JP2001231288A - Ｄｃブラシレスモータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インバータ回路の駆動を安定化させてモータ
の振動・騒音を抑制し得るようにしたＤＣブラシレスモ
ータ装置を提供する。 【解決手段】 ＤＣブラシレスモータ装置は回転子３Ｒ
の回転位置を検出した位置検出信号Ｓｕ・Ｓｖ・Ｓｗに
よりインバータ回路２のパルス幅変調電圧を制御してモ
ータ３を駆動する。位置検出信号Ｓｕ・Ｓｖ・Ｓｗによ
り得られる回転子３Ｒの回転数が所定時間にわたり所定
範囲内のときは安定状態と判別して現在の制御状態のま
ま保持する。同判別によりパルス幅変調電圧の制御周期
を現在の制御周期よりも大きくする。所定時間の経過後
に同様の判別を行う。安定状態にもかかわらず定常同様
の制御を行うことが無くなり、インバータ回路の駆動を
安定化させてモータの振動・騒音を抑制できる。

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、ＤＣブラシレス
モータの回転子の位置検出を行って得られる位置検出信
号によりインバータ回路の駆動を制御するようにしたＤ
Ｃブラシレスモータ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】こうしたＤＣブラシレスモータ装置の構
成として、例えば、図５のような構成が特開平８−１８
２３７８号公報により開示されている。図５において、
電源部１は直流電源であって、後記のパルス変調電圧を
得るためのインバータ回路２の母線電圧Ｖｃｃを得てい
る部分であり、例えば、交流電源を整流平滑して直流電
源を得ている。

【０００３】インバータ回路２は、ドライブ回路４から
の駆動信号よって、トランジスタＴｒＵ〜ＴｒＺ、例え
ば、電力用トランジスタ、ＩＧＢＴ素子などを制御する
ことにより、複数相、例えば、Ｕ相・Ｖ相・Ｗ相による
３相のパルス幅変調電圧を発生して、ＤＣブラシレスモ
ータ３の各固定子巻線３Ｕ・３Ｖ・３Ｗに与えることに
より回転磁界を作り、回転子３Ｒを回転している。な
お、図示していないが、回転子３Ｒには、複数の「着磁
極」、例えば、２対のＮ極・Ｓ極による磁極を設けてあ
る。

【０００４】なお、この発明において、「着磁極」と
は、回転子として形成した後に着磁して磁極を形成した
ものと、回転子に永久磁石を、埋め込み、または、装着
して磁極を形成したものとの両方をいうものである。

【０００５】ドライブ回路４によるトランジスタＴｒＵ
〜ＴｒＺの駆動は、図６の［トランジスタ駆動波形］よ
うになっており、細かいパルス波形の部分がチョッピン
ク部分であり、Ｕ相の端子Ｒと、Ｖ相の端子Ｓと、Ｗ相
の端子Ｔに出力される電圧を抵抗Ｒａｕ・Ｒｂｕの分圧
回路、抵抗Ｒａｖ・Ｒｂｖの分圧回路、抵抗Ｒａｗ・Ｒ
ｂｗの分圧回路で分圧して、コンパレータＣＰｕ・コン
パレータＣＰｖ・コンパレータＣＰｗの各正端子、すな
わち、各＋端子に入力している各電圧の波形は、図６の
［端子電圧の分圧波形］のＵ相・Ｖ相・Ｗ相のような波
形をもつＵ相分圧電圧Ｕａ・Ｖ相分圧電圧Ｖａ・Ｗ相分
圧電圧Ｗａになっている。

【０００６】母線電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒｄ・Ｒｃによる分
圧回路で分圧して、抵抗コンパレータＣＰｕ・コンパレ
ータＣＰｖ・コンパレータＣＰｗの各負端子、すなわ
ち、−端子に入力している仮想中性点電圧Ｅ０の電圧の
波形は、図７の［電源電圧の分圧波形（仮想中性点電
圧）］Ｅ０のようになっている。なお、この仮想中性点
電圧Ｅ０を図７の仮想中性点電圧Ｅ０の上方または下方
にずらせて、交点Ｐを前方または後方にずらせた位置検
出信号Ｓｕ１〜Ｓｗ２を得るようにした構成を用いる場
合もある。

【０００７】そして、コンパレータＣＰｕはＵ相位置検
出コンパレータ、コンパレータＣＰｖはＶ相位置検出コ
ンパレータ、コンパレータＣＰｗはＷ相位置検出コンパ
レータになっており、各コンパレータＣＰｕ・ＣＰｖ・
ＣＰｗで検出して得られる位置検出信号Ｓｕ・Ｓｖ・Ｓ
ｗを、マイクロコンピュータを主体にした制御処理部
分、すなわち、マイコン５に与え、マイコン５が所定の
制御によりドライブ回路４を制御することによって、イ
ンバータ回路２の各トランジスタＴｒＵ〜ＴｒＺを駆動
している。

【０００８】回転子３Ｒが回転すると、固定子巻線３Ｕ
・３Ｖ・３Ｗのうちのパルス幅変調電圧を通電していな
い相の固定子巻線に誘起電圧が現れるので、図７のよう
に、各スパイク電圧に続いて「立上り誘起電圧」と「立
ち下り誘起電圧」とが現れる。

【０００９】そして、各コンパレータＣＰｕ・ＣＰｖ・
ＣＰｗでは、これらの電圧の比較により、「立上り誘起
電圧」・「立ち下り誘起電圧」の部分における上記の仮
想中性点電圧Ｅ０との交点Ｐ、すなわち、ゼロクロス点
を検出することにより、この検出信号を位置検出信号Ｓ
ｕ・Ｓｖ・Ｓｗとして出力している。

【００１０】例えば、コンパレータＣＰｕでの比較検出
状態を例にとると、図７の［Ｕ相位置検出コンパレータ
正負端子入力電圧（重ね書き）］のようになっており、
ゼロクロス点Ｐを検出して、図７の［Ｕ相位置検出コン
パレータ出力電圧］のように、「Ｕ相立ち上り位置検出
ポイント」と「Ｕ相立ち上り位置検出ポイント」とを位
置検出信号として出力する。なお、他の相のコンパレー
タＣＰｖ・ＣＰｗでの比較検出状態は、図８の［Ｕ相位
置検出コンパレータ正負入力電圧（重ね書き）］の波形
を１２０°分の位相ずつ、ずらせた波形状態になってい
る。

【００１１】つまり、図６の［Ｒ・Ｓ・Ｔ端子電圧の分
圧波形］において、回転子３Ｒが１回転する間に、回転
子３Ｒの１対の磁極に対して、位置検出信号がＳｕ１→
Ｓｗ２→Ｓｖ１→Ｓｕ２→Ｓｗ１→Ｓｖ２のように、回
転子３Ｒの速度変化に応じた時間間隔で循環しながら検
出されて、マイコン５に与えられている。

【００１２】マイコン５は、各位置検出信号Ｓｕ１〜Ｓ
ｗ２が得られる間隔の時間にもとづいて、回転子３Ｒの
単位時間当たりの回転数（この発明において、回転数と
いう）、例えば、ｒｐｍまたはｒｐｓ（以下、これらを
総称してｒｐｍという）を算定するとともに、その回転
数ｒｐｍが目的の回転数、例えば、回転数ｒｍになるよ
うに、インバータ回路２から各固定子巻線３Ｕ〜Ｗに与
える各相電圧のチョッピングパルスの周波数（以下、チ
ョッピング周波数という）ｆｍまたはチョッピングパル
スのデューティ比（以下、デューティ比という）ｄｕを
変化させる制御を行っている。なお、上記の回転数ｒｐ
ｍは、一般に、平均回転速度とも言われているものであ
る。

【００１３】なお、回転数ｒｐｍは、例えば、回転子３
Ｒの１回転当たりの位置検出信号Ｓｕ１〜Ｓｗ２の発生
数が１２個であるとすれば、その１２個の位置検出信号
のうちの先順のものが得れた時点から次順のものが得れ
た時点までの時間をマイコン５の内部の時計回路（図示
せず）によって計時した時間値で、単位時間値、例え
ば、１分または１秒を除算することによって求めるか、
または、位置検出信号のうちの１つが得られた時点から
所定の複数個、例えば、１０個の位置検出信号が得られ
た時点までの時間値で単位時間を除算し、さらに、その
個数で除算することによって、平均値による回転数ｒｐ
ｍを求めることができる。

【００１４】この制御は、具体的には、図８のように、
例えば、目標とする回転数ｒｍ１に対して、±αの許容
値をもたせた制御を行うものとすれば、各相電圧のチョ
ッピング周波数はｆｍまたはデューティ比ｄｕを変化さ
せながら位置検出信号位置検出信号Ｓｕ１〜Ｓｗ２にも
とづく制御を行って、位置検出信号Ｓｕ１〜Ｓｗ２にも
とづいて得られた回転数回ｒｐｍが許容上限値ｒｍ１＋
αに達したときには、チョッピング周波数ｆｍまたはデ
ューティ比ｄｕを変化させて各相の出力電圧Ｕａ〜Ｗａ
（ここでのＵａ〜Ｗａは、上記の分圧を行う前のトラン
ジスタＴｒＵ〜ＴｒＺの出力電圧をいい、以下において
も同様である。）を下げる。

【００１５】そして、許容下限値ｒｍ１−αに達したと
きには、各相の出力電圧を上げるという動作を行うほ
か、出力電圧Ｕａ〜Ｗａを変化させる動作に、検出した
回転数ｒｐｍと目標回転数ｒｍ１の差値にもとづくＰＩ
制御などによっている。また、この制御を行うための制
御周期Ｔ１は、図示のように、比較的小さい周期、例え
ば、１０ｍ秒〜１秒にして、出力電圧Ｕａ〜Ｗａを頻繁
に変化させるように制御している。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなＤＣブラ
シレスモータ装置において、回転子３Ｒで駆動する負
荷、すなわち、ＤＣブラシレスモータ装置による駆動対
象を、空調装置や冷蔵庫などの圧縮機にした場合には、
負荷の変動が激しいので、チョッピング周波数ｆｍまた
はデューティ比ｄｕを頻繁に変更して、出力電圧の調整
する必要がある。こうした出力電圧の変更調整に伴っ
て、モータ自体や圧縮機の振動・騒音を増大させるなど
の不都合がある。このため、こうした不都合を無くした
装置の提供が望まれているという課題がある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明は上記ような複
数の着磁極を有する回転子と、通電時に上記の回転子に
回転磁界を与えるように配置された複数相の固定子巻線
とを設けたＤＣブラシレスモータにおける所定の上記の
固定子巻に、インバータ回路で発生したパルス幅変調電
圧の通電を行って回転磁界を形成するとともに、上記の
回転子の回転によって上記の通電を行っていない相の上
記の固定子巻線に生じる誘起電圧と、所定の電圧とを上
記の複数相の各相ごとに比較検出して得られる位置検出
信号にもとづいて上記の通電を行う時点を制御するよう
にしたＤＣブラシレスモータ装置において、

【００１８】上記の位置検出信号にもとづいて得られる
上記の回転子の回転数の変化が所定時間にわたって所定
の範囲内にあるときは、上記の回転子により駆動してい
る負荷が安定した安定状態として判別する負荷状態判別
手段と、

【００１９】上記の安定状態として判別されたときは上
記のパルス幅変調電圧の制御状態を上記の判別を行った
時点における制御状態のままで保持する制御保持手段と
を設ける第１の構成と、

【００２０】上記の第１の構成の制御保持手段に代え
て、上記の安定状態として判別されたときは上記のパル
ス幅変調電圧の制御周期を上記の判別を行った時点にお
ける制御周期よりも大きい制御周期による制御に変更す
る制御周期変更手段を設ける第２の構成とにより上記の
課題を解決したものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態として、上
記の従来技術の構成に、この発明を適用した実施例を図
１〜図４により説明する。図１〜図４において、図５〜
図８と同一符号で示す部分は、図５〜図８により説明し
た同一符号の部分と同一の機能をもつ部分である。ま
た、図１〜図４において、同一符号で示す部分は、図１
〜図４のいずれかにおいて説明する同一符号の部分と同
一の機能をもつ部分である。

【００２２】

【実施例】〔第１実施例〕以下、図１〜図３により第１
実施例を説明する。この第１実施例の構成は、概括的に
は、上記の第１の構成を構成しているものであり、図１
のように、マイコン５に設けた処理用メモリ５Ａとデー
タ用メモリ５Ｂに、図２の制御処理フローのプログラム
と、制御処理の基準に用いるデータとを予め記憶してお
くとともに、マイコン５に設けた時計回路５Ｃから所要
の計時データを得ることによって、以下のような制御処
理を行うほか、処理して得られたデータをデータ用メモ
リ５Ｂに以後の基準に用いるデータとして記憶するもの
である。なお、制御処理が定型的な制御処理で済む部分
は、ディスクリートな回路構成に変更して構成し得るこ
とは言うまでもない。

【００２３】以下、図２の制御処理フローによる制御処
理動作を説明する。なお、図２の制御処理フローは、装
置全体の制御処理を行うためのメイン制御処理フローか
ら、所定の時間、例えば、定常の制御周期Ｔ１ごとに、
この制御処理フローの開始に移行してくるようにし、ま
た、この制御処理フローの終了とは、その終了時点にお
いて次に行う動作を行わせるためのメイン制御処理フロ
ーの所定のステップ箇所に移行するように構成したもの
である。なお、周期Ｔ１は、例えば、１０ｍ秒〜１秒に
設定してある。

【００２４】また、この制御処理では、図３のように、
目標回転数ｒｍ１に対して上限を＋α、下限を−αとし
た第１の許容範囲ｒｍ１±αと、この許容範囲ｒｍ１±
αよりも許容範囲を広くした上限を＋β、下限を−βと
した第２の許容範囲ｒｍ１±βとを処理用データとして
データ用メモリ５Ｂに記憶してある。

【００２５】〔制御処理フローの説明〕 ◆ステップＳ１では、後記のステップＳ４で記憶した安
定状態を示す「フラグ」があるか否かの判別を行い、
「フラグ」があるとはステップＳ７に移行し、そうでな
いときは次のステップＳ２に移行する。

【００２６】◆ステップＳ２では、位置検出信号Ｓｕ１
〜Ｓｗ１にもとづく回転数ｒｐｍを算定して、第１の許
容範囲ｒｍ１±αの範囲内にあるか否かの判別を行い、
範囲内にあるときは次のステップｓ３に移行し、そうで
ないときはステップＳ５に移行する。

【００２７】◆ステップＳ３では、過去にこのステップ
に移行してきて、時計回路のタイマーに計時開始を行わ
せる状態に設定してあるか否かの判別と、設定したタイ
マーによる時間経過が所定時間ｔ、例えば、定常の周期
Ｔ１の１０倍の１００ｍ〜１０秒間になっているか否か
の判別とを行い、タイマーが設定していないときはタイ
マーを設定した後に「終了」、すなわち、制御処理フロ
ーの所定のステップ箇所に移行する。

【００２８】また、設定したタイマーの経過時間が、所
定時間ｔ以上になっているときは、次のステップＳ４に
移行し、そうでないときは、そのまま、「終了」、すな
わち、制御処理フローの所定のステップ箇所に移行す
る。なお、この所定時間ｔは、出力電圧に対する出力電
圧調整、すなわち、チョッピング周波数ｆｍまたはデュ
ータィ比ｄｕの変更が少ない安定状態になっているか否
かを判別するための判別時間になっている。

【００２９】◆ステップＳ４では、安定状態を示すフラ
グをデータ用メモリ５Ｂに記憶するとともに、図４の
「安定状態」のように、現在の出力電圧Ｕａ〜Ｗａを得
ている制御状態、すなわち、チョッピング周波数ｆｍま
たはデューティ比ｄｕを変更しないように保持し続ける
状態にした後に、「終了」、すなわち、制御処理フロー
の所定のステップ箇所に移行する。

【００３０】◆ステップＳ５では、目標回転数ｒｍ１に
なるような出力電圧調整、すなわち、チョッピング周波
数ｆｍ、または、デューティ比ｄｕによる制御に変更し
た後に、次のステップＳ６に移行する。

【００３１】◆ステップＳ６では、タイマーの計時をリ
セットとするとともに、計時動作を停止した後に、「終
了」、すなわち、制御処理フローの所定のステップ箇所
に移行する。

【００３２】◆ステップＳ７では、位置検出信号Ｓｕ１
〜Ｓｗ１にもとづく回転数ｒｐｍを算定して、第２の許
容範囲ｒｍ１±βの範囲内にあるか否かの判別を行い、
範囲内にあるときは「終了」、すなわち、制御処理フロ
ーの所定のステップ箇所に移行し、そうでないときは次
のステップＳ８に移行する。

【００３３】◆ステップＳ８では、データ用メモリ５Ｂ
に記憶されている安定状態を示す「フラグ」を消去し
て、目標回転数ｒｍ１になるようなチョッピング周波数
ｆｍ、または、デューティ比ｄｕによる制御値を変更し
た後に、「終了」、すなわち、制御処理フロの所定のス
テップ箇所に移行する。

【００３４】したがって、上記のステップＳ１〜Ｓ８の
制御処理構成によれば、図４のように、回転数ｒｐｍが
第１の許容範囲ｒｍ１±αに所定時間ｔ以上とどまって
いた場合には安定状態として判別された後は、第２の許
容範囲ｒｍ１±β、だだしβ＞αになるまで、各相に与
えている出力電圧Ｕａ〜Ｗａを変更しないように動作す
ることになる。

【００３５】つまり、安定状態と判別された後は、急激
な負荷変化などが起きない限りは、回転数ｒｐｍが目標
回転数ｒｍ１と殆ど差がない状態になるので、この状態
では、出力電圧Ｕａ〜Ｗａを変化させない状態にしてる
ので、モータの振動・騒音などを、極力、抑える状態に
することができる。

【００３６】〔第２実施例〕以下、図１・図２・図４に
より第２実施例を説明する。この第２実施例の構成は、
概括的には、上記の第２の構成を構成しているものであ
る。第２実施例の構成が上記の第１実施例の構成と異な
る箇所は、図２の制御処理フローにおけるステップＳ４
での安定状態を示す「フラグ」を記憶した状態における
制御処理を次のように変更したものである。

【００３７】つまり、第１実施例での出力電圧Ｕａ〜Ｗ
ａを変更しないように保持する制御動作に代えて、図４
の「安定状態」のように、出力電圧の制御周期を、判別
した時点における制御周期Ｔ１よりも大きい制御周期Ｔ
２、例えば、周期Ｔ１の１０倍程度に相当する１００ｍ
秒〜１０秒の周期による制御状態に変更するようにした
ものである。つまり、例えば、制御周期Ｔ１を５０ｍ秒
にしているときは、例えば、その１０倍の０．５秒の制
御周期Ｔ２に変更するようにしている。

【００３８】つまり、安定状態と判別された後は、急激
な負荷変化などが起きない限りは、制御周期が長くな
り、出力電圧Ｕａ〜Ｗａを変化させる回数が少ない状態
にしているので、モータの振動・騒音などを、極力、抑
える状態にすることができる。

【００３９】〔変形実施〕この発明はつぎのように変形
して実施することを含むものである。 （１）第１実施例・第２実施例における上記の制御処理
動作を行うための制御処理部分を、マイコン５とは別個
の制御部、例えば、別個のマイコンにして構成する。

【００４０】（２）第１実施例・第２実施例における上
記の制御処理動作を行うための制御処理フローを、マイ
コン５の制御処理フロー、すなわち、メイン制御処理フ
ローとは独立した制御処理フローにして構成する。 （３）第１実施例・第２実施例または上記（１）の構成
における制御処理動作を行うための制御処理部分をゲー
ト回路・論理回路などの組み合わせによるデイスクリー
トな回路構成によって構成する。

【００４１】

【発明の効果】この発明によれば、以上のように、イン
バータ回路の駆動を制御するための回転を位置検出信号
にもとづいて回転子で駆動している負荷の安定状態を検
出するだけの構成で、インバータ回路の駆動制御を安定
化させているので、モータの振動・騒音などを、極力、
抑えることを可能にした装置を簡便安価な構成で提供出
来るなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面中、図１〜図４はこの発明の実施例を、また、図５
〜図８は従来技術を示し、各図の内容は次のとおりであ
る。

【図１】全体ブロック構成図

【図２】要部制御処理フロー図

【図３】要部制御処理状態図

【図４】要部制御処理状態図

【図５】全体ブロック構成図

【図６】要部動作波形図

【図７】要部動作波形図

【図８】要部動作波形図

【符号の説明】

１ 電源部 ２ インバータ回路 ３ ＤＣブラシレスモータ ３Ｒ 回転子 ３Ｕ〜３Ｗ 固定子巻線 ４ ドライブ回路 ５ マイコン ＣＰｕ〜ＣＰｗ コンパレータ Ｅ０ 仮想中性点電圧 Ｐ 交点・ゼロクロス点 Ｒ Ｕ相端子 Ｒａｕ〜Ｒｄ 抵抗 ｒｍ１ 目標回転数 α 第１の許容範囲 β 第２の許容範囲 Ｓ Ｖ相端子 Ｓｕ〜Ｓｗ 位置検出信号 Ｓｕ１〜Ｓｗ２ 位置検出信号 Ｔ Ｗ相端子 Ｔ１ 制御周期 Ｔ２ 制御周期 ＴｒＵ〜ＴｒＺ トランジスタ ｔ 判別時間 Ｕ Ｕ相 Ｕａ〜Ｗａ 相分圧電圧（正端子入力電圧） Ｖ Ｖ相 Ｖｃｃ 母線電圧 Ｗ Ｗ相

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 秀明 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 野本 哲男 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3L092 AA10 DA14 EA11 FA05 5H560 BB04 BB07 BB12 DA13 DA19 DC13 EB01 GG04 SS01 TT07 UA06 XA12 XB09

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の着磁極を有する回転子と、通電時
   に前記回転子に回転磁界を与えるように配置された複数
   相の固定子巻線とを設けたＤＣブラシレスモータにおけ
   る所定の前記固定子巻に、インバータ回路で発生したパ
   ルス幅変調電圧の通電を行って回転磁界を形成するとと
   もに、前記回転子の回転によって前記通電を行っていな
   い相の前記固定子巻線に生じる誘起電圧と、所定の電圧
   とを前記複数相の各相ごとに比較検出して得られる位置
   検出信号にもとづいて前記通電を行う時点を制御するよ
   うにしたＤＣブラシレスモータ装置であって、 前記位置検出信号にもとづいて得られる前記回転子の回
   転数の変化が所定時間にわたって所定の範囲内にあると
   きは、前記回転子により駆動している負荷が安定した安
   定状態として判別する負荷状態判別手段と、 前記安定状態として判別されたときは前記パルス幅変調
   電圧の制御状態を前記判別を行った時点における制御状
   態のままで保持する制御保持手段とを具備することを特
   徴とするＤＣブラシレスモータ装置。
2. 【請求項２】 複数の着磁極を有する回転子と、通電時
   に前記回転子に回転磁界を与えるように配置された複数
   相の固定子巻線とを設けたＤＣブラシレスモータにおけ
   る所定の前記固定子巻に、インバータ回路で発生したパ
   ルス幅変調電圧の通電を行って回転磁界を形成するとと
   もに、前記回転子の回転によって前記通電を行っていな
   い相の前記固定子巻線に生じる誘起電圧と、所定の電圧
   とを前記複数相の各相ごとに比較検出して得られる位置
   検出信号にもとづいて前記通電を行う時点を制御するよ
   うにしたＤＣブラシレスモータ装置であって、 前記位置検出信号にもとづいて得られる前記回転子の回
   転数の変化が所定時間にわたって所定の範囲内にあると
   きは、前記回転子により駆動している負荷が安定した安
   定状態として判別する負荷状態判別手段と、 前記安定状態として判別されたときは前記パルス幅変調
   電圧の制御周期を前記判別を行った時点における制御周
   期よりも大きい制御周期による制御に変更する制御周期
   変更手段とを具備することを特徴とするＤＣブラシレス
   モータ装置。