ（θｉ−θｖ＋θｅ）…（５） 以上の関係に基づいて、ステップＢ４以降の処理が実行
される。

【００５１】先ず、演算部１０ｂは、周波数ｆを（６）
式によって演算し（ステップＢ４）、 ｆ＝１／（Ｔｃ×３６０） …（６） それから、（４）式によって位相θｖを演算する（ステ
ップＢ５）。次に、誘起電圧振幅Ｅ′を（７）式で演算
する（ステップＢ６）。 Ｅ′＝Ｋ・ｆ …（７） ここで、Ｋはモータ８の誘起電圧定数である。

【００５２】次に、インバータ主回路７の出力電圧振幅
Ｖ′を、（８）式で演算する（ステップＢ８）。 Ｖ′＝Ｖdc×ＤC …（８） ここで、Ｖdcは、正，負側直流母線６ａ，６ｂ間の電圧
である、この電圧Ｖdcについては、予めデータとして記
憶させておいても良いし、直流母線６ａ，６ｂ間の電圧
を電圧検出器によって直接測定しても良い。

【００５３】そして、インバータ出力電圧Ｖに対する誘
起電圧Ｅの位相θｅを（５）式を変形した（９）式によ
って演算する。 θｅ＝θｖ−θｉ＋ｓｉｎ^−１（Ｖ′ｓｉｎ（θｉ−θｖ）／Ｅ′） …（９） 次に、モータ８のロータ位置Ｐｘを（１０）式によって
演算する（ステップＢ９）。ここで、ロータ位置Ｐｘ
は、Ｕ相の誘起電圧Ｅｕが負から正へ変化したゼロクロ
ス点を基準とした電気角として定義している。 Ｐｘ＝Ｐd ＋（θｉ−θｅ） …（１０） 即ち、Ｐｘは、電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの変化周期に対応
して検出されるロータ位置を示すものである。

【００５４】次に、演算部１０ｂは、前回の処理におい
て得られたロータ位置Ｐｘをその時点で前回のロータ位
置Ｐｙとして、また、今回得られたロータ位置Ｐｘを、
夫々記憶部１０ｂの所定記憶領域に記憶させる（ステッ
プＢ１０，Ｂ１１）。

【００５５】ここで、周期検出部１１の作用について図
１０をも参照して説明する。図１０（ａ）は、モータ８
の巻線８ｕ，８ｖ，８ｗに発生する誘起電圧Ｅｕ，Ｅ
ｖ，Ｅｗ，図１０（ｂ）は、インバータ主回路７の出力
電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ，図１０（ｃ）は、モータ８の巻
線８ｕ，８ｖ，８ｗに流れる電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを示
す。また、図１０（ｄ）は、電流極性検出回路１４より
出力される電流極性信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗである。

【００５６】周期検出部１１はカウンタであり、電流極
性信号Ｓｕ〜Ｓｗの何れかの変化タイミングによってカ
ウント値Ｔｓのロード及びリセットが行われるので、カ
ウント値Ｔｓは、図１０（ｆ）に示すように電流極性の
変化周期に相当している。

【００５７】そして、以上のステップＢ１〜Ｂ１１が所
定回数実行されたか否かが判断され（ステップＣ０）、
所定回数に達していなければ処理を終了する。また、所
定回数に達した場合は、周期データＴｃを演算するため
に必要なデータＰｘ，Ｐｙが得られているので、以降の
ステップＣ１〜Ｃ３及びＤ１を実行する。

【００５８】ステップＣ１において、通電信号形成部１
２は、電気角カウンタ１２ａのカウント値をステップＢ
１１で記憶させたロータ位置Ｐｘに書き換え、次に、周
期検出部１１よりカウント値Ｔｓをロードし、その後カ
ウント値をリセットする（ステップＣ２）。

【００５９】次に、電気角カウンタ１２ａの周期データ
Ｔｃを（１１）式により演算して、その演算結果を前述
のクロック発生回路にセットする（ステップＣ３）。 Ｔｃ＝Ｔ／（Ｐｘ−Ｐｙ） …（１１） 尚、（１１）式は、今回と前回との位置検出結果に基づ
いて電気角１度に相当する時間を計算するものであり、
その電気角１度に相当する時間を電気角カウンタ１２ａ
のカウント周期データＴｃとしてセットする。それか
ら、次のステップＤ１において、位相指令形成部１３
は、（１２）式によって位相指令Ｐｒを演算する。 Ｐｒ＝Ｐｒ＋（θｉ−θｅ） …（１２）

【００６０】即ち、以上の処理を繰り返すことによっ
て、インバータ出力電圧Ｖの位相θｖを基準とする電流
位相θｉと誘起電圧位相θｅとの差分に応じて位相指令
Ｐｒが形成され、その位相指令Ｐｒをも加えることによ
り、ステップＡ４，Ａ６，Ａ８における通電信号Ｄｕ，
Ｄｖ，Ｄｗの通電タイミングの位相が決定されることに
なる。

【００６１】以上のように本実施例によれば、電流極性
検出回路１４により巻線８ｕ〜８ｗの電流極性を検出し
て極性検出信号Ｓｕ〜Ｓｗを出力するようにして、位置
検出部１０は、電流位相検出部１０ａによりインバータ
主回路７の出力電圧Ｖｕ〜Ｖｗの位相θｖを基準とした
電流位相θｉを得ると、演算部１０ｂによって、電流位
相θｉ，通電信号Ｄｕ〜Ｄｗの振幅Ｅ′及び周波数ｆ，
モータ８の各定数に基づいて誘起電圧位相θｅを演算で
求めるようにした。

【００６２】また、位相指令形成部１３は、電流位相θ
ｉと誘起電圧位相θｅとに基づき位相指令Ｐｒを決定
し、通電信号形成部１２は、電気角カウンタ１２ａのカ
ウンタ値Ｐｎに位相指令Ｐｒを加えて通電タイミングの
電気角を決定するので、電流位相θｉと誘起電圧位相θ
ｅとが等しくなるように位相指令Ｐｒを形成して通電信
号形成部１２に与えることにより、モータ８の発生トル
クを最大にして駆動効率を向上させることが可能とな
る。

【００６３】そして、通電信号形成部１２は、電気角
（Ｐｎ＋Ｐｒ）に応じてデータ記憶部１２ｂよりデータ
を読み出して、略正弦波状の通電信号Ｄｕ〜Ｄｗを形成
するので、ロータの回転位置を検出するためのセンサが
不要となる。従って、例えばモータ８がコンプレッサの
ような密閉構造に用いられる場合や、インバータ主回路
７とモータ８との間の距離が長いような場合等、センサ
を配置するのが困難な場合に有効に適用することができ
る。また、モータ８を低振動且つ低騒音で駆動すること
ができる。

【００６４】また、電流極性検出回路１４は、電流の極
性をデジタル的に検出し、極性検出信号Ｓｕ〜Ｓｗによ
りロータの回転位置を６０度毎に検出するので、電流値
の大きさを直接検出する方式比べて低コストで実現する
ことができる。特に、インバータ主回路７とマイコン９
との間を絶縁する必要がある場合には、安価な絶縁素子
を用いることができる。加えて、電圧指令Ｄｃを変化さ
せてモータ８の回転数を上昇或いは下降させる際に負荷
トルクが変動しても、電気各６０度単位で通電信号のタ
イミングが調整されるので、変動に対して応答良く追従
することが可能である。

【００６５】更に、本実施例によれば、位相指令形成部
１３の電流位相検出手段及び電圧位相検出手段を、位置
検出部１０の電流位相検出部１０ａ及び演算部１０ｂと
夫々共通に構成したので、構成をより簡単にすることが
できる。また、電流極性検出回路１４は、正側若しくは
負側スイッチング素子に流れる電流の有無を検出するこ
とにより、電流の極性を検出するので、巻線８ｕ〜８ｗ
の電流値を直接検出する必要がなくなる。

【００６６】尚、誘起電圧Ｅの位相は、モータ８を構成
するロータの回転位置と一定の関係を有するものである
から、誘起電圧Ｅの位相を得ることはロータの回転位置
を検出することに等しい。

【００６７】図１１及び図１２は本発明の第２実施例を
示すものである。第２実施例は、第１実施例の電流極性
検出回路１４に代えて、電流極性検出回路２０を配置し
たものであり、第１及び第２実施例と同一部分には同一
符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についての
み説明する。

【００６８】Ｕ相に関する電流極性検出回路（電流極性
検出手段）２０ｕの電気的構成を示す図１１において
は、抵抗１８ｕは除かれており、コンパレータ２１ｕの
非反転入力端子は、電流検出端子Ｔ４ａを備えていない
トランジスタＴ４′のエミッタに接続され、反転入力端
子は抵抗２２を介してトランジスタＴ４′のコレクタ
（出力端子７ｕ）に接続されている。また、コンパレー
タ２１ｕの非反転，反転入力端子間には抵抗２３が接続
されている。その他は第１実施例と同様の構成である。

【００６９】次に、第２実施例の作用について図１２を
も参照して説明する。Ｕ相電流Ｉｕの極性が負でトラン
ジスタＴ４′がオンの場合、コンパレータ２１ｕの入力
については、出力端子７ｕ，抵抗２２，抵抗２３，直流
母線６ｂの経路で電流が流れるので、反転入力端子の電
位が高く、コンパレータ２１ｕの出力信号はローレベル
である。

【００７０】そして、Ｕ相電流Ｉｕの極性が正でトラン
ジスタＴ１がオフの場合にダイオードＤ４に順方向電流
が流れる時は、上記の場合とは逆に、直流母線６ｂ，抵
抗２３，抵抗２２，出力端子７ｕの経路で電流が流れる
ので、非反転入力端子の電位が高く、コンパレータ２１
ｕの出力信号はハイレベルとなる。

【００７１】従って、信号のタイミングチャートは、図
１２に示すように、トランジスタＴ１のオフタイミング
においてダイオードＤ４に流れる順方向電流を検出する
ことにより相電流Ｉｕの極性を検出することになるの
で、第１実施例と同様の効果が得られる。

【００７２】以上のように第２実施例によれば、電流極
性検出回路２０は、負側スイッチング素子Ｔ４′に対応
するダイオードＤ４に流れる電流の有無を検出すること
により電流の極性を検出するので、第１実施例と同様の
効果が得られる。

【００７３】尚、上記第１及び第２実施例においては、
電流極性検出信号Ｓｕは、ゲート信号Ｇunの立下がり若
しくは立上がりに同期して出力されるため、電流の真の
ゼロクロス点とは最大でＰＷＭ信号の周期分だけタイミ
ングにずれが生じるが、ＰＷＭ信号の周期は各相電流の
周期に比して十分短いため動作に影響はない。

【００７４】本発明は、上記し且つ図面に記載した実施
例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形ま
たは拡張が可能である。電流極性検出回路１４，２０を
三相分設けて、マイコン９における処理を１電気周期に
６回、即ち電気角６０度毎に実行させるようにしたが、
モータや負荷の慣性に応じて処理回数を減らしても良
い。また、周波数の高低に応じて処理回数を変化させて
も良い。例えば、低回転数では１電気周期に対して６
回，中回転数では巻線電流の正から負への１電気周期に
対して３回とし、高回転数では、Ｕ相のみ使用する１電
気周期に２回とするように設定しても良い。また、モー
タや負荷の慣性能率が大であり回転が比較的安定な場合
には、電流極性検出手段１を１相分のみ設けて、位置検
出処理を１電気周期に２回、即ち、電気角１８０度毎に
実行するようにしても良い。位相指令形成手段は、必要
に応じて設ければ良い。

【００７５】モータ８の始動時において、モータ８に直
流励磁を行ってロータの位置決めを行った後、始動制御
部９によって電圧指令Ｖと周波数指令ｆｓとを与えるよ
うにすれば、始動時におけるモータ８の振動を低減させ
ることができる。駆動回路１６と電流極性検出回路１
４，２０とをワンチップＩＣとして構成しても良い。ま
た、更に、インバータ主回路７を加えてワンチップＩＣ
を構成しても良い。斯様に構成すれば、部品点数を削減
できると共にインバータ装置を小形化することができ
る。抵抗１８ｕに代えて、互いに逆並列接続したダイオ
ードを用いても良い。正側のトランジスタＴ１乃至Ｔ３
の側に、電流極性検出手段を設けても良い。

【００７６】第１及び第２実施例において、ラッチ回路
２０ｕ若しくはラッチ回路２７ｕのクロック入力端子ck
に与える信号は、ゲート信号Ｇun，Ｇvn及びＧwnに限ら
ず、駆動信号Ｄun，Ｄvn及びＤwnなどトランジスタＴ４
のオン，オフタイミングを得られる信号であれば何でも
良い。電圧指令Ｄｃの設定については、例えば、モータ
８の始動時には、急加速による振動を抑制するように低
い電圧を設定し、始動後は、モータ８の回転数を調整す
るために適宜変化させるように設定すれば良い。スイッ
チング素子は、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴなどに限
ることなく、パワートランジスタなどでも良い。

【００７７】演算部１０ｂは、リアクタンスＬ，抵抗
Ｒ，誘起電圧定数Ｋを固定値として演算パラメータに用
いて、電流位相θｉ，出力電圧振幅Ｖ，周波数ｆや誘起
電圧位相θｅを直接演算しているが、上記した各演算式
の計算をより容易にする近似式を用いたり、また、電流
位相θｉ，出力電圧振幅Ｖ，周波数ｆを夫々複数範囲に
分割し、予め得た演算結果をデータテーブルとして保持
し、これを読み出すようにしても良い。モータが略一定
数で回転する場合や、負荷トルクが回転数に対して略固
定であるような負荷を駆動する場合など、駆動条件をよ
り限定できる場合には、それに応じて適宜演算を簡略化
すれば良い。位相指令形成部手段の電流位相検出手段及
び電圧位相検出手段を、位置検出手段の電流位相検出手
段及び電圧位相検出手段とは独立に構成しても良い。モ
ータ８の定数であるリアクタンスＬ，抵抗Ｒ，誘起電圧
定数Ｋを固定値とせず、周囲温度などに応じて補正する
ようにするのが好ましい。斯様にすれば、精度をより高
めることができる。

【００７８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、位置検出
手段は、ブラシレスモータの巻線に流れる電流の極性に
基づいてロータの回転位置を検出するので、回転位置を
検出するためのセンサが不要となる。そして、通電信号
形成手段は、前記ロータの回転位置と、電流極性検出手
段によって検出される電流極性の変化周期とに基づい
て、適切に通電タイミングの電気角を決定して略正弦波
状の通電信号を形成するので、ブラシレスモータを低振
動且つ低騒音で駆動することができる。

【００７９】また、通電信号形成手段は、電気角カウン
タのカウント値を通電信号の電気角としてデータ記憶手
段よりデータを読み出して通電信号を形成するので、略
正弦波状の通電信号の形成を容易に行うことができる。
そして、位相指令形成手段が、例えば電流位相と誘起電
圧位相とが同相となるように位相指令を形成して通電信
号形成手段に与えることで、ブラシレスモータの発生ト
ルクを最大にして、駆動効率をより向上させることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における電気的構成を示す
機能ブロック図

【図２】電流極性検出回路の詳細な電気的構成を示す図

【図３】電流極性検出回路のタイミングチャート

【図４】データ記憶部に記憶される通電信号データの波
形を示す図

【図５】通電信号形成部の制御内容を示すタイマ割込み
処理のフローチャート

【図６】位置検出部の制御内容を示す位置検出処理のフ
ローチャート

【図７】三相の電流極性信号のとり得るレベルに応じた
電気角のデータテーブル

【図８】ブラシレスモータ１相分の等価回路を示す図

【図９】インバータ装置−ブラシレスモータ間の電圧及
び電流の位相関係を示す図

【図１０】各信号のタイミングチャート

【図１１】本発明の第２実施例を示す図２相当図

【図１２】図３相当図

【符号の説明】

Ｔ１乃至Ｔ３はトランジスタ（正側スイッチング素
子）、Ｔ４乃至Ｔ６及びＴ４′はトランジスタ（負側ス
イッチング素子）、Ｄ１乃至Ｄ６はフライホイールダイ
オード（ダイオード）、７はインバータ主回路（駆動手
段）、８はブラシレスモータ、１０は位置検出部（位置
検出手段）、１０ａは電流位相検出部（電流位相検出手
段），１０ｃは記憶部、１１は電流極性変化周期検出部
（周期検出手段、１２は通電信号形成部（通電信号形成
手段）、１２ａは電気角カウンタ、１２ｂはデータ記憶
部（データ記憶手段）、１３は位相指令形成部（位相指
令形成手段）、１４は電流極性検出回路（電流極性検出
手段）、１５はＰＷＭ回路（駆動手段）、１６は駆動回
路（駆動手段）、２０は電流極性検出回路（電流極性検
出手段）を示す。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブラシレスモータの巻線に流れる電流の
   極性を検出する電流極性検出手段と、 この電流極性検出手段によって検出される電流極性に基
   づいて前記ブラシレスモータを構成するロータの回転位
   置を検出する位置検出手段と、 前記電流極性の変化周期を検出する周期検出手段と、 前記ロータの回転位置と前記電流極性の変化周期とに基
   づいて通電タイミングの電気角を決定し、当該電気角に
   応じて略正弦波状の通電信号を形成する通電信号形成手
   段と、 正側及び負側スイッチング素子を複数備えて構成され、
   前記通電信号を前記ブラシレスモータの巻線に通電する
   駆動手段とを具備してなることを特徴とするインバータ
   装置。
2. 【請求項２】 周期検出手段は、電流極性の変化タイミ
   ングにおいてカウントデータの読み出し及びリセットが
   行われる周期カウンタで構成され、 通電信号形成手段は、略正弦波状の電圧率を有するデー
   タが記憶されるデータ記憶手段と、 位置検出手段により検出されたロータの回転位置が書き
   込まれると共に、今回と前回との回転位置検出結果の差
   及び前記周期カウンタによって検出される電流極性の変
   化周期に基づいてカウント周期が決定される電気角カウ
   ンタとを備え、 前記電気角カウンタのカウント値に基づいて前記データ
   記憶手段よりデータを読み出すことで通電信号を形成す
   ることを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
3. 【請求項３】 位置検出手段は、通電信号形成手段によ
   って形成される通電信号と電流極性検出手段によって検
   出される電流極性とに基づいて、駆動手段の通電によっ
   てブラシレスモータの巻線に印加される出力電圧の位相
   を基準とする前記巻線に流れる電流の位相を検出する電
   流位相検出手段と、 前記電流位相に基づいて、前記出力電圧の位相を基準と
   したブラシレスモータの巻線に発生する誘起電圧の位相
   を検出する電圧位相検出手段とを備え、 前記電流位相及び誘起電圧位相に基づいてロータの回転
   位置を検出することを特徴とする請求項１または２記載
   のインバータ装置。
4. 【請求項４】 電圧位相検出手段は、電流位相と、通電
   信号の振幅及び周波数と、ブラシレスモータの定数とに
   基づいて巻線に発生する誘起電圧の位相を検出すること
   を特徴とする請求項３記載のインバータ装置。
5. 【請求項５】 位置検出手段によって検出されるロータ
   の回転位置に対する通電信号の位相を決定するための位
   相指令を形成する位相指令形成手段を備え、 前記通電信号形成手段は、前記位相指令をも加えて通電
   タイミングの電気角を決定することを特徴とする請求項
   １乃至４の何れかに記載のインバータ装置。
6. 【請求項６】 位相指令形成手段は、通電信号形成手段
   によって形成される通電信号と電流極性検出手段によっ
   て検出される電流極性とに基づいて、駆動手段の通電に
   よりブラシレスモータの巻線に印加される出力電圧の位
   相を基準とする電流位相を検出する電流位相検出手段
   と、 前記電流位相に基づいて、前記出力電圧の位相を基準と
   したブラシレスモータの巻線に発生する誘起電圧の位相
   を求める電圧位相検出手段とを備え、 前記電流位相と前記誘起電圧位相とに基づいて位相指令
   を決定することを特徴とする請求項５記載のインバータ
   装置。
7. 【請求項７】 位相指令形成手段の電流位相検出手段及
   び電圧位相検出手段は、位置検出手段の電流位相検出手
   段及び電圧位相検出手段と夫々共通に構成されているこ
   とを特徴とする請求項６記載のインバータ装置。
8. 【請求項８】 電流極性検出手段は、正側若しくは負側
   スイッチング素子に流れる電流の有無を検出することに
   より、電流の極性を検出することを特徴とする請求項１
   乃至７の何れかに記載のインバータ装置。
9. 【請求項９】 駆動手段は、正側及び負側スイッチング
   素子夫々に対して逆並列に接続されるダイオードを備
   え、 電流極性検出手段は、正側若しくは負側スイッチング素
   子に対応する前記ダイオードに流れる電流の有無を検出
   することにより、電流の極性を検出することを特徴とす
   る請求項１乃至７の何れかに記載のインバータ装置。