JP2012115125A

JP2012115125A - ブラシレスｄｃモータの制御装置およびそれを用いた送風装置

Info

Publication number: JP2012115125A
Application number: JP2011159661A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Morimoto; 篤史森本
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2012-06-14

Abstract

【課題】ブラシレスＤＣモータの磁束量ばらつきによるモータ出力ばらつきを抑制することができるブラシレスＤＣモータの制御装置を提供する。
【解決手段】インバータ回路９、ブラシレスＤＣモータの回転数を検出する回転数検出手段１０、ブラシレスＤＣモータへの印加電圧を検出する印加電圧検出手段１１、ブラシレスＤＣモータが所望の出力となるように検出した誘起電圧と回転数に基づいてインバータ回路９を制御する出力制御手段１２、ブラシレスＤＣモータの回転数検出と同時に誘起電圧と電気角を検出し、誘起電圧と電気角の検出結果に応じて、出力制御手段１２に予め記憶した基準となる印加電圧あるいは印加電圧に比例関係のあるデューティの制御パラメータを変更して、ブラシレスＤＣモータの磁束量のばらつきを補正する補正手段１３を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ブラシレスＤＣモータの制御装置、またはそれを用いた送風装置に関する。

従来、ブラシレスＤＣモータの制御装置は、インバータを用いて軸出力が所望の値となるように制御し、空調用のファンなどの仕事量を制御するように構成しているものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下、特許文献１における換気装置について、図１４を参照しながら説明する。特許文献１では、図１４に示すように、ＤＣモータ１０１で駆動する送風機を備えており、風量を一定に制御する制御機能を持つ換気装置について、換気装置の制御回路１０２によって制御関数に基づいてＤＣモータ１０１を駆動し、定風量制御するようにしている。その制御関数に関しては、この換気装置と同じ任意の基準換気装置によってあらかじめ取得された関数である。制御関数に換気装置の送風機のＤＣモータ１０１のばらつき分を補正値として取り入れる。補正値は基準換気装置のＤＣモータ１０１が安定した任意の低回転数を回転数検出回路１０３にて検出し、そのときの指令電圧値を指令電圧生成回路１０４にて測定し、この指令電圧値と換気装置のＤＣモータ１０１が基準換気装置のＤＣモータ１０１と同じ安定した低回転数のときの指令電圧値との差を算出して求める。求めた指令電圧値との差を補正値として取り込み、記憶素子１０５に記憶しておくことで、電源投入時にのみ補正処理を行なって、ＤＣモータ１０１の風量一定制御の風量制御精度の悪化を防止する。

特開２００８−８２６３４号公報（要約、第２図）

しかしながら、従来のこの種の換気装置では、安定した任意の低回転数の時の指令電圧値を観測する必要があり、設置された後に部品交換する際など、ダクト長や外風などの設置環境や外乱要素で風量を左右する要因があった際には、安定した補正が困難になるという課題がある。特に、低回転数域では、モータに印加する電圧デューティも小さく、安定性に課題がある。また、モータのばらつき要因としては、着磁ばらつき、巻線ばらつきなどがあり、その中でも着磁ばらつきの結果として誘起電圧のばらつきが比率的大きいが、それらのばらつきを総合的なばらつきとして補正を加える方式であるため、補正定数が線形になるとは考え難く、実際的な補正係数の選定が困難となるという課題もある。

本発明は、前記の問題を解決し、ダクト長、外風などの設置環境や外乱要素が含まれる要因があった場合でも、モータの回転状態にある中での任意の回転数における誘起電圧を測定し、その誘起電圧のばらつきに応じてモータのばらつきを補正するため、安定した補正が可能となり、また、モータのばらつき要因として比率的に大きい誘起電圧乃至誘起電圧に比例する定数による特化した補正を行なうことで、モータの軸出力一定制御（送風機の場合では風量一定制御）の制御確度を向上することができるブラシレスＤＣモータの制御装置を提供することを目的としている。

そして、この目的を達成するために、交流電源を全波整流する整流手段と、上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されたインバータ回路と、前記ブラシレスＤＣモータの印加電圧を検出する印加電圧検出手段と、前記ブラシレスＤＣモータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記ブラシレスＤＣモータが所望の出力となるように検出した印加電圧と回転数に基づいて前記インバータ回路を制御する出力制御手段と、前記ブラシレスＤＣモータの回転数の検出と同時に誘起電圧と電気角を検出し、誘起電圧と電気角の検出結果に応じて、前記出力制御手段に予め記憶した基準となる指令電圧あるいは指令電圧に比例関係のあるデューティの制御パラメータを変更して、前記ブラシレスＤＣモータの磁束量のばらつきを補正する補正手段を備えたことを特徴とするものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、ブラシレスＤＣモータの制御装置は、交流電源を全波整流する整流手段と、上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されたインバータ回路と、前記ブラシレスＤＣモータの印加電圧を検出する印加電圧検出手段と、前記ブラシレスＤＣモータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記ブラシレスＤＣモータが所望の出力となるように検出した印加電圧と回転数に基づいて前記インバータ回路を制御する出力制御手段と、前記ブラシレスＤＣモータの回転数の検出と同時に誘起電圧と電気角を検出し、誘起電圧と電気角の検出結果に応じて、前記出力制御手段に予め記憶した基準となる指令電圧あるいは指令電圧に比例関係のあるデューティの制御パラメータを変更して、前記ブラシレスＤＣモータの磁束量のばらつきを補正する補正手段を備える構成にして、モータ個々の磁束量ばらつき、磁束密度に比例関係にある誘起電圧ばらつきを検出することになり、主たるモータばらつき要因の補正が可能となり、ダクト長、外風などの設置環境や外乱要素が含まれるファクタがあった場合でも、モータの回転状態にある中での任意の回転数における誘起電圧を測定し、その誘起電圧のばらつきに応じてモータのばらつきを補正するため、安定した補正が可能となり、また、モータのばらつき要因として比率的に大きい誘起電圧乃至誘起電圧に比例する定数による特化した補正を行なうことで、モータの軸出力一定制御（送風機の場合では風量一定制御）の制御確度を向上することができるブラシレスＤＣモータの制御装置を提供することを目的としている。

本発明の実施の形態１の送風装置３の構成図同制御装置２の構成図同制御パラメータを示す図同補正手段１３のフローチャート本発明の実施の形態２の制御装置２ｂの構成図同誘起電圧の検出のフローチャート本発明の実施の形態３の制御装置２ｃの構成図同インバータ回路９の変調のフローチャート本発明の実施の形態４の制御装置２ｄの構成図同送風量とモータ効率、ファン効率および比率の特性を示す図本発明の実施の形態５の制御装置２ｅの構成図本発明の実施の形態６の制御装置２ｆの構成図同温度変換の対応表を示す図従来の換気装置（送風装置）の構成図

本発明の請求項１記載のブラシレスＤＣモータの制御装置は、交流電源を全波整流する整流手段と、上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されたインバータ回路と、前記ブラシレスＤＣモータの印加電圧を検出する印加電圧検出手段と、前記ブラシレスＤＣモータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記ブラシレスＤＣモータが所望の出力となるように検出した印加電圧と回転数に基づいて前記インバータ回路を制御する出力制御手段と、前記ブラシレスＤＣモータの回転数の検出と同時に誘起電圧と電気角を検出し、誘起電圧と電気角の検出結果に応じて、前記出力制御手段に予め記憶した基準となる指令電圧あるいは指令電圧に比例関係のあるデューティの制御パラメータを変更して、前記ブラシレスＤＣモータの磁束量のばらつきを補正する補正手段を備えるようにしたものである。これにより、モータ個々の磁束量ばらつき、磁束密度に比例関係にある誘起電圧ばらつきを同時に検出することになり、主たるモータばらつき要因の補正が可能となり、ダクト長、外風などの設置環境や外乱要素が含まれるファクタがあった場合でも、モータの回転状態にある中での任意の回転数における誘起電圧を測定し、その誘起電圧のばらつきに応じてモータのばらつきを補正するため、設置された後に部品交換する際であっても安定した補正が可能となり、また、モータのばらつき要因として比率的に大きい誘起電圧乃至誘起電圧に比例する定数による特化した補正を行なうことで、モータの軸出力一定制御（送風機の場合では風量一定制御）の制御確度を向上することができるという効果を奏する。

また、請求項２記載のブラシレスＤＣモータの制御装置は、初回運転時にのみ補正手段によるブラシレスＤＣモータの磁束量のばらつき補正を実行する構成としたものである。これにより、常時補正を行なう必要がなく、簡単な構成でブラシレスＤＣモータの誘起電圧ばらつき補正として磁束量ばらつきの補正ができ、モータの主たるばらつき要因を補正することができるという効果を奏する。

また、請求項３記載のブラシレスＤＣモータの制御装置は、補正手段は、所定の回転数よりも高速となった後に実行する構成としたものである。これにより、誘起電圧の小さいモータであっても、誘起電圧は回転数に比例することから、検出下限値を下回ったり、あるいは検出誤差の拡大を防止することができるという効果を奏する。

また、請求項４記載のブラシレスＤＣモータの制御装置は、誘起電圧の検出を三相のうち何れか一相を選択的に検出する構成としたものである。これにより、三相全ての相電圧を検出する必要がなく、より簡単な回路構成にて実現することができ、より安価な回路構成とすることができるという効果を奏する。

また、請求項５記載のブラシレスＤＣモータの制御装置は、インバータ回路の変調は、矩形波通電により実行し、上段と下段のスイッチング素子が共にオフ状態となる何れかの一相より誘起電圧を検出する構成としたものである。これにより、誘起電圧を検出する際であっても、連続した通電が可能となるため、検出の際の精度を向上することができ、より確度の高い補正制御を可能することができるという効果を奏する。

また、請求項６記載のブラシレスＤＣモータの制御装置は、インバータ回路の変調は、正弦波通電により実行し、上段と下段のスイッチング素子が共にオフ状態となるように意図的に通電パターンを生成して、誘起電圧の検出を実行する構成としたものである。これにより、休止区間を強制的に生成するため、誘起電圧の測定が可能となり、また正弦波通電することにより、モータのトルクリプルが縮小するため、より静音化、あるいは低振動化を図ることができるブラシレスＤＣモータの制御装置を提供することができる。

また、請求項７記載のブラシレスＤＣモータの制御装置は、補正手段は、少なくとも２回以上ブラシレスＤＣモータの誘起電圧と回転数の同時検出した結果から前記誘起電圧の平均値と回転数の平均値をそれぞれ演算し、誘起電圧の平均値と平均回転数の演算結果に応じて、ばらつき補正を実行する構成としたものである。これにより、トルクリプルによる供給電流、あるいは誘起電圧の測定ばらつき、あるいは外来ノイズ、自己ノイズによる検出値のばらつきを補正し、より安定した補正を可能とすることができるという効果を奏する。

また、請求項８記載のブラシレスＤＣモータの制御装置は、インバータ回路の変調は、回転始動時および誘起電圧の検出時のみ矩形波通電で実行し、その他の期間では正弦波通電で実行する構成としたものである。これにより、誘起電圧を検出する際であっても、連続した通電が可能となるため、検出の際の精度を向上することができ、より確度の高い補正制御を可能とし、また、通常時は正弦波通電することにより、モータのトルクリプルが縮小するため、より静音化、あるいは低振動化を図ることができるという効果を奏する。

また、請求項９記載のブラシレスＤＣモータの制御装置は、誘起電圧の検出は、誘起電圧がゼロとなるポイントを除外した何れかの電気角で実行する構成としたものである。これにより、誘起電圧を同時に三相分同時検出する必要がなくなり、処理時間の短縮が図れ、マイクロプロセッサの制御周期を上げることができ、外部への雑音を低減できると同時に、種々の付加機能の向上が図ることができるという効果を奏する。

また、請求項１０記載の送風装置は、本ブラシレスＤＣモータの制御装置を搭載し、負荷として送風ファンを接続し、所望の送風量に制御する構成としたものである。これにより、前述効果のあるブラシレスＤＣモータを搭載しているため、装置個々の制御ばらつき低減による能力ばらつきを低減することができ、また、部品交換時であっても、交換後の部品に応じて安定した補正が可能となり、また、モータのばらつき要因として比率的に大きい誘起電圧乃至誘起電圧に比例する定数による特化した補正を行なうことで、モータの軸出力一定制御（風量一定制御）の制御確度を向上することができるという効果を奏する。

また、請求項１１記載のブラシレスＤＣモータの制御装置は、出力制御手段は、所望の回転数における前記送風ファンのファン効率とブラシレスＤＣモータのモータ効率の比率に基づいた印加電圧あるいは回転数の効率補正係数を演算し、前記ブラシレスＤＣモータの磁束量のばらつき補正結果を二次補正する構成としたものである。これにより、回転数に応じて異なるファン効率、モータ効率、およびファン効率とモータ効率の比率を制御パラメータに反映しているため、送風量制御における近似部分を縮小することができ、送風量制御の精度の向上を図ることができるという効果を奏する。

また、請求項１２記載のブラシレスＤＣモータの制御装置あるいは送風装置は、出力制御手段は、所望の回転数における前記送風ファンのファン効率とブラシレスＤＣモータのモータ効率の比率に基づいた印加電圧あるいは回転数の効率補正係数を演算し、前記ブラシレスＤＣモータの磁束量のばらつき補正結果を二次補正する構成としたものである。これにより、モータ個々の磁束量ばらつき、磁束密度に比例関係にある誘起電圧ばらつきを同時に検出することになり、主たるモータばらつき要因の補正が可能となり、ダクト長、外風などの設置環境や外乱要素が含まれるファクタがあった場合でも、モータの回転状態にある中での任意の回転数における誘起電圧を測定し、その誘起電圧のばらつきに応じてモータのばらつきを補正するため、設置された後に部品交換する際であっても安定した補正が可能となり、また、モータのばらつき要因として比率的に大きい誘起電圧乃至誘起電圧に比例する定数による特化した補正を行なうことで、モータの軸出力一定制御（送風機の場合では風量一定制御）の制御確度を向上しつつ、回転数に応じて異なるファン効率、モータ効率、およびファン効率とモータ効率の比率を制御パラメータに反映しているため、送風量制御における近似部分を縮小することができ、送風量制御の精度を更に向上することができるという効果を奏する。

（実施の形態１）
本発明におけるブラシレスＤＣモータ１の制御装置２を搭載した送風装置３の構成について、図１を参照しながら構成について説明する。図１に示すように、送風装置３は、制御装置２と送風ファン４と本体ケーシング５と、吹き出し口６を備えている。また、制御装置２は、図２に示すように、交流電源７を全波整流する整流手段８と、スイッチング素子９ａ〜９ｆで構成したインバータ回路９と、ブラシレスＤＣモータ１の回転数を検出する回転数検出手段１０と、ブラシレスＤＣモータ１への印加電圧を検出する印加電圧検出手段１１と、ブラシレスＤＣモータ１が所望の出力となるように検出した回転数と印加電圧を制御する出力制御手段１２と、ブラシレスＤＣモータ１の回転数検出と同時に誘起電圧と電気角を印加電圧検出手段１１にて検出し、誘起電圧と電気角の検出結果に応じて、出力制御手段１２に予め記憶した基準となる電流あるいは回転数の制御パラメータを変更して、ブラシレスＤＣモータ１の磁束量のばらつきを補正する補正手段１３を備えており、ブラシレスＤＣモータ１の負荷としての送風ファン４を回転させることで所望の送風量となるように制御する。

はじめに、ブラシレスＤＣモータ１の電流と回転数を制御することで所望の送風量となるように制御できることについて説明する。ブラシレスＤＣモータ１の出力Ｐは、トルク定数Ｋｔと電流Ｉと回転数Ｎから数式１により計算することができる。

ここで、ブラシレスＤＣモータ１への印加電圧をＶ、誘起電圧をＥ、巻線抵抗をＲ、誘起電圧定数をＫｅとすると、数式１は数式２に変換することができる。

また、送風ファン４は一般流体における相似則より、送風ファン４の軸動力Ｌは、羽根径Ｄの５乗と送風ファン４の回転数ＮＦの３乗の乗算結果に比例する（数３）。また、風量Ｑは羽根径の３乗と送風ファン４の回転数ＮＦの乗算結果に比例する（数４）。従って、数式３、数式４より送風ファン４の軸動力Ｌは、定数ｋを用いて、〔数５〕のように計算することができる。

ここで、送風ファン４とブラシレスＤＣモータ１が直結していることから、送風ファン４の軸動力ＬとブラシレスＤＣモータ１の出力Ｐ、送風ファン４の回転数ＮＦとブラシレスＤＣモータ１の回転数Ｎは等しいと考えられる。従って、送風量は定数Ｋ１とブラシレスＤＣモータ１のトルク定数Ｋｔ、印加電圧Ｖ、巻線抵抗Ｒ、誘起電圧定数Ｋｅ、回転数Ｎより数式６のように計算することができる。

これは、所定の風量Ｑａに対して、各々の印加電圧Ｖａに対応する回転数Ｎａが唯一存在することとなるため、印加電圧と回転数を制御することで、間接的に送風量を制御することが可能となることを示している。この理論計算は、図３に示すように、目標送風量Ｑａ１、Ｑａ２、Ｑａ３（例えば３つの送風量ノッチとした場合）に対して、印加電圧Ｖａと回転数Ｎａを制御パラメータとして出力制御手段１２に記憶し、制御パラメータ上に実際の検出値が近づくように制御することで実現する。

次に、前述の理論計算に基づいて、送風ファン４による送風量が所望の風量となるように制御した場合、ブラシレスＤＣモータ１の個体差によるばらつき要因は、送風装置３の個々の調整にて抑える必要がある。ここで、ブラシレスＤＣモータ１のばらつき要因のうち、送風量ばらつきへの影響度の高い要因は、磁束φのばらつきであり、５〜６％程度を占める。磁束φは、磁束密度Ｂに比例し、磁束密度Ｂはトルク定数Ｋｔ、あるいは誘起電圧定数Ｋｅに比例するため、トルク定数Ｋｔあるいは誘起電圧定数Ｋｅのばらつき成分を検出して、予め記憶した基準となる回転数の制御パラメータを変更することで、ブラシレスＤＣモータ１の磁束ばらつき要因を補正して所望の送風量と実際の送風量の誤差を抑制することができる。

次に、補正手段１３の補正量を演算するフローチャートについて、図４を参照しながら説明する。図４に示すように、補正手段１３は、運転初回時のみ実行するように構成している。はじめに、出力制御手段１２によりインバータ回路９をスイッチングし、ブラシレスＤＣモータ１を駆動する。補正手段１３は、ブラシレスＤＣモータ１の回転数を入力し、所定の回転数よりも高回転となったか否かを判定する。誘起電圧は、三相のうち何れか一相を検出する。インバータ回路９は、矩形波通電により変調を行ない、スイッチング素子９ａ〜９ｆのうち、誘起電圧を検出する何れか一相の上段、下段のスイッチング素子（例えば９ａ、９ｂ）が共にオフ状態となるタイミングにて検出する。検出は、少なくとも２回以上ブラシレスＤＣモータ１の回転数と誘起電圧を同時検出し、誘起電圧がゼロとなるポイントを除外した電気角での誘起電圧を採用する。また、電気角の検出は、検出時のカウント値を１回転当たりの内部カウント値にて除算することで演算する。演算した結果から、誘起電圧がゼロとなるポイント（例えば、演算結果が０．０、０．２５、０．５．０．７５となったポイント）を除外した電気角を検出し、前述の誘起電圧の検出に利用する。さらに、検出した結果から回転数と誘起電圧の平均値を計算する。演算した回転数と誘起電圧の平均値の結果から、その回転数における標準の誘起電圧との比率を演算する。計算した比率を〔数６〕の誘起電圧定数Ｋｅに乗算し、制御パラメータの各印加電圧の標準値におけるばらつき補正後の回転数を逆算する。この逆算した補正後の回転数を基に制御パラメータを更新することで、ばらつき補正を完了する。

以上のように、ブラシレスＤＣモータ１の誘起電圧と電気角の検出結果に応じて、出力制御手段１２に予め記憶した基準となる回転数の制御パラメータを変更して、ブラシレスＤＣモータ１の磁束量のばらつきを補正する補正手段１３を備え、個体差としてのブラシレスＤＣモータ１の磁束のばらつきを補正して送風量を制御することができる。

なお、本実施の形態１では、補正手段１３による補正は回転数を補正する一例を示したが、ブラシレスＤＣモータ１の印加電圧を補正する構成としても良い。

また、インバータ回路９により変調を行ない、パルス幅で印加電圧を制御する構成としたが、整流手段８とインバータ回路９の間に直流電圧を適した電圧に変換するＤＣ−ＤＣ変換手段を備えて、印加電圧を制御する構成としても良い。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２におけるブラシレスＤＣモータ１の制御装置２ｂの構成について、図５を参照しながら説明する。

なお、実施の形態１と同一機能を有するものは、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図５に示すように、インバータ回路９の変調を正弦波通電により実行し、スイッチング素子９ａ〜９ｆが共にオフ状態となるように意図的に通電パターンを生成して、誘起電圧の検出を実行する出力制御手段１２ｂを備えている。

次に、図６に出力制御手段１２ｂの誘起電圧の検出のフローチャートを示す。図６に示すように、誘起電圧の検出のフローチャートは、運転初回時のみ実行するように構成している。はじめに、出力制御手段１２ｂによりインバータ回路９をスイッチングし、ブラシレスＤＣモータ１を駆動する。次に、ブラシレスＤＣモータ１の回転数を入力し、所定の回転数よりも高回転となったか否かを判定する。所定の回転数を超えていない場合は、更に高回転となるようにインバータ回路９の変調を変更する。所定の回転数を超えている場合は、インバータ回路９へのスイッチングを停止し、ブラシレスＤＣモータ１の誘起電圧を検出する。誘起電圧の検出は、少なくとも２回以上ブラシレスＤＣモータ１の回転数と誘起電圧を同時検出し、誘起電圧がゼロとなるポイントを除外した電気角での誘起電圧を採用する。また、電気角の検出は、検出時のカウント値を１回転当たりの内部カウント値にて除算することで演算する。演算した結果から、誘起電圧がゼロとなるポイント（例えば、演算結果が０．０、０．２５、０．５．０．７５となったポイント）を除外した電気角を検出し、前述の誘起電圧の検出に利用する。さらに、検出した結果から回転数と誘起電圧の平均値を計算する。少なくとも２回以上検出して、平均を演算するのは、ブラシレスＤＣモータ１への励磁を停止することから、送風ファン４を含む回転体の慣性力、摩擦力、送風による抗力などによる回転数、誘起電圧の減衰発生と、ノイズによる検出誤差の低減を図るためである。演算した回転数と誘起電圧の平均値の結果から、その回転数における標準の誘起電圧との比率を演算する。次に、計算した比率を数式６の誘起電圧定数Ｋｅに乗算し、制御パラメータの各印加電圧の標準値におけるばらつき補正後の回転数を逆算する。この逆算した補正後の回転数を基に制御パラメータを更新することで、ばらつき補正を完了する。

以上のように、インバータ回路９の変調を正弦波通電により実行し、スイッチング素子９ａ〜９ｆが共にオフ状態となるように意図的に通電パターンを生成して、誘起電圧の検出を実行する出力制御手段１２ｂを備え、個体差としてのブラシレスＤＣモータ１の磁束のばらつきを補正して送風量を制御することができる。

なお、本実施の形態２では、補正対象を回転数とした一例を示したが、ブラシレスＤＣモータ１の印加電圧を補正する構成としても良い。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３におけるブラシレスＤＣモータ１の制御装置２ｃの構成について、図７を参照しながら説明する。

なお、実施の形態１および２と同一機能を有するものは、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図７に示すように、インバータ回路９の変調を回転始動時および誘起電圧検出時のみ矩形波通電で実行し、その他の期間では正弦波通電で実行する出力制御手段１２ｃを備えている。

次に、図８に出力制御手段１２ｃのインバータ回路９の変調のフローチャートを示す。図８に示すように、変調のフローチャートは、回転始動時と誘起電圧検出時、乃至その他の通常期間に分岐している。通常期間は誘起電圧検出により補正した制御パラメータによりブラシレスＤＣモータ１を回転制御し、送風ファン４により所望の送風量となるように制御する。また、回転始動時は、ブラシレスＤＣモータ１の回転数の変化率が大きいため、矩形波通電にて所定の回転数を超えた際に、正弦波通電に切り替える。また、誘起電圧検出時は、運転初回時のみ実行するように構成しており、矩形波通電で駆動して所定の回転数を超えた場合に、ブラシレスＤＣモータ１の誘起電圧を検出する。誘起電圧の検出は、少なくとも２回以上ブラシレスＤＣモータ１の回転数と誘起電圧を同時検出し、誘起電圧がゼロとなるポイントを除外した電気角での誘起電圧を採用する。また、電気角の検出は、検出時のカウント値を１回転当たりの内部カウント値にて除算することで演算する。演算した結果から、誘起電圧がゼロとなるポイント（例えば、演算結果が０．０、０．２５、０．５．０．７５となったポイント）を除外した電気角を検出し、前述の誘起電圧の検出に利用する。さらに、検出した結果から回転数と誘起電圧の平均値を計算する。演算した回転数と誘起電圧の平均値の結果から、その回転数における標準の誘起電圧との比率を演算する。計算した比率を〔数６〕の誘起電圧定数Ｋｅに乗算し、制御パラメータの各印加電圧の標準値におけるばらつき補正後の回転数を逆算する。この逆算した補正後の回転数を基に制御パラメータを更新することで、ばらつき補正を完了する。その後に制御パラメータの書換えフラグをセットし、リスタート時には、書換えフラグがセットされたか否かに応じて、通常運転あるいは誘起電圧による補正のための運転かを判別する。

以上のように、インバータ回路９の変調を矩形波通電により実行し、スイッチング素子９ａ〜９ｆが共にオフ状態となる通電タイミングで誘起電圧の検出を実行し、また通常運転時には正弦波通電で駆動する出力制御手段１２ｃを備え、個体差としてのブラシレスＤＣモータ１の磁束のばらつきを補正して送風量を制御することができ、通常時は正弦波通電で駆動するため、より低騒音、低振動化を図ることができる。

なお、インバータ回路９により変調を行ない、パルス幅で印加電圧を制御する構成としたが、整流手段８とインバータ回路９の間に直流電圧を適した電圧に変換するＤＣ−ＤＣ変換手段を備えて、印加電圧を制御する構成としても良い。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４におけるブラシレスＤＣモータ１の制御装置２ｄの構成について、図９を参照しながら説明する。

なお、実施の形態１〜３と同一機能を有するものは、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図９に示すように、制御装置２ｄは、交流電源７を全波整流する整流手段８と、スイッチング素子９ａ〜９ｆで構成したインバータ回路９と、ブラシレスＤＣモータ１の印加電圧を検出する印加電圧検出手段１１と、ブラシレスＤＣモータ１の回転数を検出する回転数検出手段１０と、ブラシレスＤＣモータ１が所望の出力となるように検出した回転数と印加電圧を制御する出力制御手段１２ｄを備えており、ブラシレスＤＣモータ１の負荷としての送風ファン４を回転させることで所望の送風量となるように制御する。

次に、印加電圧あるいは回転数の効率補正係数を演算し、ブラシレスＤＣモータ１の磁束量のばらつき補正結果を二次補正する方法について、以下説明する。ブラシレスＤＣモータ１の効率ηＭを加味した特性方程式は、数式７により計算することができる。

また、送風ファン４は一般流体における相似則として、〔数５〕による送風ファン４の軸動力Ｌは同様にファン効率をηＦとすると、数式８のように計算することができる。

ここで、送風ファン４とブラシレスＤＣモータ１が直結していることから、送風ファン４の軸動力ＬとブラシレスＤＣモータ１の出力Ｐ、送風ファン４の回転数ＮＦとブラシレスＤＣモータ１の回転数Ｎは等しいと考えられる。従って、送風量は定数ｋ２とブラシレスＤＣモータ１のトルク定数Ｋｔ、誘起電圧定数Ｋｅ、印加電圧Ｖ、電流Ｉ、巻線抵抗Ｒ、モータ効率ηＭ、ファン効率ηＦより〔数９〕のように計算することができる。

従って、所定の風量Ｑｂに対して、所望の印加電圧Ｖｂにおける回転数Ｎｂが唯一存在することとなるため、所望の風量における印加電圧と回転数を制御することで、間接的に送風量を制御することが可能となることを示している。但し、図１０に示すように、所望の風量Ｑｂ１、Ｑｂ２、Ｑｂ３におけるモータ効率ηＭ１、ηＭ２、ηＭ３、ファン効率ηＦ１、ηＦ２、ηＦ３、およびモータ効率とファン効率の比率ηＭＦ１、ηＭＦ２、ηＭＦ３は一定ではないため、各特性に応じた制御パラメータとして出力制御手段１２ｄに記憶する。この制御パラメータ上に実際の検出値が近づくように制御することで所望の風量となるように制御することになる。

以上のように、所望の回転数におけるモータ効率ηＭ、ファン効率ηＦおよびモータ効率とファン効率の比率ηＭＦに応じた印加電圧あるいは回転数の効率補正係数を演算し、ブラシレスＤＣモータ１の磁束量のばらつき補正結果を二次補正して、ブラシレスＤＣモータ１を制御して、送風量制御における近似部分を縮小することができ、送風量をより精度良く制御することができる。

（実施の形態５）
本発明の実施の形態５におけるブラシレスＤＣモータ１の制御装置２ｅの構成について、図１１を参照しながら説明する。

なお、実施の形態１〜４と同一機能を有するものは、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図１１に示すように、制御装置２ｅは、交流電源７を全波整流する整流手段８と、上段と下段からなり、スイッチング素子９ａ〜９ｆで構成したインバータ回路９と、ブラシレスＤＣモータ１の回転数を検出する回転数検出手段１０と、ブラシレスＤＣモータ１への印加電圧を検出する印加電圧検出手段１１と、ブラシレスＤＣモータ１が所望の回転数となるように制御する出力制御手段１２ｅと、ブラシレスＤＣモータ１の回転数検出と同時に誘起電圧と電気角速度を検出し、電気角速度から演算した回転数と誘起電圧の検出結果に応じて、出力制御手段１２ｅに予め記憶した基準となる印加電圧および回転数の制御パラメータを変更して、ブラシレスＤＣモータ１の磁束量のばらつきを補正する補正手段１３を備えており、ブラシレスＤＣモータ１の負荷としての送風ファン４を回転させることで所望の送風量となるように制御する。また、出力制御手段１２ｅは、印加電圧あるいは回転数の効率補正係数を演算し、ブラシレスＤＣモータ１の磁束量のばらつき補正結果を二次補正するように構成する。

以上のように、所望の風量におけるモータ効率ηＭ、ファン効率ηＦおよびモータ効率とファン効率の比率ηＭＦに応じた制御パラメータを出力制御手段１２ｅに予め記憶して、ブラシレスＤＣモータ１を制御して、送風量制御における近似部分を縮小することができ、更にブラシレスＤＣモータ１の誘起電圧と電気角の検出結果に応じて、出力制御手段１２ｅに予め記憶した基準となる印加電圧と回転数の制御パラメータを変更して、ブラシレスＤＣモータ１の磁束量のばらつきを補正する補正手段１３を備え、個体差としてのブラシレスＤＣモータ１の磁束のばらつきを補正するため、より精度良く送風量を制御することができる。

（実施の形態６）
本発明の実施の形態６におけるブラシレスＤＣモータ１の制御装置２ｆの構成について、図１２を参照しながら説明する。

なお、実施の形態１〜５と同一機能を有するものは、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図１２に示すように、制御装置２ｆは、交流電源７を全波整流する整流手段８と、上段と下段からなり、スイッチング素子９ａ〜９ｆで構成したインバータ回路９と、ブラシレスＤＣモータ１の回転数を検出する回転数検出手段１０と、ブラシレスＤＣモータ１への印加電圧を検出する印加電圧検出手段１１と、ブラシレスＤＣモータ１が所望の回転数となるように制御する出力制御手段１２ｆと、ブラシレスＤＣモータ１の回転数検出と同時に誘起電圧と電気角速度を検出し、電気角速度から演算した回転数と誘起電圧の検出結果に応じて、出力制御手段１２ｆに予め記憶した基準となる印加電圧および回転数の制御パラメータを変更して、ブラシレスＤＣモータ１の磁束量のばらつきを補正する補正手段１３と、補正手段１３からの補正量を入力して記憶し、補正量の変化から送風空気の温度変化に換算して空気密度分として送風量の補正を行なう第二補正手段１４を備える。

ここで、空気密度による体積は、基準となる温度ｔ０における送風量をＱ０とすると、温度ｔ１における送風量Ｑ１は比例計算にて演算することができ、〔数１０〕で示すことができる。

一方、ブラシレスＤＣモータ１は磁束ばらつきを有しており、個々に応じて補正量は異なる。したがって、前述の補正量の変化量から環境変化による変化のみを補正量から切り分ける必要があることから、その時点における補正量を初期補正量で除算することで、変化量すなわち環境変化成分のみを切り分けることができる。切り分けた環境変化成分（例えばＡ１〜Ａ８）は、図１３に示す対応表にてブラシレスＤＣモータ１の温度（Ｔ１〜Ｔ８）、すなわち送風空気の温度に関係性のある状態変数に変換する。この温度を数式１０のｔ１に代入して送風量Ｑ１を演算して、送風量の誤差を演算して補正を行なう。

以上のように、逐次変動する送風空気の温度変化による送風量の制御誤差を第二補正手段１４から出力制御手段１２ｆを通して抑制制御することが可能となり、送風量制御の精度を更に向上することができる。

なお、インバータ回路９による変調を行ない、パルス幅で印加電圧を制御する構成としたが、整流手段８とインバータ回路９の間に直流電圧を適した電圧に変換するＤＣ−ＤＣ変換手段を備えて、印加電圧を制御する構成としても良い。

また、送風空気の温度を直接検出する温度検出手段を備えて、送風空気の空気密度を判定して送風量の補正を行なう構成としても良い。

本発明にかかるブラシレスＤＣモータの制御装置は、交流電源を全波整流する整流手段と、上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されたインバータ回路と、前記ブラシレスＤＣモータの印加電圧を検出する印加電圧検出手段と、前記ブラシレスＤＣモータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記ブラシレスＤＣモータが所望の出力となるように検出した印加電圧と回転数に基づいて前記インバータ回路を制御する出力制御手段と、前記ブラシレスＤＣモータの回転数の検出と同時に誘起電圧と電気角を検出し、誘起電圧と電気角の検出結果に応じて、前記出力制御手段に予め記憶した基準となる指令電圧あるいは指令電圧に比例関係のあるデューティの制御パラメータを変更して、前記ブラシレスＤＣモータの磁束量のばらつきを補正する補正手段を備えるような構成にして、回転状態にあるモータの回転数と、モータ個々の磁束量ばらつき、磁束密度に比例関係にある誘起電圧ばらつきを同時に検出することになり、主たるモータばらつき要因の補正が可能となり、ダクト長、外風などの設置環境や外乱要素が含まれるファクタがあった場合でも、モータの回転状態にある中での任意の回転数における誘起電圧を測定し、その誘起電圧のばらつきに応じてモータのばらつきを補正するため、安定した補正が可能となり、また、モータのばらつき要因として比率的に大きい誘起電圧乃至誘起電圧に比例する定数による特化した補正を行なうことで、モータの軸出力一定制御（送風機の場合では風量一定制御）の制御確度を向上することができるため、換気扇などの換気風量を一定にするような用途にも利用することができ有用である。

１ブラシレスＤＣモータ
２、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ制御装置
３送風装置
４送風ファン
５本体ケーシング
６吹き出し口
７交流電源
８整流手段
９インバータ回路
９ａ〜９ｆスイッチング素子
１０回転数検出手段
１１印加電圧検出手段
１２出力制御手段
１２ｂ出力制御手段
１２ｃ出力制御手段
１２ｄ出力制御手段
１２ｅ出力制御手段
１２ｆ出力制御手段
１３補正手段
１４第二補正手段

Claims

負荷を回転駆動するブラシレスＤＣモータの制御装置であって、交流電源を全波整流する整流手段と、上段と下段からなり、それぞれ複数のスイッチング素子でブリッジ接続されたインバータ回路と、前記ブラシレスＤＣモータの印加電圧を検出する印加電圧検出手段と、前記ブラシレスＤＣモータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記ブラシレスＤＣモータが所望の出力となるように検出した印加電圧と回転数に基づいて前記インバータ回路を制御する出力制御手段と、前記ブラシレスＤＣモータの回転数の検出と同時に誘起電圧と電気角を検出し、誘起電圧と電気角の検出結果に応じて、前記出力制御手段に予め記憶した基準となる指令電圧あるいは指令電圧に比例関係のあるデューティの制御パラメータを変更して、前記ブラシレスＤＣモータの磁束量のばらつきを補正する補正手段を備えたことを特徴とするブラシレスＤＣモータの制御装置。
初回運転時にのみ補正手段によるブラシレスＤＣモータの磁束量のばらつき補正を実行することを特徴とする請求項１記載のブラシレスＤＣモータの制御装置。
補正手段は、所定の回転数よりも高速となった後に実行することを特徴とする請求項１あるいは２記載のブラシレスＤＣモータの制御装置。
誘起電圧は、三相のうち何れか一相を選択的に検出することを特徴とする請求項１〜３何れかに記載のブラシレスＤＣモータの制御装置。
インバータ回路の変調は、矩形波通電により実行し、上段と下段のスイッチング素子が共にオフ状態となる何れかの一相より誘起電圧を検出することを特徴とする請求項１〜４何れかに記載のブラシレスＤＣモータの制御装置。
インバータ回路の変調は、正弦波通電により実行し、上段と下段のスイッチング素子が共にオフ状態となるように意図的に通電パターンを生成して、誘起電圧の検出を実行することを特徴とする請求項１〜４何れかに記載のブラシレスＤＣモータの制御装置。
補正手段は、少なくとも２回以上ブラシレスＤＣモータの回転数と誘起電圧の同時検出した結果から前記回転数と前記誘起電圧の平均値をそれぞれ演算し、平均回転数と誘起電圧の平均値の演算結果に応じて、ばらつき補正を実行することを特徴とする請求項１〜６何れかに記載のブラシレスＤＣモータの制御装置。
インバータ回路の変調は、回転始動時および誘起電圧の検出時のみ矩形波通電で実行し、その他の期間では正弦波通電で実行することを特徴とする請求項１〜４乃至７の何れかに記載のブラシレスＤＣモータの制御装置。
誘起電圧の検出は、誘起電圧がゼロとなるポイントを除外した何れかの電気角で実行することを特徴とする請求項１〜８何れかに記載のブラシレスＤＣモータの制御装置。
負荷として送風ファンを接続し、所望の送風量に制御することを特徴とする請求項１〜９何れかに記載のブラシレスＤＣモータの制御装置を用いた送風装置。
出力制御手段は、所望の回転数における前記送風ファンのファン効率とブラシレスＤＣモータのモータ効率の比率に基づいた印加電圧あるいは回転数の効率補正係数を演算し、前記ブラシレスＤＣモータの磁束量のばらつき補正結果を二次補正することを特徴とするブラシレスＤＣモータの制御装置。
出力制御手段は、所望の回転数における前記送風ファンのファン効率とブラシレスＤＣモータのモータ効率の比率に基づいた印加電圧あるいは回転数の効率補正係数を演算し、前記ブラシレスＤＣモータの磁束量のばらつき補正結果を二次補正することを特徴とする請求項１〜１０何れかに記載のブラシレスＤＣモータの制御装置を用いた送風装置。
送風空気の温度、あるいは関係性のある状態変数を検出し、送風空気の空気密度を判定して送風量の補正を行なう第二補正手段を備えたことを特徴とする請求項１０〜１２何れかに記載のブラシレスＤＣモータの制御装置を用いた送風装置。