JP2001211654A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブラシレスモータの惰性回転中に過大な電流
や振動、騒音を発生させることなくチャージポンプ回路
の電源コンデンサを充電する。 【解決手段】 回転駆動信号生成回路３３は、位置信号
Ｈｕ〜Ｈｗに基づいて、ブラシレスモータ１４を回転駆
動するための１２０度通電方式の回転駆動信号Ａup〜Ａ
wnを生成する。充電駆動信号生成回路３４は、位置信号
Ｈｕ〜Ｈｗに基づいて、電源コンデンサ２０ａ〜２０ｃ
の充電を行うための充電駆動信号Ｂup〜Ｂwnを生成す
る。上アーム側の充電駆動信号Ｂup〜Ｂwpは常にロウレ
ベルで、下アーム側の充電駆動信号Ｂun〜Ｂwnは誘起電
圧が最小となる相のみがハイレベルとなる。選択回路３
５は、運転指令が与えられると少なくとも１周期以上の
間充電駆動信号Ｂup〜Ｂwnを選択した後回転駆動信号Ａ
up〜Ａwnを選択する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チャージポンプ回
路を備えたブラシレスモータ駆動用のインバータ装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、家電機器などに用いられるモータ
には、可変速範囲が広くモータ効率が高いブラシレスモ
ータの採用が進んでおり、このブラシレスモータをイン
バータ装置で駆動することにより、使い勝手の向上や消
費電力の低減といった性能の向上が図られている。

【０００３】こうしたインバータ装置には、スイッチン
グ素子の駆動用電源を簡素化するために、例えば米国特
許第４３１６２４３号公報に記載されたようないわゆる
チャージポンプ回路を採用したものがある。そして、モ
ータ始動時におけるチャージポンプ回路の初期化方法と
して、例えば特開平７−１５９７８号公報に開示された
方法がある。以下、これらの公報に基づいて、チャージ
ポンプ回路を備えた従来構成のインバータ装置について
図８を参照しながら説明する。

【０００４】この図８において、インバータ装置１は、
直流電源回路２、インバータ主回路３および制御回路４
から構成されている。交流電源５（例えば単相１００Ｖ
の商用電源）の両端子は、一方にリアクトル６を介して
ダイオードブリッジ７の交流入力端子に接続され、ダイ
オードブリッジ７の直流出力端子間には平滑用のコンデ
ンサ８が接続されている。これにより直流電源回路２が
構成され、ダイオードブリッジ７の直流出力端子に接続
された正側および負側の直流電源線９、１０間に直流電
圧が出力されるようになっている。

【０００５】直流電源線９、１０間に接続されるインバ
ータ主回路３は、スイッチング素子例えばＩＧＢＴ１１
ａ〜１１ｆと、これらＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆに対しそ
れぞれ通電方向が逆向きとなるように並列接続された還
流ダイオード１２ａ〜１２ｆとが三相ブリッジ接続され
た形態に構成されている。このインバータ主回路３の出
力端子１３ｕ、１３ｖ、１３ｗは、それぞれブラシレス
モータ１４の巻線１４ｕ、１４ｖ、１４ｗの各端子に接
続されている。

【０００６】ブラシレスモータ１４は、巻線１４ｕ、１
４ｖ、１４ｗが巻回されたステータと永久磁石が配設さ
れたロータとを備えて構成されており、ロータの回転位
置を検出するために例えばホールＩＣからなる３つの位
置検出素子１５ｕ、１５ｖ、１５ｗが配設されている。
これら位置検出素子１５ｕ、１５ｖ、１５ｗからは、ロ
ータの回転位置に対応してハイレベルまたはロウレベル
の位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗが出力されるようになって
いる。

【０００７】ＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆに対しては、それ
ぞれゲートを駆動するための駆動回路１６ａ〜１６ｆが
設けられている。これら駆動回路１６ａ〜１６ｆは例え
ばフォトカプラから構成されており、このうち下アーム
側（負側）のＩＧＢＴ１１ｄ〜１１ｆを駆動する駆動回
路１６ｄ〜１６ｆは、共通に設けられた１つの駆動電源
１７から駆動用直流電圧の供給を受けるようになってい
る。この駆動電源１７の出力端子間にはコンデンサ１８
が接続されている。

【０００８】一方、上アーム側（正側）のＩＧＢＴ１１
ａ〜１１ｃを駆動する駆動回路１６ａ〜１６ｃに対して
は、それぞれチャージポンプ回路１９ａ〜１９ｃが設け
られている。そして、駆動回路１６ａ〜１６ｃは、それ
ぞれチャージポンプ回路１９ａ〜１９ｃ内の電源コンデ
ンサ２０ａ〜２０ｃから駆動用直流電圧の供給を受ける
ようになっている。

【０００９】チャージポンプ回路１９ａ〜１９ｃは、そ
れぞれ駆動電源１７、前記電源コンデンサ２０ａ〜２０
ｃ、駆動電源１７の正側端子と電源コンデンサ２０ａ〜
２０ｃの各正極端子との間に接続された図示の極性をも
つチャージポンプ用のダイオード２１ａ〜２１ｃおよび
ＩＧＢＴ１１ｄ〜１１ｆから構成されている。

【００１０】制御回路４は、回転駆動信号生成回路２
２、充電駆動信号生成回路２３および選択回路２４から
構成されている。このうち、回転駆動信号生成回路２２
は、位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗに基づいて、ブラシレス
モータ１４を回転駆動するための例えば１２０度通電幅
の駆動信号を生成するようになっている。また、充電駆
動信号生成回路２３は、電源コンデンサ２０ａ〜２０ｃ
の充電を行うための駆動信号を生成するようになってい
る。そして、選択回路２４は、運転・停止指令に従っ
て、インバータ主回路３に対してオフ駆動信号、回転駆
動信号、充電駆動信号の何れかを選択的に出力するよう
になっている。

【００１１】選択回路２４は、停止指令が与えられてい
る間インバータ主回路３に対しオフ駆動信号を出力する
ので、電源コンデンサ２０ａ〜２０ｃの電荷は徐々に失
われる。そして、運転指令が与えられると、選択回路２
４は、所定時間、上アーム側（正側）のＩＧＢＴ１１ａ
〜１１ｃをオフとし、下アーム側のＩＧＢＴ１１ｄ〜１
１ｆを一斉にオンとする充電駆動信号を出力する。これ
により、チャージポンプ回路１９ａ〜１９ｃがオンとな
り、駆動電源１７からダイオード２１ａ〜２１ｃを介し
て電源コンデンサ２０ａ〜２０ｃへの充電が行われる。

【００１２】所定時間が経過した後、選択回路２４は、
充電駆動信号に替えて回転駆動信号生成回路２２からの
回転駆動信号を出力する。これにより、インバータ主回
路３からブラシレスモータ１４の巻線１４ｕ〜１４ｗに
対し交流電圧が出力され、ブラシレスモータ１４が回転
駆動する。この回転駆動状態では、下アーム側のＩＧＢ
Ｔ１１ｄ〜１１ｆがオンする毎にチャージポンプ回路１
９ａ〜１９ｃがオンとなるので、電源コンデンサ２０ａ
〜２０ｃへの充電が継続的に行われる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】例えば、電気掃除機の
集塵用ファンモータとしてブラシレスモータ１４を採用
し、そのブラシレスモータ１４を上記インバータ装置１
により駆動する場合を考える。この場合、使用者は、電
気掃除機の操作部に設けられたスイッチにより集塵用フ
ァンモータの停止操作をした直後に再び運転操作を行う
ことがある。

【００１４】停止操作によりインバータ装置１には停止
指令が入力されるので、チャージポンプ回路１９ａ〜１
９ｃはオフとなり、電源コンデンサ２０ａ〜２０ｃの電
荷は駆動回路１６ａ〜１６ｃの待機電力として消費され
る。その直後、ブラシレスモータ１４の惰性回転中に運
転操作によりインバータ装置１に運転指令が入力される
と、選択回路２４は上述した通り所定時間だけ下アーム
側のＩＧＢＴ１１ｄ〜１１ｆをオンして電源コンデンサ
２０ａ〜２０ｃを充電する。

【００１５】しかし、ブラシレスモータ１４が惰性回転
し巻線１４ｕ〜１４ｗに誘起電圧が発生している時にＩ
ＧＢＴ１１ｄ〜１１ｆをオンすると、その誘起電圧によ
り巻線１４ｕ〜１４ｗに短絡電流が流れる。この短絡電
流は、惰性回転速度が高いほど大きくなる。従って、従
来構成においては、この短絡電流にも耐え得るだけの電
流容量を持つＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆを用いる必要があ
り、コスト高の原因となっていた。また、短絡電流が流
れると大きなブレーキトルクが発生するので、それによ
り振動や騒音が発生するという問題もあった。

【００１６】さらに、電源コンデンサ２０ａ〜２０ｃの
充電時における上記問題は、下アーム側のＩＧＢＴ１１
ｄ〜１１ｆを同時にオンする場合に限らず、下アーム側
の１個または２個のＩＧＢＴを任意のタイミングでオン
する場合にも、同様に生じていた。こうした問題を回避
するには、運転指令が入力された場合、ブラシレスモー
タ１４が停止するのを待って電源コンデンサ２０ａ〜２
０ｃの充電を開始すれば良いが、使用者の操作に対する
集塵用ファンの応答が鈍くなり使い勝手が悪くなってし
まう。

【００１７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、ブラシレスモータが惰性回転中であっ
ても、過大な電流や振動、騒音を発生させることなくチ
ャージポンプ回路内の電源コンデンサを充電することが
できるインバータ装置を提供することにある。

【００１８】

【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に記載したインバータ装置は、複数相の巻
線を有するブラシレスモータのロータ回転位置を検出す
る回転位置検出手段と、正側および負側の直流電源線と
前記巻線の端子との各間にそれぞれ正側および負側のス
イッチング素子が接続されてなる通電手段と、駆動信号
に従って前記正側および負側のスイッチング素子を駆動
する駆動回路と、前記正側のスイッチング素子を駆動す
る駆動回路に駆動用直流電圧を供給するための電源コン
デンサを有し、前記負側のスイッチング素子がオン状態
の時に前記電源コンデンサへの充電が行われるチャージ
ポンプ回路とを備えたインバータ装置において、前記回
転位置検出手段により検出されたロータ回転位置に基づ
いて、前記ブラシレスモータを回転駆動するための駆動
信号を生成する第１の駆動信号生成手段と、前記回転位
置検出手段により検出されたロータ回転位置に基づい
て、前記電源コンデンサを充電するための駆動信号を生
成する第２の駆動信号生成手段とを備えていることを特
徴とする。

【００１９】この構成によれば、第２の駆動信号生成手
段は、ブラシレスモータのロータ回転位置すなわち惰性
回転中にあっては誘起電圧の位相に基づいて、電源コン
デンサを充電するための駆動信号を生成するので、ブラ
シレスモータが惰性回転している時であってもその誘起
電圧により巻線に流れる短絡電流を抑制した状態で電源
コンデンサを充電可能となる。

【００２０】請求項２に記載したインバータ装置は、前
記回転位置検出手段により検出されたロータ回転位置に
基づいて、前記ブラシレスモータを回転駆動するための
駆動信号を生成する第１の駆動信号生成手段と、前記ブ
ラシレスモータの惰性回転中に、前記回転位置検出手段
により検出されたロータ回転位置に基づいて、前記電源
コンデンサを充電するための駆動信号を生成する第２の
駆動信号生成手段と、前記ブラシレスモータの停止中
に、前記電源コンデンサを充電するための駆動信号を生
成する第３の駆動信号生成手段とを備えていることを特
徴とする。

【００２１】この構成によれば、第２の駆動信号生成手
段は、ブラシレスモータの巻線に誘起電圧が生じる惰性
回転中に、ロータ回転位置すなわち誘起電圧の位相に基
づいて電源コンデンサを充電するための駆動信号を生成
するので、誘起電圧により巻線に流れる短絡電流を抑制
した状態で電源コンデンサを充電可能となる。

【００２２】ただし、この駆動信号は惰性回転中の短絡
電流を抑制するために、回転位置検出手段の構成次第で
はロータ回転位置により何れのスイッチング素子も通電
されない状態も生じ得る。つまり、停止時においても第
２の駆動信号生成手段により生成された駆動信号を用い
るものとすれば、ロータの停止位置によっては電源コン
デンサの充電がなされない場合も起こり得る。

【００２３】本構成によれば、誘起電圧による短絡電流
が流れることのない停止時にあっては、第３の駆動信号
生成手段がロータ回転位置に依存せず駆動信号を生成す
るので、ロータの停止位置にかかわらず何れかのスイッ
チング素子をオンさせることができ、確実に電源コンデ
ンサを充電することができる。

【００２４】また、請求項３に記載したインバータ装置
は、上記第１の駆動信号生成手段と、ブラシレスモータ
が所定の回転速度以上で惰性回転している時に、前記回
転位置検出手段により検出されたロータ回転位置に基づ
いて、前記電源コンデンサを充電するための駆動信号を
生成する第２の駆動信号生成手段と、前記ブラシレスモ
ータが前記所定の回転速度未満で惰性状態にある時に、
前記電源コンデンサを充電するための駆動信号を生成す
る第３の駆動信号生成手段とを備えていることを特徴と
する。

【００２５】この構成によれば、誘起電圧による短絡電
流が比較的小さくなる所定の回転速度未満の惰性状態に
あっては、第３の駆動信号生成手段がロータ回転位置に
依存しない駆動信号を生成するので、短絡電流の発生を
小さく抑えつつ確実に電源コンデンサを充電することが
できる。

【００２６】以上の各場合において、第２の駆動信号生
成手段は、複数相のうち誘起電圧が最小となる相の負側
のスイッチング素子をオンさせる駆動信号を生成するこ
とが好ましい（請求項４）。

【００２７】この構成によれば、駆動信号によりオフと
なる相（非最小相）の負側スイッチング素子に、当該非
最小相の誘起電圧と最小相の誘起電圧との差電圧が順方
向に印加されるので、短絡電流の還流経路がなくなる。
これにより、ブラシレスモータが惰性回転している時で
あっても、短絡電流を流すことなく電源コンデンサを充
電できる。

【００２８】また、第２の駆動信号生成手段は、ブラシ
レスモータが惰性回転している場合、少なくとも電気角
で１周期以上の間駆動信号を生成することが好ましい
（請求項５）。この構成によれば、全ての相の負側スイ
ッチング素子が少なくとも１回以上オンとなるので、全
ての相の電源コンデンサを確実に充電することができ
る。

【００２９】

【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ないし図４を参照しながら説明する。なお、図１
において図８と同一構成部分には同一符号を付して示
し、ここでは異なる構成部分について説明する。

【００３０】図１は、インバータ装置の電気的構成を示
している。このインバータ装置３１は、例えば電気掃除
機の集塵用ファンモータとして用いられるブラシレスモ
ータ１４を駆動するもので、直流電源回路２、インバー
タ主回路３（通電手段に相当）および制御回路３２から
構成されている。また、ブラシレスモータ１４に配設さ
れた位置検出素子１５ｕ、１５ｖ、１５ｗは、本発明に
おける回転位置検出手段に相当する。

【００３１】制御回路３２は、例えばマイクロコンピュ
ータを主体とするもので、回転駆動信号生成回路３３、
充電駆動信号生成回路３４および選択回路３５から構成
されている。このうち第１の駆動信号生成手段としての
回転駆動信号生成回路３３は、位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈ
ｗに基づいて、ブラシレスモータ１４を回転駆動するた
めの例えば１２０度通電幅の回転駆動信号Ａup、Ａun、
Ａvp、Ａvn、Ａwp、Ａwnを生成するようになっている。

【００３２】第２の駆動信号生成手段としての充電駆動
信号生成回路３４は、位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗに基づ
いて、電源コンデンサ２０ａ〜２０ｃの充電を行うため
の充電駆動信号Ｂup、Ｂun、Ｂvp、Ｂvn、Ｂwp、Ｂwnを
生成するようになっている。ここで、上アーム側の充電
駆動信号Ｂup、Ｂvp、Ｂwpは常にロウレベルであり、下
アーム側の充電駆動信号Ｂun、Ｂvn、Ｂwnは、Ｕ相、Ｖ
相、Ｗ相のうちブラシレスモータ１４が惰性回転した場
合の誘起電圧が最小となる相（最小相）のみがハイレベ
ル、その他の相（非最小相）がロウレベルとなる。

【００３３】また、電気掃除機の操作部に設けられたス
イッチ（図示せず）は、運転側に切り替えられると選択
回路３５に対して運転指令を出力し、停止側に切り替え
られると停止指令を出力するようになっている。選択回
路３５は、運転・停止指令に従って、オフ駆動信号、回
転駆動信号Ａup〜Ａwn、充電駆動信号Ｂup〜Ｂwnの何れ
かを選択し、それを駆動信号Ｓup〜Ｓwnとしてインバー
タ主回路３に出力するようになっている。

【００３４】図２は、上から順に（ａ）誘起電圧、
（ｂ）位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ、（ｃ）回転駆動信号
Ａup〜Ａwn、（ｄ）充電駆動信号Ｂup〜Ｂwnを示してい
る。回転駆動信号生成回路３３は、位置信号Ｈｕと位置
信号Ｈｖの反転信号との論理積演算により回転駆動信号
Ａupを生成し、位置信号Ｈｕの反転信号と位置信号Ｈｖ
との論理積演算により回転駆動信号Ａunを生成するよう
になっている。その他の回転駆動信号Ａvp、Ａvn、Ａw
p、Ａwnも同様にして生成される。

【００３５】また、充電駆動信号生成回路３４は、位置
信号Ｈｕの反転信号と位置信号Ｈｖとの論理積演算によ
り充電駆動信号Ｂunを生成し、位置信号Ｈｖの反転信号
と位置信号Ｈｗとの論理積演算により充電駆動信号Ｂvn
を生成し、位置信号Ｈｗの反転信号と位置信号Ｈｕとの
論理積演算により充電駆動信号Ｂwnを生成するようにな
っている。なお、駆動信号Ａup〜Ａwn、Ｂup〜Ｂwnのロ
ウレベルとハイレベルとは、それぞれＩＧＢＴ１１ａ〜
１１ｆのオフとオンとに対応する。

【００３６】次に、本実施例の作用について図３および
図４も参照しながら説明する。まず、位置信号Ｈｕ〜Ｈ
ｗと駆動信号Ｓup〜Ｓwnとのタイミングチャートを示す
図３を用いて、停止状態にあるブラシレスモータ１４の
始動について説明する。選択回路３５は、停止指令が与
えられている間、駆動回路１６ａ〜１６ｆに対してロウ
レベルのオフ駆動信号Ｓup〜Ｓwnを出力する。これによ
りＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆはオフ状態となり、巻線１４
ｕ〜１４ｗへの通電は行われない。

【００３７】この間、ＩＧＢＴ１１ｄ〜１１ｆがオフで
あることからチャージポンプ回路１９ａ〜１９ｃはオフ
となり、電源コンデンサ２０ａ〜２０ｃへの充電動作も
停止している。従って、電源コンデンサ２０ａ〜２０ｃ
の電荷は駆動回路１６ａ〜１６ｃの待機電力として消費
され、駆動回路１６ａ〜１６ｃはＩＧＢＴ１１ａ〜１１
ｃを駆動することができない。

【００３８】時刻ｔ１において停止指令に替わり運転指
令が与えられると、選択回路３５は、所定時間、位置信
号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗに基づく充電駆動信号Ｂup〜Ｂwnを
選択し、それを駆動信号Ｓup〜Ｓwnとして駆動回路１６
ａ〜１６ｆに対し出力する。図３にあっては、運転指令
が与えられた時の位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗは、ロウレ
ベル、ハイレベル、ハイレベルなので、図２（ｂ）、
（ｄ）からＵ相下アーム側の充電駆動信号Ｂun（Ｓun）
のみがハイレベルとなりＩＧＢＴ１１ｄのみがオンとな
る。

【００３９】この時、Ｕ相のチャージポンプ回路１９ａ
では、駆動電源１７、ダイオード２１ａ、電源コンデン
サ２０ａ、ＩＧＢＴ１１ｄの経路で電流が流れ、電源コ
ンデンサ２０ａは、駆動電源１７の電圧に対しダイオー
ド２１ａの順方向電圧とＩＧＢＴ１１ｄのコレクタ・エ
ミッタ間電圧との加算電圧だけ低い電圧にまで充電され
る。

【００４０】また、他の相例えばＶ相のチャージポンプ
回路１９ｂでも、駆動電源１７、ダイオード２１ｂ、電
源コンデンサ２０ｂ、巻線１４ｖ、巻線１４ｕ、ＩＧＢ
Ｔ１１ｄの経路で電流が流れ、電源コンデンサ２０ｂは
ほぼ駆動電源１７の電圧にまで充電される。Ｗ相につい
ても同様となる。なお、前記所定時間は、電源コンデン
サ２０ａ〜２０ｃが充電されるのに十分な時間となるよ
うに設定される。

【００４１】所定時間が経過した時刻ｔ２において、選
択回路３５は、ブラシレスモータ１４を回転駆動するた
めの回転駆動信号Ａup〜Ａwnを選択し、それを駆動信号
Ｓup〜Ｓwnとして駆動回路１６ａ〜１６ｆに対し出力す
る。電源コンデンサ２０ａ〜２０ｃは充電されているの
で、駆動回路１６ａ〜１６ｆは駆動信号Ｓup〜Ｓwnに従
ってＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆをオンオフ駆動する。そし
て、インバータ主回路３から巻線１４ｕ、１４ｖ、１４
ｗに対して１２０度通電方式による交流電圧が出力され
る。これにより、ブラシレスモータ１４が始動する。

【００４２】ブラシレスモータ１４の回転駆動中は、下
アーム側のＩＧＢＴ１１ｄ〜１１ｆがオンする毎にそれ
ぞれチャージポンプ回路１９ａ〜１９ｃがオンとなるの
で、電源コンデンサ２０ａ〜２０ｃの充電が継続的に行
われる。

【００４３】続いて、図４に示すタイミングチャートを
用いて、ブラシレスモータ１４の惰性回転中における再
始動について説明する。ブラシレスモータ１４の回転駆
動中に、使用者が前記操作部のスイッチを運転側から停
止側へと切り替えることにより停止指令が与えられた場
合、あるいは過電流や過電圧が検出されて保護動作によ
る自動的な停止指令が与えられた場合、選択回路３５は
駆動回路１６ａ〜１６ｆに対してオフ駆動信号Ｓup〜Ｓ
wnを出力する。これにより、巻線１４ｕ〜１４ｗへの通
電が停止され、ブラシレスモータ１４は惰性回転状態と
なる。また、チャージポンプ回路１９ａ〜１９ｃがオフ
となるので、電源コンデンサ２０ａ〜２０ｃへの充電動
作が停止し、電源コンデンサ２０ａ〜２０ｃの電荷は駆
動回路１６ａ〜１６ｃの待機電力として消費されて失わ
れる。

【００４４】この惰性回転状態で、使用者が前記操作部
のスイッチを停止側から運転側へと切り替え、あるいは
保護動作が解除されると、選択回路３５に対し再び運転
指令が与えられる（時刻ｔ１）。これにより、選択回路
３５は、所定時間、位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗに基づく
充電駆動信号Ｂup〜Ｂwnを選択し、それを駆動信号Ｓup
〜Ｓwnとして駆動回路１６ａ〜１６ｆに対し出力する。
図４に示すように、位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗはロータ
の回転に伴って刻々と変化しているため、駆動信号Ｓu
n、Ｓvn、Ｓwnもそれに応じて変化する。

【００４５】図２に示されるように、駆動信号Ｓup〜Ｓ
wn（Ｂup〜Ｂwn）は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうち誘起電圧
が最小となる相の下アーム側のＩＧＢＴがオンするよう
に設定されている。本実施例の場合、各相について誘起
電圧が最小となる区間と、下アーム側の充電駆動信号が
ハイレベルとなる区間とは一致している。

【００４６】このように、誘起電圧が最小となる相の下
アーム側ＩＧＢＴがオンした場合、当該最小相の誘起電
圧と他の相（非最小相）の誘起電圧との差電圧は、オフ
状態にある非最小相の下アーム側ＩＧＢＴに加わるの
で、誘起電圧を電圧源とした電流経路が形成されない。
そのため、短絡電流を流すことなく当該最小相のチャー
ジポンプ回路をオンすることができ、その電源コンデン
サを充電することができる。そして、全ての相の電源コ
ンデンサ２０ａ〜２０ｃを充電するために、惰性回転中
における前記所定時間は少なくとも電気角で１周期以上
の時間となるように設定される。

【００４７】所定時間が経過した時刻ｔ２において、選
択回路３５は、前述したようにブラシレスモータ１４を
回転駆動するための回転駆動信号Ａup〜Ａwnを選択し、
それを駆動回路１６ａ〜１６ｆに対し出力する。これに
より、惰性回転中にあるブラシレスモータ１４を再始動
可能となる。

【００４８】以上述べたように、本実施例のインバータ
装置３１はチャージポンプ回路１９ａ〜１９ｃを備え、
停止指令から運転指令に切り替わった時に、所定時間、
位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗに基づく充電駆動信号Ｂup〜
Ｂwnにより下アーム側のＩＧＢＴ１１ｄ〜１１ｆをオン
する。従って、ブラシレスモータ１４が惰性回転中であ
っても、誘起電圧による短絡電流を抑制しつつ電源コン
デンサ２０ａ〜２０ｃを充電することが可能となる。

【００４９】特に、本実施例では、充電期間において誘
起電圧が最小となる相の下アーム側ＩＧＢＴをオンする
ので短絡電流が流れない。これにより、ＩＧＢＴ１１ａ
〜１１ｆの電流容量を従来構成（図８参照）に比べて小
さくすることができる。また、惰性回転中に短絡電流に
よるブレーキトルクが発生しないので、ブレーキトルク
による振動や騒音が生じないという優れた効果を有す
る。

【００５０】さらに、惰性回転中における電源コンデン
サ２０ａ〜２０ｃの充電期間は、少なくとも電気角で１
周期以上の時間だけ確保されるので、全ての電源コンデ
ンサ２０ａ〜２０ｃを確実に充電することができる。

【００５１】次に、本発明の第２実施例について図５な
いし図７を参照しながら説明する。なお、図５において
図１と同一構成部分には同一符号を付して示し、ここで
は異なる構成部分について説明する。

【００５２】この第２実施例は、上述した第１実施例に
対しブラシレスモータ１４の高速化を図った例である。
高出力や高速回転のブラシレスモータ１４の場合、駆動
信号に対して巻線１４ｕ、１４ｖ、１４ｗに流れる電流
が遅れるため効率が低下することがある。そこで、予め
位置検出素子１５ｕ〜１５ｗを進み位相（例えば第１実
施例に対し３０度の進み位相）となる位置に配設するこ
とにより、ロータの回転位置に対する位置信号Ｈｕ、Ｈ
ｖ、Ｈｗの位相を進めておく対策が施されている（図６
（ａ）、（ｂ）参照）。

【００５３】ところが、位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗが進
み位相に設定された本実施例においては、第１実施例で
説明した充電駆動信号Ｂup〜Ｂwnは誘起電圧が最小とな
る相の下アーム側ＩＧＢＴをオンする信号とはならない
ので、電源コンデンサ２０ａ〜２０ｃの充電中に短絡電
流が発生してしまう。

【００５４】そこで、本実施例では、図５に示す電気的
構成を有するインバータ装置を採用する。インバータ装
置３６の制御回路３７は、回転駆動信号生成回路３３、
充電駆動信号生成回路３８、３９、選択回路４０および
回転速度検出回路４１から構成されている。

【００５５】このうち第２の駆動信号生成手段としての
回転駆動信号生成回路３８は、位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈ
ｗに基づいて、電源コンデンサ２０ａ〜２０ｃの充電を
行うための充電駆動信号Ｃup、Ｃun、Ｃvp、Ｃvn、Ｃw
p、Ｃwnを生成するようになっている。また、第３の駆
動信号生成手段としての回転駆動信号生成回路３９は、
位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗに基づいて、電源コンデンサ
２０ａ〜２０ｃの充電を行うための充電駆動信号Ｄup、
Ｄun、Ｄvp、Ｄvn、Ｄwp、Ｄwnを生成するようになって
いる。

【００５６】回転速度検出回路４１は、例えば位置信号
Ｈｗに基づいてブラシレスモータ１４の回転速度を検出
するするようになっている。そして、選択回路４０は、
運転・停止指令および検出された回転速度に基づいて、
オフ駆動信号、回転駆動信号Ａup〜Ａwn、充電駆動信号
Ｃup〜Ｃwn、Ｄup〜Ｄwnの何れかを選択し、それを駆動
信号Ｓup〜Ｓwnとしてインバータ主回路３に出力するよ
うになっている。

【００５７】図６は、上から順に（ａ）誘起電圧、
（ｂ）位置信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ、（ｃ）回転駆動信号
Ａup〜Ａwn、（ｄ）充電駆動信号Ｃup〜Ｃwn、（ｅ）充
電駆動信号Ｄup〜Ｄwnを示している。

【００５８】この図６（ｄ）に示すように、上アーム側
の充電駆動信号Ｃup、Ｃvp、Ｃwpは常にロウレベルであ
る。また、下アーム側の充電駆動信号Ｃunは位置信号Ｈ
ｖと位置信号Ｈｗとの論理積演算により生成され、その
他の充電駆動信号ＣvnおよびＣwnについても同様にして
生成される。その結果、下アーム側の充電駆動信号Ｃu
n、Ｃvn、Ｃwnは、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の誘起電
圧が最小となる区間の一部分においてハイレベルとな
る。

【００５９】さらに、図６（ｅ）に示すように、上アー
ム側の充電駆動信号Ｄup、Ｄvp、Ｄwpも常にロウレベル
である。また、下アーム側の充電駆動信号Ｄunは位置信
号Ｈｕの反転信号と位置信号Ｈｖとの論理積演算により
生成され、その他の充電駆動信号ＤvnおよびＤwnについ
ても同様にして生成される。その結果、下アーム側の充
電駆動信号Ｄun、Ｄvn、Ｄwnは、常時、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ
相のうちの何れかの相がハイレベルとなる。

【００６０】次に、本実施例の作用について説明する。
選択回路４０は、停止指令に替えて運転指令が与えられ
ると、回転速度検出回路４１により検出された回転速度
に基づいて、電源コンデンサ２０ａ〜２０ｃを充電する
ための充電駆動信号Ｃup〜Ｃwnまたは充電駆動信号Ｄup
〜Ｄwnを選択し、それを駆動信号Ｓup〜Ｓwnとして駆動
回路１６ａ〜１６ｆに対し出力する。

【００６１】ブラシレスモータ１４が停止している場合
または所定の回転速度未満で惰性回転している場合、選
択回路４０は充電駆動信号Ｄup〜Ｄwnを選択する。この
選択期間では、ロータの停止位置にかかわらず何れかの
相の下アーム側のＩＧＢＴがオンとなるので、確実に電
源コンデンサ２０ａ〜２０ｃを充電することができる。
なお、惰性回転中にあっては誘起電圧による短絡電流が
流れるが、前記所定の回転速度を十分に低く設定するこ
とにより、その影響を排除することが可能である。

【００６２】一方、ブラシレスモータ１４が所定の回転
速度以上で惰性回転している場合には、選択回路４０は
充電駆動信号Ｃup〜Ｃwnを選択する。図７は、この場合
のタイミングチャートを示している。充電駆動信号Ｃup
〜Ｃwnが選択された時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間で
は、ロータの停止位置によりＩＧＢＴ１１ａ〜１１ｆが
全てオフとなる区間が存在する。しかしながら、惰性回
転しているため、少なくとも電気角で１周期以上の期間
充電駆動信号Ｃup〜Ｃwnを選択することにより、全ての
相の電源コンデンサ２０ａ〜２０ｃを充電することがで
きる。

【００６３】この場合、誘起電圧が最小となる相の下ア
ーム側ＩＧＢＴがオンするので、第１実施例で説明した
ようにブラシレスモータ１４の誘起電圧による短絡電流
は流れない。

【００６４】以上述べたように、本実施例のインバータ
装置３６は、位置検出素子１５ｕ〜１５ｗが進み状態に
配設されたブラシレスモータ１４を駆動するので、第１
実施例よりも高速領域まで回転駆動できる。そして、イ
ンバータ装置３６は、ブラシレスモータ１４が所定の回
転速度以上で惰性回転している場合に、少なくとも１周
期以上、充電駆動信号Ｃup〜Ｃwnを用いて誘起電圧が最
小となる相の下アーム側ＩＧＢＴをオンするので、短絡
電流を流すことなく電源コンデンサ２０ａ〜２０ｃを充
電することができる。その結果、第１実施例と同様の効
果を得ることができる。

【００６５】また、インバータ装置３６は、ブラシレス
モータ１４が所定の回転速度未満の場合、何れかの相の
下アーム側のＩＧＢＴが必ずオンとなる充電駆動信号Ｄ
up〜Ｄwnを選択するので、たとえ停止中であっても電源
コンデンサ２０ａ〜２０ｃを確実に充電することができ
る。

【００６６】なお、本発明は上記し且つ図面に示す各実
施例に限定されるものではなく、以下のような拡張また
は変更が可能である。第２実施例において、ブラシレス
モータ１４が所定の回転速度未満の場合、位置信号Ｈｕ
〜Ｈｗに基づく充電駆動信号Ｄup〜Ｄwnを用いたが、位
置信号Ｈｕ〜Ｈｗにかかわらず下アーム側ＩＧＢＴが全
相オンとなるような駆動信号を用いても良い。

【００６７】第２実施例において、選択回路４０は、ブ
ラシレスモータ１４が停止している場合または所定の回
転速度未満で惰性回転している場合に充電駆動信号Ｄup
〜Ｄwnを選択し、所定の回転速度以上で惰性回転してい
る場合に充電駆動信号Ｃup〜Ｃwnを選択したが、ブラシ
レスモータ１４が停止している場合に充電駆動信号Ｄup
〜Ｄwnを選択し、惰性回転している場合に充電駆動信号
Ｃup〜Ｃwnを選択するようにしても良い。

【００６８】選択回路３５、４０は、ブラシレスモータ
１４の回転駆動中に停止指令を受けるとインバータ主回
路３に対してオフ駆動信号を出力したが、駆動信号Ｂup
〜Ｂwn、Ｃup〜Ｃwn、Ｄup〜Ｄwnなどの充電駆動信号を
出力するようにしても良い。これによれば、停止指令が
入力されている時においても電源コンデンサ２０ａ〜２
０ｃの電圧が維持されているので、運転指令が入力され
た時に直ちに回転駆動を開始できる。

【００６９】本発明は、ブラシレスモータ１４への印加
電圧を制御するためにＰＷＭ制御を行うインバータ装置
についても同様に適用できる。また、三相のブラシレス
モータ１４に限らず、一般に複数相のブラシレスモータ
にも適用可能である。位置検出素子１５ｕ、１５ｖ、１
５ｗに替えて、ブラシレスモータ１４の誘起電圧に基づ
いてロータ位置を検出する位置信号検出回路（回転位置
検出手段）を備えても良い。

【００７０】

【発明の効果】以上説明した通り本発明のインバータ装
置は、電源コンデンサを有するチャージポンプ回路を備
え、ロータ回転位置すなわち惰性回転中における誘起電
圧の位相に基づいて電源コンデンサを充電するための駆
動信号を生成するので、ブラシレスモータが惰性回転し
ている時であってもその誘起電圧により巻線に流れる短
絡電流を抑制した状態で電源コンデンサの充電が可能と
なる。これにより、惰性回転中に短絡電流によるブレー
キトルクが発生せず、このブレーキトルクによる振動や
騒音も生じないという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すインバータ装置の電
気的構成図

【図２】誘起電圧、位置信号および駆動信号を示す波形
図

【図３】停止状態から始動する場合における位置信号お
よび駆動信号のタイミングチャート

【図４】惰性回転状態から始動する場合における位置信
号および駆動信号のタイミングチャート

【図５】本発明の第２実施例を示す図１相当図

【図６】図２相当図

【図７】図４相当図

【図８】従来技術を示す図１相当図

【符号の説明】

３はインバータ主回路（通電手段）、９、１０は直流電
源線、１１ａ〜１１ｆはＩＧＢＴ（スイッチング素
子）、１４はブラシレスモータ、１４ｕ、１４ｖ、１４
ｗは巻線、１５ｕ、１５ｖ、１５ｗは位置検出素子（回
転位置検出手段）、１６ａ〜１６ｆは駆動回路、１９ａ
〜１９ｃはチャージポンプ回路、２０ａ〜２０ｃは電源
コンデンサ、３１、３６はインバータ装置、３３は回転
駆動信号生成回路（第１の駆動信号生成手段）、３４、
３８は充電駆動信号生成回路（第２の駆動信号生成手
段）、３９は充電駆動信号生成回路（第３の駆動信号生
成手段）である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数相の巻線を有するブラシレスモータ
   のロータ回転位置を検出する回転位置検出手段と、 正側および負側の直流電源線と前記巻線の端子との各間
   にそれぞれ正側および負側のスイッチング素子が接続さ
   れてなる通電手段と、 駆動信号に従って前記正側および負側のスイッチング素
   子を駆動する駆動回路と、 前記正側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に駆動
   用直流電圧を供給するための電源コンデンサを有し、前
   記負側のスイッチング素子がオン状態の時に前記電源コ
   ンデンサの充電を行うチャージポンプ回路とを備えたイ
   ンバータ装置において、 前記回転位置検出手段により検出されたロータ回転位置
   に基づいて、前記ブラシレスモータを回転駆動するため
   の駆動信号を生成する第１の駆動信号生成手段と、 前記回転位置検出手段により検出されたロータ回転位置
   に基づいて、前記電源コンデンサを充電するための駆動
   信号を生成する第２の駆動信号生成手段とを備えている
   ことを特徴とするインバータ装置。
2. 【請求項２】 複数相の巻線を有するブラシレスモータ
   のロータ回転位置を検出する回転位置検出手段と、 正側および負側の直流電源線と前記巻線の端子との各間
   にそれぞれ正側および負側のスイッチング素子が接続さ
   れてなる通電手段と、 駆動信号に従って前記正側および負側のスイッチング素
   子を駆動する駆動回路と、 前記正側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に駆動
   用直流電圧を供給するための電源コンデンサを有し、前
   記負側のスイッチング素子がオン状態の時に前記電源コ
   ンデンサの充電を行うチャージポンプ回路とを備えたイ
   ンバータ装置において、 前記回転位置検出手段により検出されたロータ回転位置
   に基づいて、前記ブラシレスモータを回転駆動するため
   の駆動信号を生成する第１の駆動信号生成手段と、 前記ブラシレスモータの惰性回転中に、前記回転位置検
   出手段により検出されたロータ回転位置に基づいて、前
   記電源コンデンサを充電するための駆動信号を生成する
   第２の駆動信号生成手段と、 前記ブラシレスモータの停止中に、前記電源コンデンサ
   を充電するための駆動信号を生成する第３の駆動信号生
   成手段とを備えていることを特徴とするインバータ装
   置。
3. 【請求項３】 複数相の巻線を有するブラシレスモータ
   のロータ回転位置を検出する回転位置検出手段と、 正側および負側の直流電源線と前記巻線の端子との各間
   にそれぞれ正側および負側のスイッチング素子が接続さ
   れてなる通電手段と、 駆動信号に従って前記正側および負側のスイッチング素
   子を駆動する駆動回路と、 前記正側のスイッチング素子を駆動する駆動回路に駆動
   用直流電圧を供給するための電源コンデンサを有し、前
   記負側のスイッチング素子がオン状態の時に前記電源コ
   ンデンサの充電を行うチャージポンプ回路とを備えたイ
   ンバータ装置において、 前記回転位置検出手段により検出されたロータ回転位置
   に基づいて、前記ブラシレスモータを回転駆動するため
   の駆動信号を生成する第１の駆動信号生成手段と、 前記ブラシレスモータが所定の回転速度以上で惰性回転
   している時に、前記回転位置検出手段により検出された
   ロータ回転位置に基づいて、前記電源コンデンサを充電
   するための駆動信号を生成する第２の駆動信号生成手段
   と、 前記ブラシレスモータが前記所定の回転速度未満で惰性
   状態にある時に、前記電源コンデンサを充電するための
   駆動信号を生成する第３の駆動信号生成手段とを備えて
   いることを特徴とするインバータ装置。
4. 【請求項４】 第２の駆動信号生成手段は、複数相のう
   ち誘起電圧が最小となる相の負側のスイッチング素子を
   オンさせる駆動信号を生成することを特徴とする請求項
   １ないし３の何れか１項に記載のインバータ装置。
5. 【請求項５】 第２の駆動信号生成手段は、ブラシレス
   モータが惰性回転している場合、少なくとも電気角で１
   周期以上の間駆動信号を生成することを特徴とする請求
   項１ないし４の何れか１項に記載のインバータ装置。