JP2002354868A - 同期モータの回転子位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、同期リラクタンスモータを採用し
てあらゆる環境に適用可能で、かつ製品コストを低減し
たコンプレッサ用同期モータの回転子位置検出装置を提
供することにある。 【解決手段】 モータは同期リラクタンスモータで構成
され、回転子位置検出回路は、コンバータから各相毎の
ＤＣ電圧を入力してホトカプラに印加し、かつインバー
タの出力側の各相毎に接続された相電流検出抵抗の両端
の電圧を入力し、さらに両端の電圧を所定レベルに増幅
した後、ホトカプラに印加し、ホトカプラの出力をマイ
クロコンピュータに供給し、マイクロコンピュータは、
同期リアクタンスモータの回転子位置に伴って変化する
リアクタンスの変化を、各相電流の変化に対応付け、所
定の演算プログラムに基づいて、回転子位置を検出する
ように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、同期モータの回転
子位置検出装置に関し、特に、同期モータとして同期リ
ラクタンスモータを採用し、その各相に流れる相電流を
検出して回転子の位置検出を行なう回転子位置検出装置
に関する。本発明による回転子位置検出装置は、一般の
家庭用冷蔵庫、エアコン等に使用されるコンプレッサ用
同期モータの回転数制御として非常に有効である。

【０００２】

【従来の技術】従来、家庭用冷蔵庫、エアコン等に使用
されるコンプレッサ用モータでは、その回転制御方法と
して、主に、次の２つの方法、即ち、リレーによりモー
タへの電力自体を切り換えるオン／オフ方式、電力（周
波数／電圧）を変換するインバータ方式、が広く知られ
ている。

【０００３】後者のインバータ方式では、使用するモー
タにより、非同期モータ・インバータ（ＡＣ誘導モータ
使用）と、同期モータ（ブラシレスＤＣモータ、同期リ
ラクタンスモータ等）インバータとがある。そして同期
モータには多くの種類があるが、最も一般的に使用され
る同期モータは、ブラシレスＤＣモータである。図３は
一般的な同期モータの構造比較図であり、（Ａ）はブラ
シレスＤＣモータ、（Ｂ）は同期リラクタンスモータで
ある。また、図４はブラシレスＤＣモータを使用した従
来の一例回路ブロック図である。さらに、図５は図４の
回転子位置検出回路の詳細回路図である。

【０００４】図４及び図５において、１はＡＣ電源、２
はコンバータ（順変換器）、３はインバータ（逆変換
器）、４はブラシレスＤＣモータ（Ｍ）、５は回転子位
置検出回路、６はマイクロコンピュータである。インバ
ータ３から各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）へＤＣ電圧が供給され、
回転子位置検出回路５の比較器により、各相のＤＣ電圧
が基準値ＶＤＣ／２と比較され、比較結果がマイコン６
に供給される。

【０００５】ブラシレスＤＣモータ４では、通常、回転
子の位置を検出するための位置センサ（図示せず）を備
え、このセンサからの検出信号によって各相（Ｕ，Ｖ，
Ｗ）への通電を切り換えて回転を制御する。このブラシ
レスＤＣモータをコンプレッサに使用する場合では、構
造上、位置センサを取り付けるのが困難なため（高温／
高圧中に封止する）位置センサを使用せず、その代わり
に、モータの回転角中に通電しない期間を設け、この期
間に非通電コイルと回転子磁石の位置関係により生じる
逆起電力を抵抗で検出して位置信号とする抵抗検出方式
と、ホール素子を利用してモータの相電流を推定し検出
するホール素子検出方式とが一般的である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般に、ブラシレスＤ
Ｃモータをセンサレス制御機に使用している場合では、
回転子位置信号の検出回路の構成として、上述のよう
に、非通電コイルと回転子磁石の位置関係により生じる
逆起電力を抵抗で検出する抵抗検出方式と、ホール素子
を利用してモータの相電流を推定し検出するホール素子
検出方式がある。

【０００７】しかしながら、前者の抵抗検出方式の短所
として、非通電区間を設けなければならないことであ
る。即ち、この非通電区間で電流の連続性が一旦途切
れ、結果的にノイズが発生し、他の回路動作に悪影響を
与え、騒音の要因となっている。また、後者のホール素
子検出方式の短所として、コンプレッサに使用した場合
に、上述したように、部品の使用環境（高温／高圧で使
用）が非常に厳しいため、この厳しい仕様を満たそうと
すると部品コストが非常に高価になることである。従っ
て、製品コストの面で一般家電用としての実用化が難し
い。

【０００８】そこで本発明の目的は、ブラシレスＤＣモ
ータを使用せず、同期モータの一種類である同期リラク
タンスモータを採用して、従来の種々の問題点を解消す
ることにある。本発明では、ホール素子のような位置セ
ンサを使用せずに、同期リラクタンスモータの回転子の
磁気的な突極性によるリラクタンスの変化を利用して、
２相又は３相に流れる相電流の情報（電流の大きさ）の
みによって、回転子の位置を推定するものであり、この
技術をセンサレス制御機（図４参照）に適用可能にする
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、商用Ａ
Ｃ電源を入力し、ＤＣ電源に変換するコンバータと、コ
ンバータからのＤＣ電源をＡＣ電源に変換しモータに供
給するインバータと、インバータの各相電流を検出する
回転子位置検出回路と、回転子位置検出回路の出力を受
け、インバータ内の各相のトランジスタをスイッチング
するマイクロコンピュータとで構成されたインバータ駆
動装置において、モータは同期リラクタンスモータで構
成され、回転子位置検出回路は、コンバータから各相毎
のＤＣ電圧を入力してホトカプラに印加し、かつインバ
ータの出力側の各相毎に接続された相電流検出抵抗の両
端の電圧を入力し、さらに両端の電圧を所定レベルに増
幅した後、ホトカプラに印加し、ホトカプラの出力をマ
イクロコンピュータに供給し、マイクロコンピュータ
は、同期リアクタンスモータの回転子位置に伴って変化
するリアクタンスの変化を、各相電流の変化に対応付
け、所定の演算プログラムに基づいて、回転子位置を検
出するように構成したことを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明による回転子位置検
出回路を含むインバータ駆動システムのブロック構成図
である。図中、１は商用電源（ＡＣ）、２はコンバータ
（順変換器）、３はインバータ（逆変換器）、４は同期
リラクタンスモータ（Ｍ）、５は回転子位置検出回路、
６はマイクロコンピュータ、７は相電流検出抵抗、であ
る。

【００１１】ＡＣ電源１をコンバータ２で整流して２つ
のＤＣ電源（ＤＣＶ１，ＤＣＶ２）を得て、これらを回
転子位置検出回路５に供給する。さらにコンバータ２で
得たＤＣ電源はインバータ３でスイッチングされ、擬似
３相交流（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を得て同期リラクタンスモータ
４を回転させる。回転子位置検出回路５には、例えば、
Ｕ相とＶ相の相電流を検出するために、入力信号として
相電流検出抵抗７によって得られた電圧が入力される。
回転子位置検出回路５の２つの出力は、マイコン６の２
つの入力端子ＡＤ１，ＡＤ２にそれぞれ入力される。マ
イコン６は、インバータ３内部の正弦波ＰＷＭ発生器
（図示せず）を動作させ、この発生器からの６相（Ｕ，
Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＰＷＭ出力により内部トランジ
スタ（図示せず）をスイッチングして交流出力を得てい
る。

【００１２】図２は図１の回転子位置検出回路の一実施
形態としての詳細回路図である。図示のように、１相分
の回路は、独立電源（ＤＣＶ）と、１つの抵抗（７）
と、１つのアナログ・ホトカプラ（ＡＰＣ）と、増幅器
（ＡＭＰ）とで構成される。本例では、この１相分の回
路が２相分配置されている。入力側のＤＣ電圧のＤＣＶ
１，ＤＣＶ２はコンバータ２から供給される。出力側の
ＡＤ１，ＡＤ２はマイコン６に接続される。また、相電
流検出抵抗７の１＊、２＊は後述する仮想接地点であ
る。

【００１３】なお、本図は、２つの独立電源で示した
が、より詳細に相電流を検出するために３相の相電流が
必要なときは、上述した１相分の回路をさらに追加する
ことで、容易に構成することができる。ここで、アナロ
グ・ホトカプラ（ＡＰＣ）は、ノイズ対策としてマイコ
ン側の電源接地部分と間で配線上で完全に分離させるた
めに配置される。さらに、相電流検出抵抗７で検出され
た正弦波電圧の振幅は、相電流の大きさに比例するの
で、検出された微小電流を増幅するための増幅器（ＡＭ
Ｐ）をそれぞれ設けている。

【００１４】ところで、前述の図３（Ａ），（Ｂ）に示
したように、同期モータの基本構造が相違しているため
に、（Ｂ）の同期リラクタンスモータでは、（Ａ）のブ
ラシレスＤＣモータのような非通電コイル（空きコイ
ル）と回転子磁石の位置関係により生じる逆起電力が発
生しない。従って、単に抵抗により逆起電力を検出する
だけでは回転子位置を把握することができない。

【００１５】そこで、本発明では、回転子位置によって
相違するモータのインダクタンス情報を、モータに流れ
る２相又は３相の相電流を入力信号にしてマイコン６で
演算して回転子位置を抽出する。マイコンは、同期リア
クタンスモータの回転子位置に伴って変化するリアクタ
ンスの変化を、各相電流の変化に対応付け、所定の演算
プログラム（図示せず）に基づいて、回転子位置を検出
する。

【００１６】なお、図１の場合では２相の電流を入力信
号としてシステムを構成しているが、マイコン６の演算
プログラムが３相の相電流検出値を必要とする場合で
も、図２に示す各相電流の基準点になる仮想接地点１
＊、２＊（図１の１＊、２＊に対応）と、コンバータ２
からの２つの独立電源（ＤＣＶ１，ＤＣＶ２）の接地側
とを共通の接地点とすればよい。

【００１７】また、マイコン６のインバータ側ポート
（ｕ，ｖ，ｗ，ｘ，ｙ，ｚ）で作成した正弦波ＰＷＭ(P
ulse Width Modulation)出力信号により、インバータ３
の内部トランジスタがスイッチングされ、その結果イン
バータ３の出力は交流となり、同期リラクタンスモータ
４への電流が正弦波となる。従って、相電流検出抵抗７
の両端における電圧も正弦波となる。この場合、この正
弦波電圧の振幅は相電流の大きさに比例するので、微小
電流を増幅するための増幅器（ＡＭＰ）を設けている。
増幅器の具体的な回路定数はマイコン６で処理する電流
の範囲によって決定される。さらに、アナログ・ホトカ
プラ（ＡＰＣ）の受信側に設けられた抵抗を調整するこ
とにより、マイコン６のＡＤ１、ＡＤ２端子から読み込
まれる正弦波の基準電位の調整が可能である。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
同期リラクタンスモータにおける回転子の磁気的な突極
性によるリラクタンスの変化を利用して、２相又は３相
に流れる相電流の情報（電流の大きさ）のみにより回転
子の位置を推定するようにし、この技術をセンサレス制
御機（図４参照）に適用可能にしたので、実際の製品化
に到るまでの様々な制約を回避することができ、かつホ
ール素子等の部品コストの高価な位置センサを使用せ
ず、抵抗とホトカプラの組み合わせで実現したため、製
品のコストダウンを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による回転子位置検出回路を含むインバ
ータ駆動システムのブロック構成図である。

【図２】図１の回転子位置検出回路の一実施形態として
の詳細回路図である。

【図３】一般的な同期モータの構造比較図であり、
（Ａ）はブラシレスＤＣモータ、（Ｂ）は同期リラクタ
ンスモータである。

【図４】ブラシレスＤＣモータを使用した従来の一例回
路ブロック図である。

【図５】図５は図４の回転子位置検出回路の詳細回路図
である。

【符号の説明】

１…商用電源 ２…コンバータ ３…インバータ ４…同期リラクタンスモータ ５…回転子位置検出回路 ６…マイコン ７…相電流検出抵抗 ＡＰＣ…アナログ・ホトカプラ ＡＭＰ…増幅器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H550 AA09 CC01 CC05 DD04 DD09 GG05 HB07 JJ03 JJ13 KK05 LL14 LL22 LL35 5H560 AA02 BB04 BB12 DA14 DA18 DC12 EB01 GG04 SS07 TT05 TT07 TT15 5H576 AA10 BB03 CC01 DD01 DD02 DD05 DD09 EE18 EE23 HA10 HB01 JJ03 KK05 LL14 LL22

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用ＡＣ電源を入力し、ＤＣ電源に変換
   するコンバータと、前記コンバータからのＤＣ電源をＡ
   Ｃ電源に変換しモータに供給するインバータと、前記イ
   ンバータの各相電流を検出する回転子位置検出回路と、
   前記回転子位置検出回路の出力を受け、前記インバータ
   内の各相のトランジスタをスイッチングするマイクロコ
   ンピュータとで構成されたインバータ駆動装置におい
   て、 前記モータは同期リラクタンスモータで構成され、 前記回転子位置検出回路は、前記コンバータから各相毎
   のＤＣ電圧を入力してホトカプラに印加し、かつ前記イ
   ンバータの出力側の各相毎に接続された相電流検出抵抗
   の両端の電圧を入力し、さらに前記両端の電圧を所定レ
   ベルに増幅した後、前記ホトカプラに印加し、前記ホト
   カプラの出力を前記マイクロコンピュータに供給し、 前記マイクロコンピュータは、前記同期リアクタンスモ
   ータの回転子位置に伴って変化するリアクタンスの変化
   を、各相電流の変化に対応付け、所定の演算プログラム
   に基づいて、回転子位置を検出するように構成したこと
   を特徴とする同期モータの回転子位置検出装置。