JP2004289909A

JP2004289909A - ブラシレスｄｃモータ

Info

Publication number: JP2004289909A
Application number: JP2003077378A
Authority: JP
Inventors: Akira Nakagawa; 明中川
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】新たな部品を追加することなく、簡単な構成でインバータ出力の欠相をすみやかに検出できるブラシレスＤＣモータを提供する。
【解決手段】起動時のインバータ出力の電圧，周波数を増加させる同期運転状態において、欠相運転検出部４９が位置信号毎の周波数が所定範囲内にあるとき欠相でないと判別すると、位置検出運転切替部４２は運転切替スイッチＳＷを同期運転側から位置検出運転側に切り替える。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、起動時に、強制的に回転子に回転磁界を与えて、回転子を回転させた後、電機子コイルに誘起された誘起電圧に基づいて、電機子コイルの電圧パターンの切り換えを行うブラシレスＤＣモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ブラシレスＤＣモータとしては、起動時に同期運転から位置検出運転に切り替えるものがある（例えば、特許文献１参照）。このブラシレスＤＣモータは、複数極の磁石を有する回転子と、３相Ｙ結線された電機子コイルを有する固定子と、上記電機子コイルに対して並列状態で３相Ｙ結線された抵抗回路と、上記電機子コイルの中性点と抵抗回路の中性点との電位差に基づいて、上記回転子と固定子との相対的な回転位置を検出して、位置信号を出力する回転位置検出手段と、上記回転位置検出手段からの位置信号に基づいて、上記電機子コイルの電圧パターンを切り替えるインバータ部とを備えている。
【０００３】
上記構成のブラシレスＤＣモータは、起動時、まずインバータ出力の電圧，周波数を増加させる同期運転を行う。そして、その同期運転状態において、電位差信号が所定のレベルであると判定し、かつ位置信号とインバータモードが一定の関係を有する場合、同期運から位置検出運に切り替える。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−９８５８０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記ブラシレスＤＣモータでは、起動時において、インバータ出力のある相に欠相（断線、接触不良等）が生じた場合、従来の異常判定では「起動不良」と判定されるため、何回か起動リトライを行なった後にシステムダウンとなる。過差圧等によって同期運転から位置検出運転への切り替えが失敗した場合、時間経過による起動差圧変化で起動リトライを行なえば、位置検出運転に切替えることが可能となるが、欠相運転の場合、何度起動リトライを行なっても位置検出運転に切り替わらないため、システムダウンに移行するまでに長時間かかり、何度も発停を繰り返すという問題がある。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、新たな部品を追加することなく、簡単な構成でインバータ出力の欠相をすみやかに検出できるブラシレスＤＣモータを提供することにある。
【０００７】
【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のブラシレスＤＣモータは、複数極の磁石を有する回転子と、３相Ｙ結線された電機子コイルを有する固定子と、上記電機子コイルに対して並列状態で３相Ｙ結線された抵抗回路と、上記電機子コイルの中性点と上記抵抗回路の中性点との電位差に基づいて、上記回転子と上記固定子との相対的な回転位置を検出して、位置信号を出力する回転位置検出手段と、上記回転位置検出手段からの上記位置信号に基づいて、上記電機子コイルの電圧パターンを切り替えるインバータ部とを備えたブラシレスＤＣモータにおいて、起動時に上記インバータ部のインバータ出力の電圧および周波数を所定のパターンに基づいて制御する同期運転制御手段と、上記回転位置検出手段からの上記位置信号に基づいて、上記インバータ部のインバータ出力を制御する位置検出運転制御手段と、上記同期運転制御手段により上記インバータ部が同期運転状態のとき、上記回転位置検出手段からの上記位置信号に基づいて欠相か否かを判別する欠相判別手段と、上記同期運転制御手段により上記インバータ部が同期運転状態のときに上記欠相判別手段が欠相でないと判別すると、上記インバータ部の制御を上記同期運転制御手段から上記位置検出運転制御手段に切り替える運転切替手段とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
上記請求項１のブラシレスＤＣモータによれば、起動開始時、上記同期運転制御手段により上記インバータ部からのインバータ出力の電圧および周波数を所定のパターンに基づいて制御し、上記所定のパターン出力終了後、同期運転状態において、上記欠相判別手段は、上記回転位置検出手段からの上記位置信号に基づいて欠相か否かを判別する。そして、上記インバータ部が同期運転状態のときに欠相判別手段が欠相でないと判別すると、運転切替手段は、同期運転制御手段から位置検出運転制御手段に切り換える。そして、上記位置検出運転制御手段は、回転位置検出手段からの位置信号に基づいて、インバータ部のインバータ出力を制御する。例えば、同期運転時、位置信号の周期が正常時の周期に相当しないとき、インバータ部と電機子コイルとの間の中継ケーブル断線と判断する。
【０００９】
したがって、位置検出運転に用いられる位置信号に基づいて欠相判断を行うので、新たな部品を追加することなく簡単な構成で起動時の同期運転から位置検出運転への切り替える前にインバータ出力の欠相をすみやかに検出できる。
【００１０】
また、請求項２のブラシレスＤＣモータは、請求項１のブラシレスＤＣモータにおいて、上記欠相判別手段は、上記位置信号の周期が所定範囲内にあるときに欠相であると判別することを特徴としている。
【００１１】
上記請求項２のブラシレスＤＣモータによれば、欠相になると、位置信号の周期が長くなるので。上記欠相判別手段は、位置信号の周期が所定範囲内にあるときに欠相であると判別するので、欠相検出のばらつきを低減できる。
【００１２】
また、請求項３のブラシレスＤＣモータは、請求項２のブラシレスＤＣモータにおいて、上記欠相判別手段は、上記位置信号の周期が上記所定範囲内にあることが所定回数連続したときに欠相であると判別することを特徴としている。
【００１３】
上記請求項３のブラシレスＤＣモータによれば、上記欠相判別手段は、上記位置信号の周期が上記所定範囲内にあることが所定回数連続したときに欠相であると判別するので、誤検出なく確実に欠相を検出でき、欠相異常判定検出の精度が向上する。例えば、このブラシレスＤＣモータが１シリンダ圧縮機に用いられた場合、起動時の負荷トルクが過大な時にモータ１回転中の位置信号の周期が大きくばらつくことがあったとしても、このブラシレスＤＣモータでは誤検知する可能性がなくなる。
【００１４】
また、請求項４のブラシレスＤＣモータは、請求項１のブラシレスＤＣモータにおいて、上記欠相判別手段は、上記位置信号毎に発生する割り込み回数を上記インバータ出力の電気角３６０°毎に計数し、上記インバータ出力の電気角３６０°毎に計数された割り込み回数が所定範囲内にあるときに欠相であると判別することを特徴としている。
【００１５】
上記請求項４のブラシレスＤＣモータによれば、上記欠相判別手段は、上記位置信号毎に発生する割り込み回数を上記インバータ出力の電気角３６０°毎に計数する。そして、上記インバータ出力の電気角３６０°毎に計数された割り込み回数が所定範囲内にあるときに欠相と判別するので、欠相検出のばらつきを低減できると共に、波形制御ＣＰＵの周期測定用タイマの分解能、ビット制限等の制約を受けることなく、欠相状態を判断できる。
【００１６】
また、請求項５のブラシレスＤＣモータは、請求項４のブラシレスＤＣモータにおいて、上記欠相判別手段は、上記インバータ出力の電気角３６０°毎に計数された割り込み回数が所定範囲内にあることが所定回数連続したときに欠相であると判別することを特徴としている。
【００１７】
上記請求項５のブラシレスＤＣモータによれば、上記欠相判別手段は、上記インバータ出力の電気角３６０°毎に計数された割り込み回数が所定範囲内にあることが所定回数連続したときに欠相であると判別するので、誤検出なく確実に欠相を検出でき、欠相異常判定検出の精度が向上する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明のブラシレスＤＣモータを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
図１はこの発明の第１実施形態のブラシレスＤＣモータの構成を示しており、１は電機子コイル１ａ，１ｂ，１ｃがＹ結線され、複数の永久磁石を有する回転子１０を回転磁界により回転させる固定子、２は上記電機子コイル１ａ，１ｂ，１ｃに並列状態に接続され、抵抗２ａ，２ｂ，２ｃをＹ結線した抵抗回路、３は上記抵抗回路２の中性点の電圧Ｖ_Ｍと電機子コイル１ａ，１ｂ，１ｃの中性点の電圧Ｖ_Ｎに基づいて、回転子１０の相対的な位置を検出して、位置信号を出力する回転位置検出手段の一例としての回転位置検出器、４は上記回転位置検出器３からの位置信号を受けて、スイッチング信号を出力するマイクロコンピュータ（以下。マイコンという）、５は上記マイコン４からのスイッチング信号を受けて、転流制御信号を出力するベース駆動回路である。上記ベース駆動回路５からの転流制御信号をインバータ部２０に夫々接続している。なお、上記固定子１と回転子１０でモータ部１１を構成している。
【００２０】
上記回転位置検出器３は、抵抗回路２の中性点の電圧Ｖ_Ｍと電機子コイル１ａ，１ｂ，１ｃの中性点の電圧Ｖ_Ｎとの電位差信号Ｖ_ＭＮを増幅する差動増幅器３１と、上記差動増幅器３１により増幅された電位差信号Ｖ_ＭＮを積分する積分器３２と、上記積分器３２からの積分信号の零クロスを判定する零クロスコンパレータ３３とを備えている。また、上記ブラシレスＤＣモータは、回転位置検出器３の積分器３２からの積分信号を受けて、レベル検出信号をマイコン４に出力するレベル検出器３４を備えている。
【００２１】
また、上記インバータ部２０は、直流電源９の正極側に夫々接続された３つのトランジスタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃと、直流電源９の負極側に夫々接続された３つのトランジスタ２０ｄ，２０ｅ，２０ｆとから構成されている。上記トランジスタ２０ａのエミッタとトランジスタ２０ｄのコレクタを互いに接続し、トランジスタ２０ｂのエミッタとトランジスタ２０ｅのコレクタを互いに接続し、トランジスタ２０ｃのエミッタとトランジスタ２０ｆのコレクタを互いに接続している。また、上記トランジスタ２０ａ，２０ｄの互いに接続された部分にＵ相の電機子コイル１ａを接続し、トランジスタ２０ｂ，２０ｅの互いに接続された部分にＶ相の電機子コイル１ｂを接続し、トランジスタ２０ｃ，２０ｆの互いに接続された部分にＷ相の電機子コイル１ｃを接続している。そして、上記各トランジスタ２０ａ〜２０ｆのコレクタとエミッタとの間にダイオードを夫々逆並列接続している。
【００２２】
また、上記マイコン４は、図２に示すように、レベル検出器３４（図１に示す）からのレベル検出信号を受けて、電位差信号Ｖ_ＭＮのレベルが所定値以上か否かを判定する電位差信号レベル判定部４１と、回転位置検出器３（図１に示す）からの位置信号が接続され、位置信号とインバータモードとを比較するモード比較部４２と、上記電位差信号レベル判定部４１からの判定結果とモード比較部４２からの比較結果に基づいて、位置検出運転切替信号を出力する位置検出運転切替部４３と、上記電位差信号レベル判定部４１からの判定結果とモード比較部４２からの比較結果に基づいて、外部からの運転信号が入力されると、起動のための電圧指令信号と周波数指令信号を出力するＶ／Ｆパターン設定部４４と、上記Ｖ／Ｆパターン設定部４４からの周波数指令信号を受けて、キャリア割込信号ＩＲＱ１を出力する波形タイマＴ１とを備えている。上記電位差信号レベル判定部４１，モード比較部４２，Ｖ／Ｆパターン設定部４４および波形タイマＴ１で同期運転制御手段を構成している。上記位置検出運転切替部４３と後述する運転切替ＳＷで運転切替手段を構成している。また、上記電位差信号レベル判定部４１とレベル検出器３４でレベル判定手段を構成している。
【００２３】
また、上記マイコン４は、上記回転位置検出器３（図１に示す）からの位置信号が外部割込端子を介して接続され、その位置信号によりスタートする位相補正タイマＴ２と、上記位置信号を受けて、電機子コイル１ａ，１ｂ，１ｃの電圧パターンの周期を測定する周期測定タイマＴ３と、上記周期測定タイマＴ２からの測定されたタイマ値を受けて、そのタイマ値から電機子コイル１ａ，１ｂ，１ｃの電圧パターンの周期を演算して、周期を表わす周期信号を出力する位置信号周期演算部４５と、上記位置信号周期演算部４５からの周期信号と外部からの位相量指令信号とを受けて、その周期から位相量に相当するタイマ値を演算して、位相補正タイマＴ２にタイマ値設定信号を出力するタイマ値演算部４６と、上記位置信号周期演算部４５からの周期信号を受けて、回転速度を演算して現在速度信号を出力する速度演算部４７と、上記速度演算部４７からの現在速度信号と外部からの速度指令信号とを受けて、電圧指令信号を出力する速度制御部４８と、欠相運転検出部４９とを備え、位相補正タイマＴ２，周期測定タイマＴ３，位置信号周期演算部４５，タイマ値演算部４６，速度演算部４７および速度制御部４８で位置検出運転制御手段を構成している。
【００２４】
さらに、上記マイコン４は、波形タイマＴ１からのキャリア割込信号ＩＲＱ１を運転切替スイッチＳＷを介して受けて、電圧パターン信号を出力するインバータモード選択部５３と、上記インバータモード選択部５３からの電圧パターン信号を受けると共に、Ｖ／Ｆパターン設定部４４からの電圧指令信号を運転切替スイッチＳＷを介して受けて、スイッチング信号を出力するＰＷＭ部５４とを備えている。
【００２５】
上記構成のブラシレスＤＣモータにおいて、運転切替スイッチＳＷが位置検出運転側に選択され、モータが位置信号に従って駆動されているとき、電機子コイル１ａ，１ｂ，１ｃの各Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の誘起電圧Ｅ_Ｕ，Ｅ_Ｖ，Ｅ_Ｗは、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、１２０ｄｅｇ毎に位相の異なる台形状の波形となる。そして、図１に示す回転位置検出器３の差動増幅器３１は、抵抗回路２の中性点の電圧Ｖ_Ｍと電機子コイル１ａ，１ｂ，１ｃの中性点の電圧Ｖ_Ｎとの電位差信号Ｖ_ＭＮを検出する。そして、上記差動増幅器３１からの電位差信号Ｖ_ＭＮを受けて、積分器３２は、この電位差信号Ｖ_ＭＮを積分して、積分信号∫Ｖ_ＭＮｄｔ（図３（Ｄ）に示す）を出力する。そして、上記零クロスコンパレータ３３は、非反転入力端子に入力された積分信号∫Ｖ_ＭＮｄｔと反転入力端子に接続された基準電圧（グランドＧＮＤ）とを比較して、位置信号（図３（Ｅ）に示す）を出力する。
【００２６】
一方、上記積分信号∫Ｖ_ＭＮｄｔは、レベル検出器３４において、図３（Ｇ）に示すように全波整流され、さらに平滑にされ、その平滑波形を表わす平滑信号（図３（Ｈ）に示す）を基準電圧Ｅ_０と比較して、上記平滑信号が基準電圧Ｅ_０よりも高いとき、レベル検出信号（図３（Ｊ）に示す）はＬレベルとなるのである。
【００２７】
次に、上記零クロスコンパレータ３３からの位置信号は、周期測定タイマＴ３に入力され、周期測定タイマＴ３は、位置信号のリーディングエッジからトレイリングエッジまでの期間とトレイリングエッジからリーディングエッジまでの期間とを測定して、測定されたタイマ値を位置信号毎に出力する。上記周期測定タイマＴ３からのタイマ値を表わす信号を受けて、位置信号周期演算部４５は、位置信号の周期を求める。すなわち、上記位置信号のトレイリングエッジからリーディングエッジまでの期間とリーディングエッジからトレイリングエッジまでの期間は、６０ｄｅｇ毎に繰り返され、測定された各期間のタイマ値を６倍することによって、上記電圧パターンの一周期分のタイマ値を求めるのである。
【００２８】
そして、上記位置信号周期演算部４５からの周期を表わす周期信号と外部からの位相量指令信号とを受けて、タイマ値演算部４６はタイマ値設定信号を出力する。上記タイマ値演算部４６からのタイマ値設定信号を受けて、位相補正タイマＴ２は、位置信号から電圧パターンを切り換えるまでの時間を計時する。すなわち、上記位相補正タイマＴ２は、カウントが終了するとインバータモード選択部５３に割込信号ＩＲＱ２を出力し、インバータモード選択部５３は、位相補正された電圧パターン信号（図３（Ｋ）〜（Ｑ）に示す）をＰＷＭ部５４に出力するのである。そして、上記ＰＷＭ部５４は、スイッチング信号を図１に示すベース駆動回路５に出力して、ベース駆動回路５はインバータ部２０に転流制御信号を出力すると、インバータ部２０の各トランジスタ２０ａ〜２０ｆは、夫々オンオフする。なお、図３（Ｆ）の位置信号番号は、説明を容易にするために位置信号の一周期分に対して０〜５の番号を割り当てたものである。また、図３（Ｒ）に示すインバータモードは、図３（Ｋ）〜（Ｑ）に示す電圧パターン信号に対応するように０〜５の番号を割り当てたものである。
【００２９】
次に、上記ブラシレスＤＣモータの始動時は、運転切替スイッチＳＷが同期運転側に選択され、同期運転制御手段（４１，４２，４４，Ｔ１）によりインバータ出力の電圧と周波数を所定のパターンで増加する。そして、上記欠相運転検出部４９により欠相でないと判断し、かつ、レベル検出器３４，電位差信号レベル判定部４１およびモード比較部４２により位置検出運転が可能と判断すると、位置検出運転切替部４３は、運転切替スイッチＳＷを同期運転側から位置検出運転側に切り替える。
【００３０】
以下、上記マイコン４の同期運転制御手段（４１，４２，４４，Ｔ１）の同期運転から位置検出運転への切替動作を図６〜図９に従って説明する。なお、起動前の運転切替スイッチＳＷは、波形タイマＴ１のキャリア割込信号ＩＲＱ１をインバータモード選択部５３に接続すると共に、Ｖ／Ｆパターン設定部４４の電圧指令信号をＰＷＭ部５４に接続する同期運転側に選択されている。
【００３１】
まず、上記マイコン４のＶ／Ｆパターン設定部４４に外部から運転信号が入力されると、Ｖ／Ｆパターン設定部４４から周波数指令信号が出力されて、波形タイマＴ１がスタートする。そして、その波形タイマＴ１のカウントが終了すると、波形タイマＴ１からキャリア割込信号ＩＲＱ１が出力され、この波形タイマＴ１のキャリア割込信号ＩＲＱ１の発生間隔毎に図７に示すキャリア割り込み処理を行うと共に、マイコン４の外部割込端子に入力される位置信号の立ち上がりおよび立ち下がり毎に図８に示す位置信号割り込み処理を行う。
【００３２】
このように、起動時における同期運転において、予めテーブルに格納された電圧，周波数データに基づく所定の略直線パターンに沿って、インバータ出力電圧とインバータ周波数を徐々に増加して、回転子１０を加速する。そして、上記回転子１０が所定の回転数に加速した後、欠相運転検出部４９で欠相を検出せず、レベル検出器３４，電位差信号レベル判定部４１およびモード比較部４２によって電位差信号が安定している場合に、位置検出運転切替部４３は、同期運転から位置検出運転に切り替える。
【００３３】
また、起動時における同期運転において、上記回転子１０が所定の回転数に加速した後、レベル検出器３４，電位差信号レベル判定部４１およびモード比較部４２によって、電位差信号が安定しているか否かを検出して、電位差信号が不安定な場合、Ｖ／Ｆパターン設定部４４は、電位差信号が安定するまで、インバータ出力電圧を徐々に下げる。そして、上記電位差信号が安定すると、位置検出運転切替部４３は、同期運転から位置検出運転に切り替える。
【００３４】
したがって、起動時に上記同期運転制御手段（４１，４２，４４，Ｔ１）により回転子１０が加速された後、回転位置検出器３からの位置信号による位置検出運転が可能となるまで、同期運転制御手段（４１，４２，４４，Ｔ１）はインバータ出力の電圧を下げるので、起動時に負荷の大小や電源電圧の変動により電位差信号が安定する範囲が変動しても、同期運転から位置検出運転に確実に切り替える。
【００３５】
図４は上記ブラシレスＤＣモータの起動時の位置信号と相電流の波形を示しており、同期運転による加速時は、インバータ出力の変調率（図４ではＤｕｔｙ）を徐々に大きくして回転数を徐々に上げると、位置信号の回転数の指令ｎ［ｒｐｓ］に対して、積分信号は６ｎ［ｒｐｓ］に相当し、インバータ出力の相電流は２ｎ［ｒｐｓ］に相当する。ここで、モータは２極対の構成とする。
【００３６】
次に、図５は上記ブラシレスＤＣモータの欠相時の位置信号と相電流の波形を示しており、同期運転状態において回転数の指令が所定回転数になると、位置検出運転切替判定を行う。このとき、モータの１回転あたり位置信号の割り込み回数は正常時に１２回であり、欠相時に４回となるので、回転数のｎ［ｒｐｓ］に対して、正常時の積分信号の周波数は１２ｎＨｚ、欠相時の積分信号の周波数は４ｎＨｚとなる。
【００３７】
図６は上記ブラシレスＤＣモータの運転開始処理のフローチャートを示しており、運転開始処理がスタートすると、ステップＳ１１で運転状態を“同期運転加速状態”に設定する。
次に、ステップＳ１２に進み、キャリア割り込みカウンタを初期化する。
次に、ステップＳ１３に進み、出力波形機能設定を行う。
次に、ステップＳ１４に進み、キャリア割り込みを許可する。
そして、ステップＳ１５に進み、波形出力を開始する。
【００３８】
次に、図７は上記ブラシレスＤＣモータのキャリア割り込み処理のフローチャートを示しており、上記ステップＳ１４でキャリア割り込みが許可されると、インバータ出力のキャリア周期毎に波形タイマＴ１からキャリア割込信号ＩＲＱ１が発生する。この波形タイマＴ１のキャリア割込信号ＩＲＱ１の発生間隔毎にキャリア割込処理を行う。
【００３９】
そして、キャリア割り込みが発生すると、図７に示すステップＳ２１で運転要求有りと判別して、運転要求有りと判別すると、ステップＳ２２に進む一方、運転要求なしと判別すると、この処理を終了する。
【００４０】
次に、ステップＳ２２で位置検出運転に切替済か否かを判別して、位置検出運転に切替済と判別すると、ステップＳ２４に進み、位置検出運転処理を行って処理を終了する。
【００４１】
一方、ステップＳ２２で位置検出運転に切替済でないと判別すると、ステップＳ２３に進み、同期運転処理（インバータ出力のデューティなどの設定）を続け、この処理を終了する。
【００４２】
次に、図８は上記ブラシレスＤＣモータの位置信号割り込み処理のフローチャートを示しており、この位置信号割り込み処理は、外部割込端子に入力される位置信号の立ち上がりおよび立ち下がり毎に行う。
【００４３】
そして、位置信号割り込みが発生すると、ステップＳ３１で運転要求有りか否かを判別して、運転要求ありと判別すると、ステップＳ３２に進む一方、運転要求なしと判別すると、この処理を終了する。
【００４４】
次に、ステップＳ３２で位置検出運転に切替済か否かを判別して、位置検出運転に切替済であると判別すると、ステップＳ４４に進み、位置検出運転処理を行い処理を終了する。
【００４５】
一方、ステップＳ３２で位置検出運転に切替済でないと判別すると、ステップＳ３３に進み、
位置信号割り込み周波数＝指令周波数×４
の条件を満足するか否か判別する。そして、ステップＳ３３で上記条件を満足しない場合は、ステップＳ３４に進む一方、上記条件を満足する場合は、ステップＳ４１に進み、欠相検出カウンタをインクリメントする。
【００４６】
次に、ステップＳ４２に進み、
欠相検出カウンタ＝異常確定値
の条件を満足するか否かを判別して、上記条件を満足する場合は、ステップＳ４３に進み、欠相異常処理を行って、この処理を終了する。
【００４７】
一方、ステップＳ４２で上記条件を満足しない場合は、ステップＳ３４に進む。
【００４８】
次に、ステップＳ３４で、位置検出運転が可能か否かを判別して、位置検出運転ができないと判別すると、ステップＳ３５に進み、同期運転処理を行って処理を終了する。
【００４９】
また、ステップＳ３４で位置検出運転切替が可能であると判別すると、ステップ３６に進み、位置検出運転切替処理を行って、この処理を終了する。
【００５０】
図９は図８のステップＳ３６の位置検出運転切替処理のフローチャートを示している。位置検出運転切替処理がスタートすると、ステップＳ５１で位置検出運転切替が可能か否かを判別して、位置検出運転切替が可能と判別すると、ステップＳ５９に進み、位置検出運転切替を行って、この処理を終了する。
【００５１】
一方、ステップＳ５１で位置検出運転切替ができないと判別すると、ステップＳ５２に進み、電圧降下頻度カウンタが規定値か否かを判別して、電圧降下頻度カウンタが規定値でないと判別すると、ステップＳ５３に進み、電圧降下頻度カウンタをインクリメントして、この処理を終了する。
【００５２】
また、ステップＳ５２で電圧降下頻度カウンタが規定値であると判別すると、ステップＳ５５に進み、インバータ出力のデューティＤｕｔｙが所定値Ｄｄｏｗｎ未満か否かを判別して、インバータ出力のデューティＤｕｔｙが所定値Ｄｄｏｗｎ未満であると判別すると、ステップＳ５８に進み、起動不良停止処理を行って、この処理を終了する。
【００５３】
一方、ステップＳ５５でインバータ出力のデューティＤｕｔｙが所定値Ｄｄｏｗｎ以上であると判別すると、ステップＳ５６に進み、インバータ出力のデューティＤｕｔｙを所定値Ｄｄｏｗｎだけ減らして、インバータ出力の電圧を下げる。
【００５４】
そして、ステップＳ５７に進み、電圧降下頻度カウンタを初期化してこの処理を終了する。
【００５５】
図１０は上記ブラシレスＤＣモータの欠相運転検出部４９の欠相検出カウンタの動作の一例を示しており、判定回１，２，…Ｎにおいて、
４×指令ｆ＝１／Ｔｎ
指令ｆ：運転周波数
Ｔｎ：位置信号のレベルの切り換わり毎の周期（ｎ＝１，２，…）
の判定式を用いて判定し、判定結果が異常のときはカウンタ値をインクリメントする一方、判定結果が正常のときはカウンタ値をそのまま保持している。
【００５６】
このように、上記第１実施形態のブラシレスＤＣモータによれば、新たな部品を追加することなく簡単な構成でインバータ出力の欠相をすみやかに検出することができる。例えば、ハーネス等の接点不良の場合に、アーク放電等に起因する火災等の事故を未然に防止することができる。また、欠相検出してすぐにシステムダウンすることが可能となり、ユーザーへの異常通知を迅速に行なって、ユーザーからのサービスコールに迅速に対応できるので、サービス工数の削減が可能となる。したがって、不良対策・対応のコストを最小限にすることが可能で、部品追加によるコストアップなしで信頼性を向上できるブラシレスＤＣモータを提供することができる。
【００５７】
上記第１実施形態では、位置信号毎の周波数が所定範囲内にあるときに欠相であると判別したが、位置信号の周期が所定範囲内にあるときに欠相であると判別してもよい。
【００５８】
（第２実施形態）
図１１はこの発明の第２実施形態のブラシレスＤＣモータのマイコンの構成図を示している。この第２実施形態のブラシレスＤＣモータは、マイコンを除いて第１実施形態のブラシレスＤＣモータと同一の構成をしており、図１を援用する。また、この第２実施形態のマイコンは、欠相運転検出部を除いて第１実施形態のマイコンと同一の構成をしており、同一構成部は同一参照番号を付して説明を省略する。
【００５９】
上記第２実施形態のブラシレスＤＣモータにおいて、欠相運転検出部５０は、位置信号に基づいて欠相であるか否かを判別して、その判別結果を位置検出運転切替部４３に出力する。
【００６０】
図１２は上記ブラシレスＤＣモータの起動時の積分信号と位置信号を示しており、同期運転状態においてモータ１回転あたり６回の位置信号による割り込み信号毎に判定を行う。
【００６１】
上記第２実施形態のブラシレスＤＣモータにおいて、マイコンの位置信号割り込み処理を除いて第１実施形態のマイコンと同様の動作を行うので、この第２実施形態では、位置信号割り込み処理のみを説明する。
【００６２】
図１３は上記ブラシレスＤＣモータの位置信号割り込み処理のフローチャートを示している。
【００６３】
まず、位置信号割り込みが発生すると、この位置信号割り込み処理がスタートして、ステップＳ１０１で運転要求有りか否かを判別して、運転要求なしと判別すると、この処理を終了する一方、運転要求有りと判別すると、ステップＳ１０２に進む。
【００６４】
次に、ステップＳ１０２で位置検出運転が切替済か否かを判別して、位置検出運転が切替済と判別すると、ステップＳ１１４に進み、位置検出運転処理を行って、この処理を終了する。
【００６５】
一方、ステップＳ１０２で位置検出運転が切替済でないと判別すると、ステップＳ１０３に進み、
位置信号割り込み周波数＜指令周波数×４＋Ｋ（Ｋは定数）
の条件を満足すると判別すると、ステップＳ１１１に進む一方、上記条件を満足しないと判別すると、ステップＳ１０４に進む。
【００６６】
そして、ステップＳ１１１で、
位置信号割り込み周波数＞指令周波数×４−Ｋ（Ｋは定数）
の条件を満足すると判別すると、ステップＳ１１２に進み、連続判定カウントＣｃｏｎｔをインクリメントして、ステップＳ１０５に進む。
【００６７】
また、ステップＳ１０４で連続判定カウンタＣｃｏｎｔを初期化した後、ステップＳ１０５に進む。
【００６８】
そして、ステップＳ１０５で連続判定カウンタＣｃｏｎｔが所定回数Ｎを越えたか否かを判別して、連続判定カウンタＣｃｏｎｔが所定回数Ｎを越えたと判別すると、ステップＳ１１３に進み、欠相異常停止処理を行って、この処理を終了する。
【００６９】
一方、ステップＳ１０５で連続判定カウンタＣｃｏｎｔが所定回数Ｎ以下であると判別すると、ステップＳ１０６に進み、位置検出運転切替可能か否かを判別する。
【００７０】
そして、ステップＳ１０６で位置検出運転切替可能でないと判別すると、ステップＳ１０７に進み、同期運転処理を行って、この処理を終了する。
【００７１】
一方、ステップＳ１０６で位置検出運転切替可能と判別すると、ステップＳ１０８に進み、位置検出運転切替処理を行って、この処理を終了する。
【００７２】
図１４は上記ブラシレスＤＣモータの連続判定カウンタの動作の一例を示しており、判定回１，２，…において、
（４×指令ｆ−Ｋ）＜１／Ｔｎ＜（４×指令ｆ＋Ｋ）
指令ｆ：運転周波数
Ｔｎ：位置信号のレベルの切り換わり毎の周期（ｎ＝１，２，…）
Ｋ：定数
の判定式を用いて判定し、判定結果が異常のときはカウンタ値をインクリメントする一方、判定結果が正常のときはカウンタ値をゼロにリセットしている。
【００７３】
このように、上記第２実施形態のブラシレスＤＣモータでは、位置信号の周波数が（４×指令ｆ−Ｋ）〜（４×指令ｆ＋Ｋ）の範囲内にあることが所定回数のＮ回連続したときに欠相であると判別するので、誤検出なく確実に欠相を検出できると共に、欠相異常判定検出の精度が向上する。
【００７４】
上記第２実施形態では、位置信号毎の周波数が所定範囲内にあるときに欠相であると判別したが、位置信号の周期が所定範囲内にあるときに欠相であると判別してもよい。
【００７５】
（第３実施形態）
次に、この発明の第３実施形態のブラシレスＤＣモータのマイコンの構成図を示している。この第３実施形態のブラシレスＤＣモータは、マイコンの処理を除いて第１実施形態のブラシレスＤＣモータと同一の構成をしており、図１，図２を援用する。
【００７６】
図１５はこの第３実施形態のブラシレスＤＣモータの判定カウンタの動作の一例を示しており、図１５に示すように、正常時は、インバータ出力の電気角３６０°の間に６つの位置信号割り込みが発生する一方、欠相時は、インバータ出力の電気角３６０°の間に２つの位置信号割り込みしか発生しない。
【００７７】
図１６は上記ブラシレスＤＣモータのキャリア割り込み処理のフローチャートを示しており、キャリア割り込みが発生すると、ステップＳ２０１で運転要求有りか否かを判別して、運転要求なしと判別すると、この処理を終了する、
一方、ステップＳ２０１で運転要求有りと判別すると、ステップＳ２０２に進み、位置検出運転切替済か否かを判別して、位置検出運転切替済の場合はステップＳ２０７に進み、位置検出運転処理を行って、ステップＳ２０５に進む。
【００７８】
また、ステップＳ２０２で位置検出運転切替済でない場合は、ステップＳ２０３に進み、出力モードが電気角３６０度を越えたか否かを判別する。そして、ステップＳ２０３で出力モードが電気角３６０度を越えない場合は、ステップＳ２０４に進む一方、出力モードが電気角３６０度を越えた場合は、ステップＳ２０６に進み、電気角フラグｆｍｏｄｅを１にしてステップＳ２０４に進む。
【００７９】
そして、ステップＳ２０４で同期運転処理を行う。
【００８０】
次に、ステップＳ２０５で波形出力処理を行って、この処理を終了する。
【００８１】
図１７は上記ブラシレスＤＣモータの位置信号割り込み処理のフローチャートを示しており、位置信号割り込みが発生すると、ステップＳ２１１で運転要求有りか否かを判別して、運転要求がない場合はこの処理を終了する一方、運転要求がある場合は、ステップＳ２１２に進む。
【００８２】
次に、ステップＳ２１２で位置検出運転切替済か否かを判別して、位置検出運転切替済でない場合は、ステップＳ２１９に進み、位置検出運転処理を行って、この処理を終了する。一方、ステップＳ２１２で位置検出運転切替済の場合は、ステップＳ２１３に進む。
【００８３】
そして、ステップＳ２１３で位置検出運転切替が可能か否かを判別して、位置検出運転切替が可能の場合は、ステップＳ２１８に進み、位置検出運転切替処理を行って、この処理を終了する。
【００８４】
一方、ステップＳ２１３で位置検出運転切替が可能でない場合、ステップ２１４に進み、同期運転処理を行う。
【００８５】
次に、ステップＳ２１５に進み、位置信号割り込み回数カウンタＣｎｔをインクリメントする。
【００８６】
次に、ステップＳ２１６に進み、電気角フラグｆｍｏｄｅが１か否かを判別して、電気角フラグｆｍｏｄｅが１でない場合は、この処理を終了する一方、電気角フラグｆｍｏｄｅが１の場合は、ステップＳ２１７に進み、欠相判定処理を行って、この処理を終了する。
【００８７】
図１８は上記ブラシレスＤＣモータの欠相判定処理のフローチャートを示しており、欠相判定処理がスタートすると、ステップＳ２３１で位置信号割り込み回数カウンタＣｎｔが３以下か否かを判定する。
【００８８】
そして、ステップＳ２３１で位置信号割り込み回数カウンタＣｎｔが３以下である場合は、ステップＳ２３６に進み、位置信号割り込み回数カウンタＣｎｔが１以上か否かを判定する。ステップＳ２３６で位置信号割り込み回数カウンタＣｎｔが１以上である場合は、ステップＳ２３７に進む一方、位置信号割り込み回数カウンタＣｎｔが１未満である場合は、ステップＳ２３２に進む。
【００８９】
そして、ステップＳ２３２で異常判定カウンタを初期化し、ステップＳ２３３に進み、多重割り込みを禁止する。
【００９０】
次に、ステップＳ２３４に進み、電気角フラグｆｍｏｄｅをゼロに設定して、ステップＳ２３５に進み、多重割り込みを許可して、この処理を終了する。
【００９１】
一方、ステップＳ２３７では、異常判定カウンタをインクリメントし、ステップＳ２３８に進み、異常判定カウンタが規定値以上か否かを判別する。
【００９２】
そして、ステップＳ２３８で異常判定カウンタが規定値未満の場合は、ステップＳ２３３に進む一方、ステップＳ２３８で異常判定カウンタが規定値以上の場合は、ステップＳ２３９に進み、欠相異常停止処理を行って、この処理を終了する。
【００９３】
このように、上記第３実施形態のブラシレスＤＣモータでは、位置信号割り込み回数カウンタＣｎｔが３以下でかつ１以上であることが所定回数Ｎ連続したときに欠相であると判別するので、欠相検出のばらつきを低減することができると共に、波形制御ＣＰＵの周期測定タイマＴ３の分解能やビット制限等の制約を受けることなく、欠相状態を判断することができる。
【００９４】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明のブラシレスＤＣモータは、複数極の磁石を有する回転子と、３相Ｙ結線された電機子コイルを有する固定子と、上記電機子コイルに対して並列状態で３相Ｙ結線された抵抗回路と、上記電機子コイルの中性点と上記抵抗回路の中性点との電位差に基づいて、上記回転子と上記固定子との相対的な回転位置を検出して、位置信号を出力する回転位置検出手段と、上記回転位置検出手段からの上記位置信号に基づいて、上記電機子コイルの電圧パターンを切り替えるインバータ部とを備えたブラシレスＤＣモータにおいて、起動開始時、同期運転制御手段によりインバータ部からのインバータ出力の電圧および周波数を所定のパターンに基づいて制御し、上記所定のパターン出力終了後、同期運転状態において、欠相判別手段は、回転位置検出手段からの上記位置信号に基づいて欠相か否かを判別して、インバータ部が同期運転状態のときに欠相判別手段が欠相でないと判別すると、運転切替手段は、同期運転制御手段から位置検出運転制御手段に切り換え、位置検出運転制御手段は、回転位置検出手段からの位置信号に基づいて、インバータ部のインバータ出力を制御するものである。
【００９５】
したがって、請求項１の発明のブラシレスＤＣモータによれば、同期運転時、位置信号に基づいて欠相（インバータ部と電機子コイルとの間の中継ケーブル断線など）と判断するので、新たな部品を追加することなく簡単な構成で起動時の同期運転から位置検出運転への切り替える前にインバータ出力の欠相をすみやかに検出することができる。
【００９６】
また、請求項２の発明のブラシレスＤＣモータによれば、請求項１のブラシレスＤＣモータにおいて、欠相になると位置信号の周期が長くなることを利用して、欠相判別手段は、位置信号の周期が所定範囲内にあるときに欠相であると判別するので、欠相検出のばらつきを低減できる。
【００９７】
また、請求項３の発明のブラシレスＤＣモータによれば、請求項２のブラシレスＤＣモータにおいて、上記欠相判別手段は、上記位置信号の周期が上記所定範囲内にあることが所定回数連続したときに欠相であると判別するので、誤検出なく確実に欠相を検出でき、欠相異常判定検出の精度を向上することができる。
【００９８】
また、請求項４の発明のブラシレスＤＣモータによれば、請求項１のブラシレスＤＣモータにおいて、欠相になると位置信号の周期が長くなり位置信号毎に発生する割り込み回数が減ることを利用して、上記欠相判別手段は、上記位置信号毎に発生する割り込み回数をインバータ出力の電気角３６０°毎に計数して、インバータ出力の電気角３６０°毎に計数された割り込み回数が所定範囲内にあるときに欠相と判別するので、欠相検出のばらつきを低減することができると共に、波形制御ＣＰＵの周期測定用タイマの分解能、ビット制限等の制約を受けることなく、欠相状態を判断することができる。
【００９９】
また、請求項５の発明のブラシレスＤＣモータによれば、請求項４のブラシレスＤＣモータにおいて、上記欠相判別手段は、インバータ出力の電気角３６０°毎に計数された割り込み回数が所定範囲内にあることが所定回数連続したときに欠相であると判別するので、誤検出なく確実に欠相を検出でき、欠相異常判定検出の精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の第１実施形態のブラシレスＤＣモータの構成図である。
【図２】図２は上記ブラシレスＤＣモータのマイコンの構成図である。
【図３】図３は上記ブラシレスＤＣモータの各部の信号を示す図である。
【図４】図４は上記ブラシレスＤＣモータの起動時の位置信号と相電流の波形を示す図である。
【図５】図５は上記ブラシレスＤＣモータの欠相時の位置信号と相電流の波形を示す図である。
【図６】図６は上記ブラシレスＤＣモータの運転開始処理を示すフローチャートである。
【図７】図７は上記ブラシレスＤＣモータのキャリア割り込み処理を示すフローチャートである。
【図８】図８は上記ブラシレスＤＣモータの位置信号割り込み処理を示すフローチャートである。
【図９】図９は上記ブラシレスＤＣモータの位置検出運転切替処理を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は上記ブラシレスＤＣモータの欠相検出カウンタの動作を説明するための図である。
【図１１】図１１はこの発明の第２実施形態のブラシレスＤＣモータのマイコンの構成図である。
【図１２】図１２は上記ブラシレスＤＣモータの起動時の位置信号と割り込み信号を示す図である。
【図１３】図１３は上記ブラシレスＤＣモータの位置信号割り込み処理を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は上記ブラシレスＤＣモータの連続判定カウンタの動作を説明するための図である。
【図１５】図１５はこの発明の第３実施形態のブラシレスＤＣモータの判定カウンタの動作を説明するための図である。
【図１６】図１６は上記ブラシレスＤＣモータのキャリア割り込み処理を示すフローチャートである。
【図１７】図１７は上記ブラシレスＤＣモータの位置信号割り込み処理を示すフローチャートである。
【図１８】図１８は上記ブラシレスＤＣモータの欠相判定処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…固定子、
１ａ，１ｂ，１ｃ…電機子コイル、
２…抵抗回路、
３…回転位置検出器、
４…マイコン、
５…ベース駆動回路、
９…直流電源、
１０…回転子、
１１…モータ部、
２０…インバータ部、
２０ａ〜２０ｆ…トランジスタ、
３１…差動増幅器、
３２…積分器、
３３…零クロスコンパレータ、
３４…レベル検出器、
４１…電位差信号レベル判定部、
４２…モード比較部、
４３…位置検出運転切替部、
４４…Ｖ／Ｆパターン設定部、
４５…位置信号周期演算部、
４６…タイマ値演算部、
４７…速度演算部、
４８…速度制御部、
４９，５０…欠相運転検出部、
５３…インバータモード選択部、
５４…ＰＷＭ部、
Ｔ１…波形タイマ、
Ｔ２…位相補正タイマ、
Ｔ３…周期測定タイマ、
ＳＷ…運転切替スイッチ。

Claims

複数極の磁石を有する回転子（１０）と、３相Ｙ結線された電機子コイル（１ａ，１ｂ，１ｃ）を有する固定子（１）と、上記電機子コイル（１ａ，１ｂ，１ｃ）に対して並列状態で３相Ｙ結線された抵抗回路（２）と、上記電機子コイル（１ａ，１ｂ，１ｃ）の中性点と上記抵抗回路（２）の中性点との電位差に基づいて、上記回転子（１０）と上記固定子（１）との相対的な回転位置を検出して、位置信号を出力する回転位置検出手段（３）と、上記回転位置検出手段（３）からの上記位置信号に基づいて、上記電機子コイル（１ａ，１ｂ，１ｃ）の電圧パターンを切り替えるインバータ部（２０）とを備えたブラシレスＤＣモータにおいて、
起動時に上記インバータ部（２０）のインバータ出力の電圧および周波数を所定のパターンに基づいて制御する同期運転制御手段（４１，４２，４４，Ｔ１）と、
上記回転位置検出手段（３）からの上記位置信号に基づいて、上記インバータ部（２０）のインバータ出力を制御する位置検出運転制御手段（Ｔ２，Ｔ３，４５〜４８）と、
上記同期運転制御手段（４１，４２，４４，Ｔ１）により上記インバータ部（２０）が同期運転状態のとき、上記回転位置検出手段（３）からの上記位置信号に基づいて欠相か否かを判別する欠相判別手段（４９，５０）と、
上記同期運転制御手段（４１，４２，４４，Ｔ１）により上記インバータ部（２０）が同期運転状態のときに上記欠相判別手段（４９，５０）が欠相でないと判別すると、上記インバータ部（２０）の制御を上記同期運転制御手段（４１，４２，４４，Ｔ１）から上記位置検出運転制御手段（Ｔ２，Ｔ３，４５〜４８）に切り替える運転切替手段（４３）とを備えたことを特徴とするブラシレスＤＣモータ。
請求項１に記載のブラシレスＤＣモータにおいて、
上記欠相判別手段は、上記位置信号の周期が所定範囲内にあるときに欠相であると判別することを特徴とするブラシレスＤＣモータ。
請求項２に記載のブラシレスＤＣモータにおいて、
上記欠相判別手段は、上記位置信号の周期が上記所定範囲内にあることが所定回数連続したときに欠相であると判別することを特徴とするブラシレスＤＣモータ。
請求項１に記載のブラシレスＤＣモータにおいて、
上記欠相判別手段は、上記位置信号毎に発生する割り込み回数を上記インバータ出力の電気角３６０°毎に計数し、上記インバータ出力の電気角３６０°毎に計数された割り込み回数が所定範囲内にあるときに欠相であると判別することを特徴とするブラシレスＤＣモータ。
請求項４に記載のブラシレスＤＣモータにおいて、
上記欠相判別手段は、上記インバータ出力の電気角３６０°毎に計数された割り込み回数が所定範囲内にあることが所定回数連続したときに欠相であると判別することを特徴とするブラシレスＤＣモータ。