JP2001327187A

JP2001327187A - ブラシレスモータの制御方法

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Publication number: JP2001327187A
Application number: JP2000145533A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Ohara; 義之尾原
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2000-05-17
Filing date: 2000-05-17
Publication date: 2001-11-22
Anticipated expiration: 2020-05-17
Also published as: JP4506914B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ブラシレスモータが位置検出運転と同期運転
とを併用して起動を行う際、負荷状態にかかわらず、安
定した起動を行うことを目的とする。【解決手段】ブラシレスモータを起動し、しかる後、
位置検出運転へモード移行するブラシレスモータの制御
方法において、印加電圧を一定とし、周波数を可変とし
た駆動パターンにしたがって、ブラシレスモータの通電
相を切り替える同期運転を行って起動するとともに（ス
テップＳＴ４，ＳＴ５）、この起動開始から回転子の位
置検出を行う。この同期運転時の通電状態と、その位置
検出状態とにより回転磁界に対する回転子の位相状態を
監視し（ステップＳＴ５，ＳＴ６）、この位相が一致し
たときに、位置検出同期をもってブラシレスモータの通
電相を切り替え（ステップＳＴ７）、しかる後、上記位
置検出運転を行うための処理を実行する（ステップＳＴ
８）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気調和機のコン
プレッサ等に用いられているセンサレスブラシレスＤＣ
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、ブラシレスモータを軽負荷で慣性モ
ーメントの大きい室外機ファンに用いても、安定して起
動するようにした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制御方法では、例え
ば、ブラシレスモータの非通電相（非通電電機子巻線）
に発生する誘起電圧を用い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モータの電機子巻線電
流の通電を切り替える。

【０００３】そのためには、例えば図４に示す制御装置
が必要である。この制御装置は、交流電源１をＡＣ／Ｄ
Ｃ変換回路２で所定の直流電源に変換し、この直流電源
をインバータ回路３のスイッチング素子Ｕａ，Ｖａ，Ｗ
ａ，Ｘ，Ｙ，Ｚでスイッチングしてブラシレスモータ４
の電機子巻線に供給する。

【０００４】位置検出回路５は、誘起電圧と基準値とを
比較し（図５（ａ）ないし（ｃ）の各相電圧参照）、こ
の交点（比較結果）の位置検出信号（図５（ｄ）参照）
を出力する。

【０００５】制御回路（マイクロコンピュータ）６は、
その位置検出信号をもとにして最適に通電を切り替える
ための駆動信号をドライバ回路７を介してインバータ回
路３に出力する。なお、ＰＷＭ制御方式を採用している
場合、その駆動信号にはＰＷＭ信号が重畳される。この
場合、図５（ａ）ないし（ｃ）に示す各相電圧はＰＷＭ
波形を含むことになる。

【０００６】このようにして、ブラシレスモータ４の電
機子巻線の通電（通電相）が回転子の位置検出から最適
なタイミングで、かつ、予め決定した順序で切り替えら
れ（図５参照）、位置検出運転が実現される。また、ブ
ラシレスモータの起動開始時は、回転子が停止している
ため誘起電圧が発生しないことから、制御回路６の内部
メモリにＶ／Ｆパターンを記憶しておき、そのＶ／Ｆパ
ターンにしたがって同期起動を行って逐次的に加速し、
しかる後位置検出運転へモード移行を行う。

【０００７】しかし、この方法では起動トルクが極めて
低く、また、負荷の影響を受けて電源等による電圧変動
の影響を受け易い。したがって、例えば負荷の重いコン
プレッサにあっては、速やかに位置検出運転へのモード
移動ができないことがある。そこで、上記起動において
は、同期運転と位置検出運転とを併用する方法（ハイブ
リッド起動）を用いる方法が提案されている。

【０００８】このハイブリッド起動では、ブラシレスモ
ータ４の電機子巻線電流の通電が行われ、回転子が回転
すると、非通電電機子巻線に誘起電圧が発生することを
利用し、同期起動時からその誘起電圧により回転子の位
置検出を行い、この位置検出があるときには同位置検出
点で通電を切り替える。つまり、位置検出同期の通電切
り替えを実行し、位置検出がないときには所定時間で通
電を切り替える同期運転を実行する。これにより、起動
トルクを大きくすることができ、コンプレッサのように
負荷が重くともブラシレスモータ４の起動が速く、位置
検出運転へのモード移行を確実に、かつ、スムーズに行
うことができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したハイ
ブリッド起動を含め、誘起電圧を利用して位置検出を行
い、通電相を切り替える方法は、負荷が軽く、また慣性
モーメントが大きい室外機ファンに対しては余り有効で
ない。また、その室外機ファンが風によって逆回転して
いると、起動を失敗してしまうこともある。そのため、
負荷が軽く、慣性モーメントが大きい室外機ファンには
ほとんどセンサ付きのモータが用いられており、センサ
レスブラシレスＤＣモータの利用は少ない。

【００１０】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は、負荷が軽く、慣性モーメントが大き
い室外機ファンにもセンサレスブラシレスＤＣモータを
利用することができるようにし、負荷状態にかかわら
ず、安定して起動を行うことができるブラシレスモータ
の制御方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ブラシレスモータを起動し、しかる後、
位置検出運転へモード移行するブラシレスモータの制御
方法において、予め設定した駆動パターンにしたがって
上記ブラシレスモータを同期運転して起動するととも
に、この起動開始から回転子の位置検出を行い、この同
期運転時の通電状態とその位置検出状態とにより回転磁
界に対する回転子の位相状態を監視する一方、この位相
が所定値になったときに、現位置検出に同期して上記ブ
ラシレスモータの通電相を切り替え、しかる後、上記位
置検出運転へのモード移行を行うようにしたことを特徴
としている。

【００１２】上記駆動パターンは、上記ブラシレスモー
タの印加電圧を一定とし、かつ、周波数のみを上げるパ
ターンにするとよい。上記位相状態の監視は、当該通電
区間における位置検出信号の極性をもとにして回転子の
進相状態を判断し、この回転子が回転磁界に対して進相
している場合には周波数を逐次的に上げ、上記回転磁界
と回転子の位相を合わせるとよい。これにより、負荷の
大きさが軽くとも、また電源等の電圧が変動しても、回
転磁界の周波数の上昇で回転子が遅相して同回転磁界と
合うようになり、ブラシレスモータの起動が確実に行わ
れる。

【００１３】上記印加電圧は、上記回転子の永久磁石を
減磁せず、かつ、過電流が生じない範囲で最も高い起動
電圧としてなり、上記回転子が回転磁界に対して進相す
るようにするとよい。上記駆動パターンの起動周波数
は、当該使用環境を想定して求め、少なくとも上記ブラ
シレスモータの同期引き込みを可能とする周波数である
とよい。これにより、ブラシレスモータの起動当初にお
いては、回転子が回転磁界に対して確実に進相すること
から、その回転磁界の周波数の上昇で回転子が遅相して
同回転磁界と合うようになり、ブラシレスモータの起動
が確実に行われ、また、ブラシレスモータの起動の失敗
もなくなる。

【００１４】上記ブラシレスモータの負荷を空気調和機
の室外機ファンとし、上記起動に際して上記室外機ファ
ンの回転を上記位置検出信号により検出し、少なくとも
この室外機ファンが回転している場合には、上記回転子
を特定相に位置決めするとよい。これにより、室外の風
速が大きく、室外機ファンが逆回転していても、ブラシ
レスモータの位置決めで起動失敗がない。

【００１５】上記ブラシレスモータを起動するために位
置検出同期の通電切り替えを行っているときには、位置
検出から最適な通電切り替えタイミングを得るに必要な
データを得るまで、上記位置検出同期の通電切り替えを
継続するとよい。これにより、位置検出間隔の時間を算
出し、位置検出運転における最適な通電切り替えタイミ
ング（位置検出から所定時間のタイミング）を算出し、
モード移行から最適な位置検出運転を行うことができ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
ないし図３を参照して説明する。なお、図２中、図４と
同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

【００１７】図２において、本発明のブラシレスモータ
の制御方法が適用される制御装置は、ブラシレスモータ
４の起動を、同期運転および位置検出運転によるハイブ
リッド起動で実行し、このとき、ブラシレスモータ４の
印加電圧を一定にするとともに、同期回転数（周波数）
のみを制御して（内部メモリの駆動パターンで制御を行
って）回転磁界と回転子の位相を合わせ、この位相の一
致から位置検出により通電を切り替え、しかる後、位置
検出運転へのモード移行する制御回路１０を備えてい
る。なお、制御回路１０は、図４に示す制御回路６の機
能も備えている。

【００１８】本発明の概要を説明すると、ブラシレスモ
ータ４を、例えばファンモータとし、そのファンモータ
の印加電圧を制御して同期運転を行う場合、回転磁界と
回転子との位置関係（いわゆる位相）は、もっぱら乱調
か、あるいは脱調のいずれかであり、その印加電圧をき
め細かく制御しても最適な関係を維持することが難し
い。そこで、その同期運転においては、印加電圧を一定
として周波数を次第に上げる駆動パターンを用いる。

【００１９】なお、印加電圧の値は、ロック電流が流れ
ても、過電流保護動作あるいは回転子の永久磁石の減磁
等のハードウェア的に支障をきたさない範囲のうち、最
も高い起動電圧値を選択する。これは、回転子が回転磁
界に対して進相するように起動の同期引き込みを可能と
するためである。

【００２０】また、ブラシレスモータ４の使用環境に応
じて回転磁界の周波数を決めるが、回転磁界は極めて遅
い周波数で発生を開始するとよい。具体的には、ファン
の使用環境における最大負荷を想定し、この最大負荷で
も確実に同期引き込みができる周波数とする。

【００２１】このとき、回転子は回転磁界に対してかな
り進相した状態（いわゆる乱調状態）で同期する。ま
た、その時点から誘起電圧が発生するため、その誘起電
圧をもとにして位置検出信号が得られることになる。し
かしこの場合、この位置検出信号では通電を切り替え
ず、その位置検出信号により回転磁界と回転子との位置
関係を監視する。上記回転子が回転磁界に対して進相し
ている状態の場合では、例えば図３に示すようになる。
また、最適な位相で回転している状態の場合では、図５
に示すようになる。

【００２２】なお、図３および図５においては、ＰＷＭ
のチョッピング等が重畳されていないが、それは制御回
路１０の内部でキャンセルすることができ、また、通電
切り替えも同様にキャンセルすることができる。要する
に、誘起電圧による位置検出信号が得られればよい。

【００２３】図３と図５とを比較すると、例えば電機子
巻線Ｗ→電機子巻線Ｕの通電区間において、図３（ｄ）
の位置検出信号のエッジは立ち下がりであるが、図５
（ｄ）の位置検出信号のエッジは立ち上がりである。な
お、他の通電区間においても、同様で、図３（ｄ）と図
５（ｄ）の位置検出信号は逆エッジにある。

【００２４】したがって、制御回路１０は、位置検出信
号のエッジを検出すると、現通電状態とそのエッジ状態
との関係を監視し、回転子が回転磁界に対して進相して
いるか否かを判断する。

【００２５】図３に示す状態にあるときには、回転子が
回転磁界に対して進相していると判断し、上述したよう
に内部メモリの駆動パターンにしたがって周波数（同期
回転数）を少しずつあげる。すると、その同期周波数の
上昇に伴って回転子が徐々に遅相するようになる（同図
（ａ）の波線参照）。そして、現通電状態と位置検出信
号のエッジ状態が図５に示すようになったときに、本来
回転制御の位置検出運転へのモード移行が可能となる。

【００２６】次に、上記構成とした制御装置の動作を図
１のタイムチャート図を参照して詳細に説明する。

【００２７】まず、制御回路１０は、位置検出回路５か
らの位置検出信号を検出し（ステップＳＴ１）、ブラシ
レスモータ４が回転しているか否かを判断する（ステッ
プＳＴ２）。これは、ブラシレスモータ４の負荷を軽負
荷で慣性モーメントの大きいもの、特に室外機ファンと
すると、当該起動に際して風により逆方向に回転してい
ることがあるからである。

【００２８】ブラシレスモータ４が回転している場合に
は、当該同期起動に先だって、ブラシレスモータ４の特
定相を励磁して回転子を位置決めする（ステップＳＴ
３）。

【００２９】続いて、上記ブラシレモータ４が回転して
いない場合、あるいは、回転子を位置決めした場合、同
期運転を開始し（ステップＳＴ４）、内部メモリの駆動
パターン（印加電圧、周波数）の同期起動データにより
周波数を上げる（ステップＳＴ５）。なお、上記位置決
めと同期運転を兼ねて、同期起動の開始周波数を著しく
遅くするようにしてもよい。

【００３０】また、上記同期起動データは予め設定した
ものであるが、既に述べたように、その印加電圧（ＰＷ
Ｍであればチョッピング幅）は回転子が起動同期引き込
みで進相するように設定していることから、その起動で
は十分なトルクが発生し、乱調状態でも同期運転が確実
に行われる。

【００３１】続いて、位置検出回路５からの位置検出信
号のエッジ状態を検出し、現通電状態とエッジ状態との
関係が適切なものであるか否かを判断する（ステップＳ
Ｔ６）。現通電状態とエッジ状態との関係が適切なもの
でない場合、つまり、図３に示す関係にある場合、回転
子が回転磁界に対して進相しているとしてステップＳＴ
５に戻り、回転磁界の周波数を上記駆動パターンにした
がって次第に上げる。

【００３２】このようにして、同期起動中に、位置検出
回路５からの位置検出信号を得、現通電状態とエッジ状
態との関係を逐次チェックする。現通電状態とエッジ状
態との関係が適切なものになると、つまり、図５に示す
ように、その位相関係が正規な状態になると、現位置検
出信号により通電を切り替える（ステップＳＴ７）。

【００３３】続いて、位置検出回路５からの位置検出信
号により通電を切り替え、かつ、少なくとも点弧位相角
演算用の平均値等の通常位置検出運転に必要なデータを
採取するまで、その位置検出同期の通電切り替えを継続
するとともに、（ステップＳＴ８）、その必要なデータ
が採取された後に通常の位置検出運転へのモード移行を
行う。なお、必要なデータとは、位置検出間隔の時間
（例えば１回転における平均値）、位置検出から最適な
通電切り替えまでの時間等である。

【００３４】このように、起動中に現通電状態とエッジ
状態との関係を監視する。つまり、現通電相に対して位
置検出信号のエッジが立ち上がり、あるいは立ち下がり
であるかを判断するとともに、加速回転数を制御してそ
の位置検出信号が現通電状態に対して正規のエッジ状態
になるようにする。

【００３５】したがって、ブラシレスモータ４の負荷が
重く、あるいは軽い場合にも、安定してブラシレスモー
タ４を起動させ、また、その起動時の印加電圧を一定と
していることから、電源等の電圧変動によっても、ブラ
シレスモータ４を安定して起動させることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明した本発明によると、以下に述
べる効果を奏する。本発明のブラシレスモータの制御方
法は、起動において予め設定した駆動パターンにしたが
ってブラシレスモータを同期運転し、この起動開始から
回転子の位置検出を行い、この同期運転時の通電状態と
その位置検出状態とにより回転磁界に対する回転子の位
相状態を監視し、この位相が所定値になったときに、位
置検出同期をもってブラシレスモータの通電相を切り替
え、しかる後、本来の位置検出運転へのモード移行を行
うようにしていることから、負荷の大きさにかかわら
ず、特に負荷が軽く、慣性モーメントが大きい室外機フ
ァンのモータに利用した場合でも、安定した起動を行う
ことができる。また、駆動パターンを印加電圧一定、周
波数可変のパターンとすることにより当該電源の電圧変
動に左右されることなく、ブラシレスモータを安定して
起動す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】本発明の一実施の形態を示し、ブラシレスモー
タの制御方法を説明するための概略的フローチャート
図。

【図２】本発明の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３】図２に示す制御装置の動作を説明するための概
略的タイムチャート図。

【図４】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。

【図５】図４に示す制御装置の動作を説明するための概
略的タイムチャート図。

【符号の説明】

３インバータ回路４ブラシレスモータ（センサレスブラシレスＤＣモー
タ）６，１０制御回路（マイクロコンピュータ）Ｕ，Ｖ，Ｗ電機子巻線（ブラシレスモータ４の）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ブラシレスモータを起動し、しかる後、
位置検出運転へモード移行するブラシレスモータの制御
方法において、予め設定した駆動パターンにしたがって
前記ブラシレスモータを同期運転して起動するととも
に、該起動開始から回転子の位置検出を行い、該同期運
転時の通電状態とその位置検出状態とにより回転磁界に
対する回転子の位相状態を監視する一方、該位相が所定
値になったときに、現位置検出に同期して前記ブラシレ
スモータの通電相を切り替え、しかる後、前記位置検出
運転へのモード移行を行う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。
【請求項２】前記駆動パターンは、前記ブラシレスモ
ータの印加電圧を一定とし、かつ、周波数のみを上げる
パターンである請求項１に記載のブラシレスモータの制
御方法。
【請求項３】前記位相状態の監視は、当該通電区間に
おける位置検出信号の極性をもとにして回転子の進相状
態を判断し、該回転子が回転磁界に対して進相している
場合には周波数を逐次的に上げ、前記回転磁界と回転子
の位相を合わせるようにした請求項１に記載のブラシレ
スモータの制御方法。
【請求項４】前記印加電圧は、前記回転子の永久磁石
を減磁せず、かつ、過電流が生じない範囲で最も高い起
動電圧としてなり、前記回転子が回転磁界に対して進相
するようにした請求項２に記載のブラシレスモータの制
御方法。
【請求項５】前記駆動パターンの起動周波数は、当該
使用環境を想定して求め、少なくとも前記ブラシレスモ
ータの同期引き込みを可能とする周波数である請求項２
に記載のブラシレスモータの制御方法。
【請求項６】前記ブラシレスモータの負荷を空気調和
機の室外機ファンとし、前記起動に際して前記室外機フ
ァンの回転を前記位置検出信号により検出し、少なくと
も該室内機ファンが回転している場合には前記回転子を
特定相に位置決めするようにした請求項１，２，３，４
または５に記載のブラシレスモータの制御方法。
【請求項７】前記ブラシレスモータを起動するために
位置検出同期の通電切り替えを行っているときには、位
置検出から最適な通電切り替えタイミングを得るに必要
なデータを得るまで、前記位置検出同期の通電切り替え
を継続するようにした請求項１，２，３，４，５または
６に記載のブラシレスモータの制御方法。