JP2001128485A - モータシステムおよび該モータシステムを備えた空気調和機ならびにモータの起動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 脱調等が発生しにくく、起動時の安定性に優
れたモータシステムを得る。 【解決手段】 多相の交流電流を生成する駆動回路１
と、駆動回路１から供給される多相の交流電流によって
駆動されるモータ２と、モータ２の回転数および回転方
向を検出する回転情報検出手段（３、４）と、回転情報
検出手段（３、４）から出力されるモータ２の回転数お
よび回転方向に基いて駆動回路１から出力する交流電流
の周波数を制御し、モータ２の回転数を制御する制御回
路４とを備え、制御回路４が、モータ２の起動時、回転
情報検出手段（３、４）から出力されるモータ２の回転
方向を判別するとともに、モータ２が逆転方向に回転し
ている場合に、駆動回路１からモータ２に対して逆転周
波数の交流電流を供給して引き込みを行い、その後、そ
の周波数を正転方向に変化させることによりモータ２を
起動するよう構成した。

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、モータシステム
とこのモータシステムを備えた空気調和機ならびにモー
タの起動方法に関するもので、特に、直流ブラシレスモ
ータ等の多相モータとインバータ等の駆動周波数を変更
可能な駆動回路を備えたモータシステムおよびこのモー
タシステムを備えた空気調和機とこのような多相モータ
に適したモータの起動方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８は、例えば、特開平７−３３７０８
０号公報に示された従来の空気調和機に用いられる送風
機用ブラシレスモータシステムの全体構成を簡略化して
表したブロック図であり、図において、１０１はパワー
トランジスタＱ１〜Ｑ６およびこのパワートランジスタ
を駆動するドライブ回路ＤＲから成るモータ駆動回路、
１０２はモータ駆動回路１０１によって駆動され送風機
のファンを回転させる三相ＤＣブラシレスモータ、１０
３は三相ＤＣブラシレスモータ１０２の各相に発生する
逆起電力をフィルタ回路１０４を通して回転子の磁極位
置検出信号として出力する位置検出回路、１０５は位置
検出回路１０３から出力された磁極位置検出信号に基い
て三相ＤＣブラシレスモータ１０２の回転数を算出する
とともに、回転数指令電圧によって設定された回転数と
比較し、モータ駆動回路１０１を制御する制御回路、１
０６は１００Ｖの交流電流を整流し、モータ駆動回路１
０１にモータ駆動用の直流電力を供給する整流回路であ
る。

【０００３】以下、この従来装置の起動時の動作につい
て、図９のフローチャートを用いて説明する。まず、ス
テップＳ１０１では、三相ＤＣブラシレスモータ１０２
の起動指令が発生しているか否かが判定される。ここ
で、起動指令がない場合はスタート状態に戻り、起動指
令が来ている場合にはステップＳ１０２に移行して、現
在の三相ＤＣブラシレスモータ１０２の回転方向が判断
され、正転方向（Ｎ＞９４ｒｐｍ）である場合には、ス
テップＳ１０３の加速処理およびステップＳ１０４の速
度制御に移行する。

【０００４】一方、ステップＳ１０２において、正転で
ないと判定された場合は、ステップＳ１０５に移行して
逆転（Ｎ＜−４３ｒｐｍ）であるか否かが判定され、逆
転の場合には、ステップＳ１０６で位置検出回路１０３
によって推定された回転子の磁極位置に基いてスイッチ
ング素子をＯＮ／ＯＦＦすることにより減速方向の同期
運転を行ない、このブレーキ動作によってステップＳ１
０７で回転子を停止させる。その後、ステップＳ１０８
で回転子と回転磁界の位置を同期させながら正転方向に
始動し、始動後、ステップＳ１０９で同期運転からブラ
シレス運転に切り換えて、以後ステップＳ１０３の加速
処理およびステップＳ１０４の速度制御に移行する。

【０００５】また、ステップＳ１０５において、停止状
態（−４３ｒｐｍ＜Ｎ＜９４ｒｐｍ）と判定された場合
には、ステップＳ１１０で回転子の磁極とコイルの位置
決めが行われた後、ステップＳ１０８で回転子の回転数
と駆動周波数を同期させながら始動し、ステップＳ１０
９でブラシレス運転に切り換えて、以後ステップＳ１０
３の加速処理およびステップＳ１０４の速度制御に移行
する。

【０００６】こうして、この特開平７−３３７０８０号
公報に開示された従来の空気調和機用モータシステムで
は、起動前に、ファン用モータである三相ＤＣブラシレ
スモータ１０２の回転方向を検出し、検出された回転方
向に基いて起動方法を変更することにより、起動時のト
ルク変動による脱調や逆回転の防止を図っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平７−３３７０８０号公報に開示された従来のモータ
システムでは、逆回転時のブレーキ動作を回転子の磁極
の位置を検出しながら磁極の位置に同期させてスイッチ
ング素子をＯＮ／ＯＦＦするよう構成されているため、
磁極の位置検出精度が要求されるとともに、例えば、外
風の変動等によって回転数が変動するような場合には、
回転数と同期した周波数で減速ができず、ブレーキ時間
（減速時間）が長くなるといった問題点があった。

【０００８】また、逆回転中に直接正転方向に同期始動
するよう制御するため、回転子に作用するトルク変化量
が大きくなり、同期が不十分な場合には引き込みができ
ずに脱調するといった問題点があった。また、トルク変
化が大きいため、始動時の振動や騒音が発生しやすいと
いった問題点もあった。

【０００９】さらに、この従来装置においては、位置検
出回路１０３がパワートランジスタＱ１〜Ｑ６のＯＦＦ
時すなわち、各相の通電が休止中で、かつモータ環流電
流がなくなった状態での三相ＤＣブラシレスモータ１０
２の誘起電圧（逆電圧）ゼロクロスを検出し、回転子の
磁極位置情報を出力するよう構成しているため、通電停
止期間を大きく設定（通電電気角１８０度毎に６０度の
通電休止期間）する必要があり、この結果、各相への印
加電圧の変動が大きくなって、相電流の遅れによるトル
クリプルが発生し、騒音や振動が発生するとともに、回
転角運動量（慣性モーメント）が小さい起動時には、こ
のトルクリプルによって起動が不安定になるといった問
題点があった。

【００１０】また、三相ＤＣブラシレスモータ１０２の
インダクタンス成分によって、通電停止後も一定時間環
流電流が巻き線内を流れるため、この間、誘起電圧ゼロ
クロスの検出は不能となる。従って、通電停止後にも長
時間環流電流が流れる条件、例えば、大きな相電流が流
れる高負荷時後等には、誘起電圧ゼロクロスの検出が不
能となり、この結果、三相ＤＣブラシレスモータ１０２
の運転範囲が制約されたり、負荷変動に対する裕度が減
少して脱調する等の問題があった。

【００１１】この発明は、従来装置の上記のような問題
点を解決するためになされたもので、この発明の第１の
目的は、起動時の安定性が高く、脱調等が発生しにくい
モータシステムを得ることを目的とする。

【００１２】また、この発明の第２の目的は、起動前の
モータの減速動作が安定して行なえるモータシステムを
得ることを目的とする。

【００１３】また、この発明の第３の目的は、起動時に
おいても、低振動、低騒音な運転が可能なモータシステ
ムを得ることを目的とする。

【００１４】また、この発明の第４の目的は、起動時の
安定性ならびに低振動・低騒音性に優れた空気調和機を
得ることを目的とする。

【００１５】また、この発明の第５の目的は、起動時の
安定性が高く、脱調等が発生しにくいモータの起動方法
を得ることを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明に係るモータシ
ステムは、上記の目的を達成するために、多相の交流電
流を生成する駆動回路と、前記駆動回路から供給される
多相の交流電流によって駆動されるモータと、前記モー
タの回転数および回転方向を検出する回転情報検出手段
と、前記回転情報検出手段から出力される前記モータの
回転数および回転方向に基いて前記駆動回路から出力す
る交流電流の周波数を制御し、前記モータの回転数を制
御する制御回路とを備え、前記制御回路が、前記モータ
の起動時、前記回転情報検出手段から出力される前記モ
ータの回転方向を判別するとともに、前記モータが逆転
方向に回転している場合に、前記駆動回路から前記モー
タに対して逆転周波数の交流電流を供給して引き込みを
行い、その後、その周波数を正転方向に変化させること
により前記モータを起動するよう構成したものである。

【００１７】また、この発明に係るモータシステムは、
前記制御回路が、起動時に前記駆動回路から出力される
交流電流の前記逆転周波数の初期値を、前記モータの起
動前の回転数に応じて変化させるよう構成したものであ
る。

【００１８】また、この発明に係るモータシステムは、
起動時に前記駆動回路から出力される交流電流の前記逆
転周波数の初期値を、前記モータの起動前の回転数に対
応した電流周波数より逆転方向に大なる周波数に設定し
たものである。

【００１９】また、この発明に係るモータシステムは、
前記回転情報検出手段が、前記モータに流れ込む相電流
の位相を検出することにより、前記モータの回転数およ
び回転方向を算出するよう構成したものである。

【００２０】また、この発明に係るモータシステムは、
前記回転情報検出手段が、前記モータに流れ込むいずれ
か二相の相電流の位相に基づいて回転方向を判定するよ
う構成したものである。

【００２１】また、この発明に係るモータシステムは、
前記駆動回路が、直流電源から供給される直流電流を前
記モータの各相に対応してＯＮ／ＯＦＦする複数対のス
イッチング手段と、前記スイッチング手段の各々に並列
に設けられ、前記スイッチング手段のＯＦＦ時に環流電
流を流通させる環流ダイオードを備えるとともに、前記
回転情報検出手段が、前記スイッチング手段をＯＦＦし
た時の前記モータの相電圧の極性をサンプリングするこ
とにより、前記モータに流れ込む相電流のゼロクロスを
検出し、相電流の位相を検出する電流位相検出部を備え
たものである。

【００２２】また、この発明に係るモータシステムは、
前記電流位相検出部による相電圧のサンプリング周波数
を非可聴周波数領域としたものである。

【００２３】また、この発明に係るモータシステムは、
起動前に、前記モータの回転数を減速させるブレーキ手
段を備えたものである。

【００２４】また、この発明に係るモータシステムは、
前記ブレーキ手段が、前記モータの各相の線間を短絡す
ることにより、短絡電流を発生させ、回転数を減速する
よう構成したものである。

【００２５】また、この発明に係るモータシステムは、
前記モータの回転方向が正転方向である場合、前記制御
回路が前記ブレーキ手段によるブレーキ動作を行なわな
いよう制御するよう構成したものである。

【００２６】また、この発明に係るモータシステムは、
前記モータの回転数が所定の回転数より大きい場合に、
前記制御回路が、前記駆動回路により前記モータを駆動
しないよう制御するよう構成したものである。

【００２７】また、この発明に係るモータシステムは、
前記モータとしてブラシレスモータを、前記駆動回路と
して電圧型フルブリッジインバータを用いたものであ
る。

【００２８】また、この発明に係る空気調和機は、送風
機用モータとして、上記のいずれかに記載のモータシス
テムを備えたものである。

【００２９】また、この発明に係るモータの起動方法
は、多相の交流電流によって駆動されるモータの起動方
法であって、前記モータの回転数および回転方向を検出
するステップと、前記モータが逆転方向に回転している
場合に、前記モータに対して逆転周波数の交流電流を供
給することにより引き込みを行うステップと、引き込み
完了後、交流電流の周波数を正転方向に変化させるステ
ップと、を含むものである。

【００３０】また、この発明に係るモータの起動方法
は、前記モータに対して逆転周波数の交流電流を供給す
ることにより引き込みを行うステップにおいて、前記モ
ータに対して供給する交流電流の前記逆転周波数の初期
値を、前記モータの起動前の回転数に対応した電流周波
数より逆転方向に大なる周波数に設定したものである。

【００３１】また、この発明に係るモータの起動方法
は、起動前に、前記モータの回転数を減速させるステッ
プを含むものである。

【００３２】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、図１〜図３
を用いてこの発明の実施の形態１であるモータシステム
の構成および動作について説明する。図１は、この発明
の実施の形態１であるモータシステムの全体構成を表す
ブロック図であり、図１において、１はモータ駆動電圧
（Vu、Vv、Vw）を出力することにより三相ＤＣブラシレ
スモータ（以下、モータと称する）２を駆動する駆動
部、３はモータ２の各相の相電流（Iu、Iv、Iw）の位相
（PhIu、PhIv、PhIw）を検出する回転情報検出手段であ
る電流位相検出部、４は電流位相検出部３で検出された
電流の位相に基いて回転数および回転方向を算出すると
ともに、ＰＷＭ（パルス幅変調：Pulse Width Modulati
on）信号（Pu、Pv、Pw、Nu、Nv、Nw）を出力することに
より駆動部１を制御する制御部、５は駆動部１を介して
モータ２に電力を供給する直流電源である。

【００３３】図２には、図１に示した駆動部１の詳細な
回路構成図を示す。図２において、１０〜１５は直流電
源５の正極端子Ｐおよび負極端子Ｎ間に接続されたパワ
ートランジスタやＭＯＳ ＦＥＴ等からなるスイッチン
グ素子であり、それぞれ、スイッチング素子１０および
１３はモータ２のＵ相に、スイッチング素子１１および
１４はモータ２のＶ相に、また、スイッチング素子１２
および１５はモータ２のＷ相に対応して設けられてい
る。こうして、この駆動部１は、基本的な構成として、
電圧型フルブリッジインバータを構成しており、制御部
４から出力されるＰＷＭ信号（Pu、Pv、Pw、Nu、Nv、N
w）によって各スイッチング素子１０〜１５のＯＮ／Ｏ
ＦＦ状態を適宜切り替えることにより、各スイッチング
素子対の出力端からモータ２の各相にモータ駆動電圧
（Vu、Vv、Vw）を出力するよう構成されている。

【００３４】また、この駆動部１の各スイッチング素子
１０〜１５には、それぞれ、並列に環流ダイオード１６
〜２１が備えられており、モータ２の各相に対応する２
つのスイッチング素子が同時にＯＦＦ状態となった場合
に、モータ２のインダクタンス成分によって発生する環
流電流をこの環流ダイオード１６〜２１内を環流するこ
とにより、スイッチング素子１０〜１５を保護し、ま
た、相電圧の大幅な上昇を抑制するよう構成されてい
る。

【００３５】図３には、図１に示した制御部４のブロッ
ク構成図を示す。図３において、４０は駆動部１や電流
位相検出部３と信号の入出力を行なう外部インターフェ
ース（Ｉ／Ｏ）、４１は各信号やデータを処理する演算
部、４２はデータを記憶するメモリ、４３はタイマであ
る。図３に示すように、外部インターフェイス４０に
は、電流位相検出部３からモータ２の各相の相電流（I
u、Iv、Iw）の位相を表す出力信号（PhIu、PhIv、PhI
w）が供給されるとともに、駆動部１のスイッチング素
子１０〜１５のそれぞれに対して、ＰＷＭ信号（Pu、P
v、Pw、Nu、Nv、Nw）が出力されている。また、この制
御部４は、外部インターフェイス４０を介して、駆動部
１および電流位相検出部３の双方に、各相に対応する２
つのスイッチング素子を同時にＯＦＦ状態とする期間を
表す信号Toffを供給する（図１参照）。なお、この実施
の形態１では、制御部４をマイクロプロセッサによって
実現している。

【００３６】次に、図４〜図６を用いてこのモータシス
テムの動作について説明する。図４は、この実施の形態
１のモータシステムのタイミングチャートであり、Pu
は、Ｕ相を直流電源５の正極端子Ｐに接続するスイッチ
ング素子１０に対して供給されるＰＷＭ信号の波形を、
また、Toffは、全てのスイッチング素子１０〜１５に対
するオフ指令（負論理）の波形を表す。また、Vuおよび
Iuは、それぞれ、駆動部１からＵ相に印加されるモータ
駆動電圧の波形、および、Ｕ相を流れる相電流の波形で
あり、さらに、PhIuは、この時に電流位相検出部３から
出力されるＵ相の相電流の位相を示す信号波形である。

【００３７】図４に示すように、制御部４から所定の周
波数でパルス幅（デューティ比）が時間的に変化するＰ
ＷＭ信号（Pu、Pv、Pw、Nu、Nv、Nw）を送出すると、駆
動部１ではこの信号に基いてスイッチング素子１０〜１
５がＯＮ／ＯＦＦされ、直流電圧５の正極電圧および負
極電圧を適当な時間比率でモータ２の各相に接続するこ
とにより、モータ２の各相には図４中にVuで示されたよ
うなパルス状のモータ駆動電圧が印加される。

【００３８】一方、このパルス状のモータ駆動電圧（V
u、Vv、Vw）はモータ内部のインピーダンス等によって
高周波成分が除去されるため、モータ２内の巻き線等の
回路には実質的に正弦波状の交流の相電圧と相電流が発
生することとなり、制御部４からＵ相、Ｖ相およびＷ相
のスイッチング素子に出力するＰＷＭ信号の位相を制御
し、各相の正弦波状の相電圧間に１２０度の位相差が生
じるよう設定しておけば、この位相差によって生じる磁
界の回転により、モータ２の回転子が回転する。なお、
図４中のモータ駆動電圧Vuの波形が一部パルス形状から
変形している部分は、後述するオフ指令ToffによってＰ
ＷＭ信号のＯＮ中にスイッチング素子がＯＦＦされたた
めの効果である。

【００３９】次に、電流位相検出部３の動作について説
明する。モータ２の起動時もしくは運転中、モータ２に
電流が流れている時に、図４に示すオフ指令Toffによっ
て各相に対応する２つのスイッチング素子が共にＯＦＦ
状態にされると、それらのスイッチング素子と並列に設
けられている環流ダイオードの何れかがＯＮ状態となり
環流電流が流れる。例えば、モータ２のＵ相に、駆動部
１側からモータ２側へ向かう相電流が流通（以下、この
方向を「正方向」と称す）している状況下で２つのスイ
ッチング素子１０および１３が共にＯＦＦ状態とされる
と、スイッチング素子１３と並列に設けられている環流
ダイオード１９がＯＮ状態となって環流電流が流通し、
上記の環流電流が流通している間、Ｕ相の相電圧は直流
電源５の負極電位Ｎに固定される。

【００４０】また、モータ２のＵ相に、モータ２側から
駆動部１側へ向かう相電流が流通（以下、この方向を
「逆方向」と称す）している状況下で２つのスイッチン
グ素子１０および１３が共にＯＦＦ状態とされると、ス
イッチング素子１０と並列に設けられた環流ダイオード
１６がＯＮ状態となって環流電流が流通し、上記の環流
電流が流通している間、Ｕ相の相電圧は直流電源５の正
極電位Ｐに固定される。

【００４１】例えば、相電流の時間的変化を図４中の I
uのように仮定すると、１番目および２番目のToff時はI
uの極性が負であるためこの極性を表す信号PhIu（負論
理）はHighとなり、３番目のToff時にIuの極性が正とな
るためこの時点で信号PhIu（負論理）がLowとなる。こ
うして、モータ２の運転中にオフ指令Toffによって全ス
イッチング素子を微少時間ＯＦＦするとともに、これと
同期して電流位相検出部３が各相の相電圧（極性）を検
出することにより、環流電流の方向およびモータ２の各
相に流れ込む相電流の流通方向が検出され、従って、所
定の時間間隔でオフ指令Toffを送出し、相電流の方向を
サンプリングすれば、相電流のゼロクロス点を検出する
ことが可能となる。なお、この実施の形態１では、ＯＦ
Ｆ時間は１μｓ、オフ指令Toffのサンプリング周波数は
非可聴周波数領域である２０ｋＨｚ（サンプリング周期
＝５０μｓ）に設定されている。

【００４２】以上のように、電流位相検出部３によって
保持される相電圧の極性情報は、相電流が正方向に流通
している状況下では負となり、相電流の流通方向が逆方
向に変化した後、正となる。すなわち、電流位相検出部
３が保持する相電圧の極性情報は、相電流の極性に対応
した情報であり、また、相電流の位相情報を含むもので
ある。従って、電流位相検出部３から出力された極性情
報を処理することにより、各相の相電流の位相情報（Ph
Iu、PhIv、PhIw）、すなわち、モータ２の回転子の回転
位置を表す電流位相情報を生成することができ、この情
報から回転数等の種々の情報を得ることができる。

【００４３】次に、図５を用いてこのモータシステムの
起動時の動作について説明する。図５においてモータ２
を起動する旨の指示が出されると、制御部４は、ステッ
プＳ１で、まず、駆動部１の下側のスイッチング素子１
３、１４、１５を全て３秒間ＯＮ（閉成）するようＰＷ
Ｍ信号（Pu、Pv、Pw、Nu、Nv、Nw）を送出する。これに
より、モータ２は三相短絡状態となり、回転子が回転中
であれば誘起電圧による短絡電流が流れ、制動トルクが
発生して、短時間で回転子の回転数が低下する。

【００４４】次に、３秒間経過後、ステップＳ２に移行
し、制御部４が下側のスイッチング素子１３、１４、１
５を騒音が発生しない非可聴周波数でＯＮ／ＯＦＦし、
電流位相検出部３がスイッチング素子１３、１４、１５
のＯＦＦ時の相電圧をサンプリングすることにより、相
電流の電流ゼロクロスを検出する。そして、電流位相検
出部３から出力された出力信号（PhIu、PhIv、PhIw）が
制御部４に入力されると、制御部４では、内蔵されたタ
イマ４３によって電流ゼロクロスの周期および２相間の
電流ゼロクロスの位相差が計測され、さらに、電流ゼロ
クロスの周期から電流周波数（finit）が、また、電流
の位相差の関係から回転子の回転方向に対応した電流の
回転方向が算出される。

【００４５】続いて、ステップＳ３では、制御部４の演
算部４１によりステップＳ２で得られた電流の位相差か
ら回転方向の正逆が判定され、モータ２が所望の回転方
向と逆方向に回転している場合はステップＳ４に移行し
て、ステップＳ２で計測された電流周波数（finit）よ
りさらに３Ｈｚだけ高い逆転方向に加速する電流周波数
（以下、逆転方向に回転する場合の周波数を逆転周波数
と呼ぶ）を新しい電流周波数として設定し、この新しい
電流周波数でモータ２を駆動するようＰＷＭ信号を変更
して駆動部１の各スイッチング素子を制御する。なお、
駆動部１からモータ２に出力されるモータ駆動電圧（V
u、Vv、Vw）の大きさは任意の固定電圧とする。

【００４６】上記ステップＳ４の操作により、設定され
た電流周波数に対して回転子の回転がほぼ同期し、引き
込みが完了した時点で、ステップＳ５に移行し、制御部
４から出力されるＰＷＭ信号の電流周波数を逆転方向か
ら徐々に正転方向の周波数に変化させることにより、回
転子の回転数を所望の回転数まで引き上げて起動を完了
する。

【００４７】一方、ステップＳ３においてモータ２の回
転方向が逆転以外の場合（正転方向及び停止状態）に
は、ステップＳ６に移行して、電流周波数を１Ｈｚに設
定し、制御部４が１Ｈｚの電流周波数でモータ２を駆動
するようＰＷＭ信号を生成し、駆動部１の各スイッチン
グ素子を制御する。

【００４８】そして、上記ステップＳ６の操作により、
回転子が回転し始め、回転がほぼ同期するとステップＳ
７に移行し、制御部４から出力されるＰＷＭ信号の電流
周波数を正転方向に徐々に上昇させることにより、回転
子の回転数を所望の回転数まで引き上げて起動を完了す
る。

【００４９】なお、上記逆転および正転のいずれの場合
も、起動が完了し、回転子の回転数が所望の回転数まで
引き上げられた後は、電流位相検出部３から出力される
相電流の位相情報（PhIu、PhIv、PhIw）と制御部４が自
ら生成しているモータ駆動電圧（Vu、Vv、Vw）の位相情
報とに基づいて、相電流と相電圧の位相差が一定になる
よう制御（力率制御）され、これにより定常運転時にお
いては一層高い効率で運転を行なうことができるよう構
成されている。

【００５０】図６には、上記した力率制御に関連し、モ
ータ２のひとつの相（例えばＵ相）に印加される実質的
な相電圧３０と相電流３１および電流位相検出部３から
出力される電流位相信号３２の関係を示す。ブラシレス
モータ２の回転子は永久磁石を備えているため、回転子
の回転に伴ってこの永久磁石の磁極がモータ２の各相の
コイルと近接・離間を繰り返すことにより、各相のコイ
ルには、磁界の変化に起因する誘起電圧が発生する。こ
のため、モータ２の各相には、駆動部１から印加される
相電圧３０と回転子の位置および回転速度に応じて生ず
る誘起電圧との合計電圧が作用するとともに、各相のイ
ンダクタンスによって決定される相電流３１が流れるよ
うになり、相電圧３０と相電流３１との間には、図６に
示すような位相差（θ）が発生する。従って、この実施
の形態１によれば、電流位相検出部３から出力される相
電流の位相情報を表す信号（PhIu、PhIv、PhIw）と制御
部４が自ら生成しているモータ駆動電圧の位相情報とか
ら、この位相差（θ）に相当する時間を制御部４のタイ
マ４３によって計測することにより、相電圧と相電流と
の位相差が算出でき、力率制御を行なうことが可能であ
る。

【００５１】また、この相電圧と相電流との位相差
（θ）は、回転子の位置情報を含んでいるため、この位
相差情報からモータ２の回転数や回転方向に関する情報
を抽出し、この情報に基いて上記図５に示した起動時の
制御を行なうことも可能である。

【００５２】以上、この実施の形態１によれば、モータ
２が逆転方向に回転している場合に、一旦、逆転方向に
駆動してから徐々に正転方向に回転方向を転換するよう
構成したため、逆回転時に直接正転方向の電圧を印加す
る場合に比べて回転子の角運動量の変化（回転子に作用
するトルク）を小さくすることができ、脱調等が発生し
にくく、より確実に引き込みができるとともに、起動時
の安定性に優れたモータシステムが得られる効果があ
る。また、大きなトルクの発生にともなう振動や騒音を
抑制できる効果がある。

【００５３】また、電流位相検出部３および制御部４で
算出された回転子の回転数に基いてモータ２に供給する
交流電流の逆転周波数の初期値を設定し、より高い逆転
周波数で駆動するよう構成したため、回転子の逆転周波
数とモータ２に供給される交流電流の電流周波数の差が
小さくなって、より脱調等が発生しにくくなり、起動時
の安定性がさらに向上する効果がある。

【００５４】また、回転子の回転とモータ駆動電圧の電
流周波数を同期させながら、電流周波数を所望の周波数
まで連続的に変化させてゆくよう構成したため、回転子
の回転と印加電圧の周波数の開離が小さくなり、効率良
くトルクを発生させることができるため、回転子の回転
数を円滑かつ安定して変更できる効果がある。

【００５５】また、回転子の回転方向を検出し、逆回転
時とその他の場合とで起動方法を変えたため、逆回転時
以外の起動時間を短縮できる効果がある。

【００５６】また、ブレーキ動作をした後に、モータ２
を駆動するよう構成したため、回転子２が逆方向に回転
中であっても短時間で回転数を低下させることができ、
モータ２の起動時間を短縮できる効果がある。

【００５７】また、スイッチング素子１３、１４、１５
をＯＮし、モータ２を三相短絡状態にしてブレーキ動作
を行なうよう構成したため、より確実にブレーキ動作が
行われる効果がある。

【００５８】また、回転数計測時のスイッチング素子の
ＯＮ／ＯＦＦ周波数を非可聴周波数領域である２０ｋＨ
ｚとしたため、計測時の電流リプルに起因するトルクリ
プルが無く無音で起動できる効果がある。

【００５９】また、モータ２の運転中に、極めて短い時
間（１μｓ）だけ各相に対応する２つのスイッチング素
子を同時にＯＦＦ状態とすることで、電流位相検出部３
が各相の相電流の位相情報（PhIu、PhIv、PhIw）を検出
し、回転数および回転方向を検出するよう構成したた
め、電圧印加休止時間に起因するモータ２のトルクリプ
ルを抑制することができ、モータ２を、静粛に、効率良
く、かつ、安定に駆動できる効果がある。また、モータ
負荷が高い場合でも、安定して動作するモータシステム
を得ることができる。

【００６０】また、電流位相検出部３が各相の相電流の
位相情報（PhIu、PhIv、PhIw）を検出することにより、
回転数および回転方向を検出するよう構成したため、回
転数検出用のホール素子等の位置センサが不要となり、
化合物半導体や電子部品等の廃棄物を削減できる。

【００６１】また、モータ２の起動時には、相電流の位
相情報（PhIu、PhIv、PhIw）から算出される回転数と回
転方向に基いてモータ２に供給される交流電流の周波数
を制御するとともに、所定の回転数に到達した後は、よ
り効率の高い力率制御に切り換えるよう構成したため、
起動時のトルクリプルが小さくなって起動の安定性が向
上するとともに起動後の効率が高いモータシステムが得
られる効果がある。

【００６２】なお、上記実施の形態１では、モータ２と
してＤＣブラシレスモータを用いた例を示したが、モー
タ２は、これに限定されるものではなく、誘導モータ等
の他の多相モータであっても同様の効果を奏することが
できる。また、三相以外の相数のモータにも適用できる
ことは言うまでもない。

【００６３】また、起動時に駆動部１から出力されるモ
ータ駆動電圧を、通常運転時より高目の電圧に設定して
おけば、外乱等によるトルク変動や加速中のトルクアッ
プに対しても同期状態からはずれることが少なくなり、
より安定して起動することができる効果がある。

【００６４】また、上記実施の形態１では、回転情報検
出手段として、回転数および回転方向の検出を電流ゼロ
クロス検出回路３からの位相信号（PhIu、PhIv、PhIw）
に基いて行なうよう構成した例を示したが、従来装置と
同様にモータ２に発生する誘起電圧（逆起電力）等を検
出してもよく、この他、ホール素子等の位置検出素子の
利用等、種々の形態が可能である。

【００６５】また、上記実施の形態１では、３つの相の
全部について位相信号（PhIu、PhIv、PhIw）を計測した
が、三相モータの原理から、この内のいずれか２相の位
相が分かれば、他の１相を導出することができ、回転数
および回転方向を判定することが可能である。

【００６６】さらに、上記実施の形態１では、起動時の
回転数検出を電流ゼロクロス検出回路３からの位相信号
（PhIu、PhIv、PhIw）により、また、通常運転時は、相
電流と相電圧間の位相差による力率制御により構成した
例を示したが、通常運転時も電流ゼロクロス検出回路３
からの位相信号（PhIu、PhIv、PhIw）に基いて制御する
よう構成してもよく、この場合、起動時と通常運転時の
回路とが兼用できるため起動用の新たな回路が不要とな
り、コスト低減が可能となる効果がある。

【００６７】実施の形態２．上記実施の形態１では、ス
テップＳ１においてスイッチング素子を常時ＯＮ（閉
成）し、ブレーキ動作を行なった後、ステップＳ２で電
流周波数および回転方向の計測を行なうよう構成した例
を示したが、スイッチング素子を断続的にＯＮ／ＯＦＦ
するよう構成してもよく、この場合、ブレーキ動作と同
時に回転数等の計測もできるため、起動時間がさらに早
くなる効果がある。

【００６８】また、上記実施の形態１では制御部４がス
テップＳ１において常に３秒間ブレーキ動作を行なうよ
う構成したが、このように構成された実施の形態２によ
ればブレーキ操作を行いながら回転数等を検出できるた
め、回転数が所定の値以下（この実施の形態２では、１
００ｒｐｍに設定）となった場合にステップＳ３に移行
するよう構成すれば、起動時間がさらに短縮できるとと
もに、確実に減速してから起動動作を行なうことができ
るため、起動時の安定性がより向上する効果がある。

【００６９】実施の形態３．また、上記実施の形態１で
は、ブレーキ操作（ステップＳ１）後に回転方向を検出
（ステップＳ２）し、起動方法を変更（ステップＳ３）
するよう構成したが、ブレーキ動作前に回転方向を検出
し、例えば、モータ２が正転方向に十分な速度で回転し
ている場合には、ステップＳ２で計測された電流周波数
と所望の運転周波数を比較し、その大小によってステッ
プＳ２で計測された電流周波数より１Ｈｚだけ高い（計
測された周波数＜所望周波数の場合）もしくは１Ｈｚだ
け低い（計測された周波数＞所望周波数の場合）正転周
波数を新しい電流周波数として設定し、制御部４がこの
新しい電流周波数でモータ２を駆動し、徐々に回転数を
変更するよう構成すれば、正転方向に回転している回転
子２を一旦減速させる必要がなくなり、起動時間がさら
に短縮される効果がある。

【００７０】実施の形態４．また、上記実施の形態１で
は、起動前に必ずブレーキ動作（ステップ１）を行なう
よう構成した例を示したが、ブレーキ操作前に回転数を
検出するよう構成するとともに、この結果に基いて、回
転子の回転数が非常に高い場合（この実施の形態４で
は、５００ｒｐｍに設定）には、モータ２を起動させな
いよう構成してもよく、この場合、高速で逆回転する回
転子を制動する際に駆動部１に過大電流あるいは高電圧
が発生し、駆動部１の回路が故障することを防止できる
効果がある。

【００７１】実施の形態５．図７には、この発明の実施
の形態５として、上記実施の形態１に記載のモータシス
テムを室外機のファンの駆動用に用いた空気調和機の構
成図を示す。図において、５０は空気調和機の室外機で
あり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。また、
２は上記実施の形態１に記載のブラシレスモータ、５１
は上記実施の形態１に示した駆動部１、電流位相検出部
３および制御部４からなるモータ駆動装置、５２はブラ
シレスモータ２によって回転されるプロペラファン、５
３はプロペラファン５２の回転によって送風される外気
と冷媒との間で熱交換を行なう熱交換器、５４は冷媒を
圧縮する圧縮機であり、ブラシレスモータ２、モータ駆
動装置５１およびプロペラファン５２により送風機５５
が構成されている。

【００７２】このように、この実施の形態５によれば、
室外機５０のファンを駆動するモータシステムとして上
記実施の形態１に記載したモータシステムを用いたた
め、例えば、プロペラファン５２が外風によって逆回転
している場合でも、プロペラファン５２を安定して起動
することができる効果がある。

【００７３】なお、上記実施の形態５において、モータ
システムとして上記実施の形態４を用いれば、プロペラ
ファン５２が強い外風で高速に逆回転している場合に
は、モータ２が起動しないため、モータ駆動装置５１の
回路が保護されるとともに、モータ２を回転させなくと
も外風によって熱交換が行われるため、モータ２の消費
電力を節約することができ、より省電力となる効果があ
る。

【００７４】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に示すような効果を奏する。

【００７５】多相の交流電流を生成する駆動回路と、前
記駆動回路から供給される多相の交流電流によって駆動
されるモータと、前記モータの回転数および回転方向を
検出する回転情報検出手段と、前記回転情報検出手段か
ら出力される前記モータの回転数および回転方向に基い
て前記駆動回路から出力する交流電流の周波数を制御
し、前記モータの回転数を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路が、前記モータの起動時、前記回転情報検
出手段から出力される前記モータの回転方向を判別する
とともに、前記モータが逆転方向に回転している場合
に、前記駆動回路から前記モータに対して逆転周波数の
交流電流を供給して引き込みを行い、その後、その周波
数を正転方向に変化させることにより前記モータを起動
するよう構成したため、脱調等が発生しにくく、より確
実に引き込みができるとともに、起動時の安定性に優れ
たモータシステムが得られる効果がある。

【００７６】また、前記制御回路が、起動時に前記駆動
回路から出力される交流電流の前記逆転周波数の初期値
を、前記モータの起動前の回転数に応じて変化させるよ
う構成したため、前記モータの回転数と前記モータに供
給される交流電流の電流周波数の差が小さくなって、よ
り脱調等が発生しにくくなり、起動時の安定性が向上す
る効果がある。

【００７７】また、前記駆動回路が、直流電源から供給
される直流電流を前記モータの各相に対応してＯＮ／Ｏ
ＦＦする複数対のスイッチング手段と、前記スイッチン
グ手段の各々に並列に設けられ、前記スイッチング手段
のＯＦＦ時に環流電流を流通させる環流ダイオードを備
えるとともに、前記回転情報検出手段が、前記スイッチ
ング手段をＯＦＦした時の前記モータの相電圧の極性を
サンプリングすることにより、前記モータに流れ込む相
電流のゼロクロスを検出し、相電流の位相を検出する電
流位相検出部からの出力により回転数および回転方向を
検出するよう構成したため、回転数および回転方向を検
出するための電圧印加休止時間を短くすることができ、
電圧印加休止時のトルクリプルによるモータ駆動時の騒
音や振動を低減できる効果がある。

【００７８】また、前記電流位相検出部による相電圧の
サンプリング周波数を非可聴周波数領域としたため、よ
り低騒音化が可能となる効果がある。

【００７９】また、起動前に、前記モータの回転数を減
速させるブレーキ手段を備えたため、前記モータが逆方
向に回転していても短時間で回転数を低下させることが
でき、前記モータの起動時間を短縮できる効果がある。

【００８０】また、前記ブレーキ手段が、前記モータの
各相の線間を短絡することにより、短絡電流を発生さ
せ、回転数を減速するよう構成したため、より確実に前
記モータの回転数を減速できる効果がある。

【００８１】また、前記モータの回転方向が正転方向で
ある場合、前記ブレーキ手段がブレーキ動作を行なわな
いよう構成したため、正転方向に回転している場合の起
動時間をさらに短縮できる効果がある。

【００８２】また、前記モータの回転数が所定の回転数
より大きい場合に、前記制御回路が、前記駆動回路によ
り前記モータを駆動しないよう構成したため、前記駆動
回路に過大電流あるいは高電圧が発生して、前記駆動回
路が故障することを防止できる効果がある。

【００８３】また、空気調和機の送風機用モータとし
て、上記のいずれかに記載のモータシステムを備えたた
め、前記モータに装着されたプロペラファンが外風で逆
回転している場合でも、プロペラファンを安定して起動
することが可能な空気調和機が得られる効果がある。

【００８４】また、多相モータの起動時、前記モータの
回転数および回転方向を検出するステップと、前記モー
タが逆転方向に回転している場合に、前記モータに対し
て逆転周波数の交流電流を供給することにより引き込み
を行うステップと、引き込み完了後、交流電流の周波数
を正転方向に変化させるステップと、を含むよう構成し
たため、脱調等が発生しにくく、より安定して起動でき
る効果がある。

【００８５】また、前記モータに対して逆転周波数の交
流電流を供給することにより引き込みを行うステップに
おいて、前記モータに対して供給する交流電流の前記逆
転周波数の初期値を、前記モータの起動前の回転数に対
応した電流周波数より逆転方向に大なる周波数に設定し
たため、起動時の安定性が一層向上する効果がある。

【００８６】また、起動前に、前記モータの回転数を減
速させるステップを含むよう構成したため、前記モータ
が逆方向に回転していても短時間で回転数を低下させる
ことができ、前記モータの起動時間を短縮できる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１のモータシステムの
全体構成を表すブロック図。

【図２】 この発明の実施の形態１のモータシステムの
駆動部の構成を表す回路図。

【図３】 この発明の実施の形態１のモータシステムの
制御部の構成を表す回路図。

【図４】 この発明の実施の形態１のモータシステムの
動作を表すタイミングチャート。

【図５】 この発明の実施の形態１のモータシステムの
起動時の動作手順を表すフローチャート。

【図６】 この発明の実施の形態１のモータシステムの
通常運転時の相電圧、相電流および相電流位相信号の関
係を表す波形図。

【図７】 この発明の実施の形態５の空気調和機の室外
機の構成を表す構成図。

【図８】 従来のモータシステムの全体構成を表すブロ
ック図。

【図９】 従来のモータシステムの起動時の動作を表す
フローチャート。

【符号の説明】

１ 駆動部（駆動回路、ブレーキ手段） ２ 三相ＤＣブラシレスモータ（モータ） ３ 電流位相検出部（回転情報検出手段） ４ 制御部（制御回路、回転情報検出手段） ５ 直流電源 １０、１１、１２、１３、１４、１５ スイッチング素
子（スイッチング手段） １６、１７、１８、１９、２０、２２ 環流ダイオード ３０ 相電圧の波形 ３１ 相電流の波形 ３２ 電流位相検出部からの出力波形 ４０ 外部インターフェース ４１ 演算部 ４２ メモリ ４３ タイマ ５０ 室外機 ５１ モータ駆動装置 ５２ プロペラファン ５３ 熱交換器 ５４ 圧縮機 ５５ 送風機

フロントページの続き (72)発明者 矢部 正明 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 坂廼辺 和憲 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 川口 仁 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3H021 AA01 BA02 BA11 BA13 BA16 BA20 BA24 CA04 CA07 DA04 DA05 DA06 EA04 EA05 EA08 EA09 3L060 AA01 CC19 DD01 DD02 DD05 EE05 EE06 5H560 AA01 AA02 BB04 DC01 DC12 EB01 HB05 HC03 JJ05 SS01 TT01 TT08 TT11 UA02 XB09

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多相の交流電流を生成する駆動回路と、
   前記駆動回路から供給される多相の交流電流によって駆
   動されるモータと、前記モータの回転数および回転方向
   を検出する回転情報検出手段と、前記回転情報検出手段
   から出力される前記モータの回転数および回転方向に基
   いて前記駆動回路から出力する交流電流の周波数を制御
   し、前記モータの回転数を制御する制御回路とを備え、
   前記制御回路が、前記モータの起動時、前記回転情報検
   出手段から出力される前記モータの回転方向を判別する
   とともに、前記モータが逆転方向に回転している場合
   に、前記駆動回路から前記モータに対して逆転周波数の
   交流電流を供給して引き込みを行い、その後、その周波
   数を正転方向に変化させることにより前記モータを起動
   するよう構成したことを特徴とするモータシステム。
2. 【請求項２】 前記制御回路が、起動時に前記駆動回路
   から出力される交流電流の前記逆転周波数の初期値を、
   前記モータの起動前の回転数に応じて変化させることを
   特徴とする請求項１に記載のモータシステム。
3. 【請求項３】 起動時に前記駆動回路から出力される交
   流電流の前記逆転周波数の初期値を、前記モータの起動
   前の回転数に対応した電流周波数より逆転方向に大なる
   周波数に設定したことを特徴とする請求項２に記載のモ
   ータシステム。
4. 【請求項４】 前記回転情報検出手段が、前記モータに
   流れ込む相電流の位相を検出することにより、前記モー
   タの回転数および回転方向を算出することを特徴とする
   請求項１に記載のモータシステム。
5. 【請求項５】 前記回転情報検出手段が、前記モータに
   流れ込むいずれか二相の相電流の位相に基づいて回転方
   向を判定することを特徴とする請求項４に記載のモータ
   システム。
6. 【請求項６】 前記駆動回路が、直流電源から供給され
   る直流電流を前記モータの各相に対応してＯＮ／ＯＦＦ
   する複数対のスイッチング手段と、前記スイッチング手
   段の各々に並列に設けられ、前記スイッチング手段のＯ
   ＦＦ時に環流電流を流通させる環流ダイオードを備える
   とともに、前記回転情報検出手段が、前記スイッチング
   手段をＯＦＦした時の前記モータの相電圧の極性をサン
   プリングすることにより、前記モータに流れ込む相電流
   のゼロクロスを検出し、相電流の位相を検出する電流位
   相検出部を備えたことを特徴とする請求項４に記載のモ
   ータシステム。
7. 【請求項７】 前記電流位相検出部による相電圧のサン
   プリング周波数を非可聴周波数領域としたことを特徴と
   する請求項６に記載のモータシステム。
8. 【請求項８】 起動前に、前記モータの回転数を減速さ
   せるブレーキ手段を備えたことを特徴とする請求項１に
   記載のモータシステム。
9. 【請求項９】 前記ブレーキ手段が、前記モータの各相
   の線間を短絡することにより、短絡電流を発生させ、回
   転数を減速するよう構成したことを特徴とする請求項８
   に記載のモータシステム。
10. 【請求項１０】 前記モータの回転方向が正転方向であ
    る場合、前記制御回路が前記ブレーキ手段によるブレー
    キ動作を行なわないよう制御することを特徴とする請求
    項８に記載のモータシステム。
11. 【請求項１１】 前記モータの回転数が所定の回転数よ
    り大きい場合に、前記制御回路が、前記駆動回路により
    前記モータを駆動しないよう制御することを特徴とする
    請求項１に記載のモータシステム。
12. 【請求項１２】 前記モータがブラシレスモータであ
    り、前記駆動回路が電圧型フルブリッジインバータを備
    えたことを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいず
    れかに記載のモータシステム。
13. 【請求項１３】 送風機用モータとして、請求項１ない
    し請求項１２のいずれかに記載のモータシステムを備え
    たことを特徴とする空気調和機。
14. 【請求項１４】 多相の交流電流によって駆動されるモ
    ータの起動方法であって、前記モータの回転数および回
    転方向を検出するステップと、前記モータが逆転方向に
    回転している場合に、前記モータに対して逆転周波数の
    交流電流を供給することにより引き込みを行うステップ
    と、引き込み完了後、交流電流の周波数を正転方向に変
    化させるステップと、を含むことを特徴とするモータの
    起動方法。
15. 【請求項１５】 前記モータに対して逆転周波数の交流
    電流を供給することにより引き込みを行うステップにお
    いて、前記モータに対して供給する交流電流の前記逆転
    周波数の初期値を、前記モータの起動前の回転数に対応
    した電流周波数より逆転方向に大なる周波数に設定した
    ことを特徴とする請求項１４に記載のモータの起動方
    法。
16. 【請求項１６】 起動前に、前記モータの回転数を減速
    させるステップを含むことを特徴とする請求項１４に記
    載の多相モータの起動方法。