JP2013081320A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】３相ＤＣブラシレスモータ駆動装置において、１個のホール素子によるロータ位置検出でも、安定したモータ駆動を実現できる３相ＤＣブラシレスモータ駆動装置を提供すること。
【解決手段】ロータ位置検出手段として１個のホール素子１０を備え、前記ホール素子１０からのロータ位置検出信号に基づき励磁コイルの励磁パターンを決定する機能を有したモータ駆動装置において、ロータ位置検出信号から算出されるモータ回転数と目標モータ回転数との乖離量が設定値以下である場合には、前記ロータ位置検出信号の立上りエッジ１４もしくは立下りエッジ１５の片エッジのみを用いて励磁パターンを決定し、前記乖離量が設定値より大きい場合には、前記ロータ位置検出信号の立上りエッジ１４および立下りエッジ１５の両エッジを用いて励磁パターンを決定する構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、３相ＤＣブラシレスモータを駆動するモータ駆動装置に関するものである。

従来の３相ＤＣブラシレスモータを駆動するモータ駆動装置には、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のパワーデバイス、論理回路を含むモータ駆動部、及びモータ駆動部を制御する制御部が搭載され、ファンモータ等のモータが接続されている。図４は従来の３相ＤＣブラシレスモータ駆動装置を示すブロック図である。

図４に示すように、交流電源１をＡＣ／ＤＣ変換部２で直流に変換し、前記直流電源をコンデンサ３で平滑してモータ駆動用ＩＣ４に供給し、前記モータ駆動用ＩＣ４によって３相ＤＣブラシレスモータ５を駆動する。

モータ駆動用ＩＣ４は、上アームを構成するＩＧＢＴ等の上アームパワーデバイス６と、下アームを構成する下アームパワーデバイス７と、前記上アームパワーデバイス６を駆動するための上アーム駆動回路８と、前記下アームパワーデバイス７を駆動するための下アーム駆動回路９を有し、マイコン１２からの制御信号であるＰＷＭ信号によりモータ駆動用パワーデバイス制御回路１３を介し、モータ駆動用ＩＣ４を制御し、モータ５を駆動する。

上記３相ＤＣブラシレスモータ駆動装置においては、モータ内部に磁極を備えたロータと各相の励磁コイルを備えたステータを有し、ロータ位置検出手段としてホール素子１０を備え、ホール素子１０はロータの磁極による磁極変化を検出し検出信号を出力し、検出信号はホール素子信号検出回路１１を介しマイコン１２に入力され、モータを駆動する励磁パターンを決定する。ホール素子１０は各相の励磁コイルと対応し３相モータであれば３個設置するのが一般的であるが、近年、コストダウンの目的より、１個のホール素子にて３相モータを駆動するケースも増加している。

そこで、１個のホール素子によるロータ位置検出信号を用い、該検出信号の１周期前の信号長から次の周期の検出信号の信号長及び位相を予測して擬似信号を形成する３相ＤＣブラシレスモータ駆動方式がある（例えば、特許文献１参照）。このことにより、１個のホール素子で３相ＤＣブラシレスモータが駆動可能となる。

特開平９−１６３７８７号公報

しかしながら、前記従来の構成では、ホール素子の数を従来の３個から１個に削減しているので、所定の時間内に検出するロータ位置検出信号の数が減り、モータ低速回転時や回転数変化時の過渡時にモータ制御が不安定になる。このために、ロータ位置検出信号の立上りエッジと立下りエッジの両エッジを検出し、ロータ位置検出回数を増やす必要がある。しかし、図５は従来のホール素子によるロータ位置検出信号波形を示す図であるが、図５に示すように、通常、ロータ位置検出信号波形は立上りエッジ波形１４と立下りエッジ波形１５とが時定数差によりアンバランスを生じており、両エッジをモータの励磁パターン決定に使用した場合に、性能悪化、及び騒音悪化が生じるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、３相ＤＣブラシレスモータ駆動装置において、１個のホール素子によるロータ位置検出でも、安定したモータ駆動を実現できる３相ＤＣブラシレスモータ駆動装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のモータ駆動装置は、ロータ位置検出信号から算出されるモータ回転数に応じて、前記ロータ位置検出信号の立上りエッジおよび立下りエッジの両エッジを用いて励磁パターンを決定するか、あるいは、立上りエッジもしくは立下りエッジの片エッジのみを用いて励磁パターンを決定するか、を選択する構成としたものである。

これにより、ロータ位置検出信号の単位時間当たりの検出回数が多く必要な条件下では、両エッジ検出を選択することにより、ロータ位置検出回数を多くして、励磁パターンを精度よく算出できなくなることを防ぐことができ、モータ駆動の安定動作が求められる定常状態においては、片エッジ検出を選択することにより、ロータ位置検出信号の立上りエッジと立下りエッジの波形アンバランスによる励磁パターンの不安定を解消することで、損失の悪化や騒音の悪化を防ぐことが可能となる。

本発明のモータ駆動装置は、１個のホール素子により、ホール素子の数を削減したことによる影響なく、また、ロータ位置検出信号の立上りエッジと立下りエッジの波形アンバランスによる影響を受けることなく、３相ＤＣブラシレスモータの安定駆動を実現することができる。

本発明の実施の形態１における３相ＤＣブラシレスモータ駆動装置を示すブロック図 同実施の形態１におけるモータの励磁パターンを決定するフローチャート 同実施の形態２におけるモータの励磁パターンを決定するフローチャート 従来の３相ＤＣブラシレスモータ駆動装置を示すブロック図 同ホール素子によるロータ位置検出信号波形を示す図

第１の発明は、交流電源の電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータからの直流電圧をキャリア周波数でチョッピングして３相ＤＣブラシレスモータを駆動するためにモータに印加される電圧を制御する電圧型ＰＷＭ方式のインバータとを備え、前記３相ＤＣブラシレスモータはロータ位置検出手段として１個のホール素子を備え、前記ホール素子からのロータ位置検出信号に基づき励磁コイルの励磁パターンを決定する機能を有したモータ駆動装置において、前記ロータ位置検出信号から算出されるモータ回転数に応じて、前記ロータ位置検出信号の立上りエッジおよび立下りエッジの両エッジを用いて励磁パターンを決定するか、あるいは、立上りエッジもしくは立下りエッジの片エッジのみを用いて励磁パターンを決定するか、を選択する構成としたことにより、ロータ位置検出信号の単位時間当たりの検出回数が多く必要な条件下では、両エッジ検出を選択することでロータ位置検出回数を多くして、励磁パターンを精度よく算出できなくなることを防ぐことができ、モータ駆動の安定動作が求められる定常状態においては、片エッジ検出を選択することにより、ロータ位置検出信号の立上りエッジと立下りエッジの波形アンバランスによる励磁パターンの不安定を解消することで、損失の悪化や騒音の悪化を防ぐことが可能となる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、ロータ位置検出信号から算出されるモータ回転数と目標モータ回転数との乖離量が設定値以下である場合には、前記ロータ位置検出信号の立上りエッジもしくは立下りエッジの片エッジのみを用いて励磁パターンを決定し、前記乖離量が設定値より大きい場合には、前記ロータ位置検出信号の立上りエッジおよび立下りエッジの両エッジを用いて励磁パターンを決定する構成としたことにより、モータの回転数が目標回転数に達するまでのモータ回転数変化時、すなわち過渡状態において、単位時間当たりのロータ位置情報の不足によるモータ駆動制御の不安定を防ぎ、またモータ回転数が目標回転数に達し、モータの回転が安定動作となった場合には、ロータ位置検出信号の立上りエッジと立下りエッジのアンバランスによる励磁パターンの不安定を解消することで、損失の悪化や騒音の悪化を防ぐことが可能となる。

第３の発明は、特に、第１の発明において、ロータ位置検出信号から算出されるモータ回転数が設定値以上である場合には、前記ロータ位置検出信号の立上りエッジもしくは立下りエッジの片エッジのみを用いて励磁パターンを決定し、前記モータ回転数が設定値未満である場合には、前記ロータ位置検出信号の立上りエッジおよび立下りエッジの両エッジを用いて励磁パターンを決定する構成としたことにより、モータ回転数が小さい場合に単位時間当たりのロータ位置情報の不足によるモータ駆動制御の不安定を防ぎ、またモータの回転数が一定以上、すなわち、単位時間当たりのロータ位置情報の数が多い状態となった場合には、片エッジ検知とすることでロータ位置検出信号の立上りエッジと立下りエッジのアンバランスによる励磁パターンの不安定を解消することで、損失の悪化や騒音の悪化を防ぐことが可能となる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明のモータ駆動装置を有する空気調和機としたことにより、空気調和機内部に備えた送風用ファンモータのモータ回転動作が安定し、送風用ファンモータの効率向上、騒音低減が図れ、より快適な空気調和機を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における３相ＤＣブラシレスモータ駆動装置を示すブロック図であり、図２は同実施の形態１におけるモータの励磁パターンを決定するフローチャート図である。なお、図１において、図４と同じ構成要素については同じ符号を用いている。

図１において、電源は、交流電源１よりＡＣ／ＤＣ変換部２及び一次平滑コンデンサ３にて直流電圧に変換した後、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のパワーデバイス、論理回路を含むモータ駆動用ＩＣ４にその直流電圧を供給し、３相ＤＣブラシレスモータ５を駆動する構成となっている。モータ駆動は、モータ駆動用ＩＣ４に供給される直流電圧をマイコン１２によって制御されたキャリア周波数でチョッピングして、モータ５に印加される電圧を電圧型ＰＷＭ方式のインバータによって制御する。モータ５の内部にはロータ位置検出手段としてホール素子１０を１個備え、ホール素子１０によるロータ位置検出信号を、ホール素子信号検出回路１１を介してマイコン１２に入力し、ロータ位置検出信号に応じたモータのステータコイルの励磁パターンを決定する。

ここで、ロータ位置検出信号は、ホール素子信号検出部１２ａからモータ回転数計算部１２ｃに入力され、モータ回転数を算出し、励磁パターン決定部１２ｂにおいて、モータ回転数に応じて、励磁パターン決定方法を変えている。

すなわち、図２に示すように、モータ回転数計算（２１）により算出されたモータ回転数とマイコンにて設定されたモータ目標回転数（例えば、８００ｒ／ｍｉｎ）とを比較して、両者の乖離量が設定値（例えば、±２０ｒ／ｍｉｎ）以下かどうかを判定し（２２）、乖離量が設定値以下と判定された場合には、モータの励磁パターンを決定する際に用いるロータ位置検出信号を立上りエッジもしくは立下りエッジの片エッジのみとして（２３）、励磁パターンを決定する（２５）。

また、乖離量が設定値より大きいと判定された場合には、モータの励磁パターンを決定する際に用いるロータ位置検出信号を立上りエッジと立下りエッジの両エッジとして（２４）、励磁パターンを決定する（２５）。

これにより、モータ回転数が目標回転数に達しておらず、モータ回転数が変化している過渡状態においては、ロータ位置検出信号の立上りエッジと立下りエッジの両エッジを用いて励磁パターンを決定することで、単位時間当たりのロータ位置検出回数を多くして励磁パターンを精度よく算出できなくなることを防ぐことができ、さらに、モータ回転数が目標回転数に達した定常状態においては、ロータ位置検出信号の立上りエッジもしくは立下りエッジの片エッジのみを用いて励磁パターンを決定することで、ロータ位置検出信号の立上りエッジと立下りエッジの波形アンバランスによる励磁パターンの不安定を解消することで、損失の悪化や騒音の悪化を防ぐことが可能となる。

（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２におけるモータの励磁パターンを決定するフローチャート図である。

図３に示すように、モータ回転数計算（３１）により算出されたモータ回転数が、マイコンにて設定されたモータ回転数の設定値（例えば、１５０ｒ／ｍｉｎ）以上かどうかを判定し（３２）、モータ回転数が設定値以上と判定された場合には、モータの励磁パターンを決定する際に用いるロータ位置検出信号を立上りエッジもしくは立下りエッジの片エッジのみとして（３３）、励磁パターンを決定する（３５）。

また、モータ回転数が設定値より小さいと判定された場合には、モータの励磁パターンを決定する際に用いるロータ位置検出信号を立上りエッジと立下りエッジの両エッジとして（３４）、励磁パターンを決定する（３５）。

これにより、モータ回転数が小さく、単位時間当たりのロータ位置検出信号の数が少ない状態においては、ロータ位置検出信号の立上りエッジと立下りエッジの両エッジを用いて励磁パターンを決定することで、単位時間当たりのロータ位置検出回数を多くして励磁パターンを精度よく算出できなくなることを防ぐことができ、さらに、モータ回転数が大きく、単位時間当たりのロータ位置検出信号の数が多い状態においては、ロータ位置検出信号の立上りエッジもしくは立下りエッジの片エッジのみを用いて励磁パターンを決定することで、ロータ位置検出信号の立上りエッジと立下りエッジの波形アンバランスによる励磁パターンの不安定を解消することで、損失の悪化や騒音の悪化を防ぐことが可能となる。

本発明にかかるモータ駆動装置は、３相ＤＣブラシレスモータを安定駆動することでができるので、送風用ファンモータを搭載したあらゆる空気調和機に適用できる。

１ 交流電源
２ ＡＣ／ＤＣ変換部
３ コンデンサ
４ モータ駆動用ＩＣ
５ モータ
６ 上アームパワーデバイス
７ 下アームパワーデバイス
８ 上アーム駆動回路
９ 下アーム駆動回路
１０ ホール素子
１１ ホール素子信号検出回路
１２ マイコン
１２ａ ホール素子信号検出部
１２ｂ モータ励磁パターン決定部
１２ｃ モータ回転数計算部
１３ モータ駆動用パワーデバイス制御回路
１４ 立上りエッジ波形
１５ 立下りエッジ波形

Claims (4)

1. 交流電源の電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータからの直流電圧をキャリア周波数でチョッピングして３相ＤＣブラシレスモータを駆動するためにモータに印加される電圧を制御する電圧型ＰＷＭ方式のインバータとを備え、
   前記３相ＤＣブラシレスモータはロータ位置検出手段として１個のホール素子を備え、前記ホール素子からのロータ位置検出信号に基づき励磁コイルの励磁パターンを決定する機能を有したモータ駆動装置において、
   前記ロータ位置検出信号から算出されるモータ回転数に応じて、前記ロータ位置検出信号の立上りエッジおよび立下りエッジの両エッジを用いて励磁パターンを決定するか、あるいは、立上りエッジもしくは立下りエッジの片エッジのみを用いて励磁パターンを決定するか、を選択する構成としたことを特徴とするモータ駆動装置。
2. ロータ位置検出信号から算出されるモータ回転数と目標モータ回転数との乖離量が設定値以下である場合には、前記ロータ位置検出信号の立上りエッジもしくは立下りエッジの片エッジのみを用いて励磁パターンを決定し、
   前記乖離量が設定値より大きい場合には、前記ロータ位置検出信号の立上りエッジおよび立下りエッジの両エッジを用いて励磁パターンを決定する構成としたことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. ロータ位置検出信号から算出されるモータ回転数が設定値以上である場合には、前記ロータ位置検出信号の立上りエッジもしくは立下りエッジの片エッジのみを用いて励磁パターンを決定し、
   前記モータ回転数が設定値未満である場合には、前記ロータ位置検出信号の立上りエッジおよび立下りエッジの両エッジを用いて励磁パターンを決定する構成としたことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置を有することを特徴とした空気調和機。