JP2013169046A - 電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機での脱調発生を的確に検知でき、電動機の性能を十分に活かしきれる電動機の制御装置を提供する。
【解決手段】ＣＰＵ１１は、各相に発生したスパイク電圧の幅（スパイク角度）を記憶するとともに、スパイク電圧波形を使用してスパイク検出信号を生成する。ＣＰＵ１１は、スパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりを割り込み処理で検出する。ＣＰＵ１１は、スパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりを所定回数検出できない場合は、最後に記憶したスパイク角度が所定角度以上であるか否かを判断し、スパイク角度が所定角度以上であれば脱調が発生したと判断して脱調保護制御を実行する。また、スパイク角度が所定角度以上でなければ、ブラシレスＤＣモータ２００の制御を継続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機の制御装置に関わり、詳細にはインバータ制御によって駆動する電動機の制御装置に関する。

従来、空気調和機や冷蔵庫等に搭載される圧縮機は電動機を備えており、電動機としては、例えば、センサレス型の３相ブラシレスＤＣモータのような、インバータ制御によって駆動するものが適用されることが多い。そして、ブラシレスＤＣモータの制御方式としては、ブラシレスＤＣモータを駆動する制御装置に備えられたインバータ回路のスイッチング素子をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式でスイッチング制御するものが知られている。

矩形波駆動によりブラシレスＤＣモータを駆動しているときは、ブラシレスＤＣモータの非通電相に誘起電圧が発生するが、この誘起電圧以上の電圧をインバータ回路から供給することでブラシレスＤＣモータの回転を継続させる。しかし、非通電相に発生する誘起電圧がインバータ回路からの供給電圧よりも高くなると、ブラシレスＤＣモータの回転数を上昇させることができなくなる。このような場合には、ブラシレスＤＣモータに供給する電流の位相を誘起電圧に対し進み位相にすることにより、誘起電圧が高い状態でも更に多くの電流をブラシレスＤＣモータに供給して回転数を上昇させる弱め界磁制御方式を用いて、ブラシレスＤＣモータの駆動制御を行う（例えば、特許文献１）。

ところで、上記のようなブラシレスＤＣモータでは、モータのトルク不足（過負荷）等に起因して脱調が発生するおそれがあり、脱調が発生すれば、例えば、ブラシレスＤＣモータへの通電を止めてブラシレスＤＣモータを停止させる脱調保護制御を行う必要がある。

矩形波駆動を行っているブラシレスＤＣモータでは、通電切り替えによって非通電相に還流電流が流れ、これに起因して各相にはスパイク電圧が発生する。このスパイク電圧は、ブラシレスＤＣモータの各相の電圧波形にスパイク状の波形（以後、スパイク電圧波形と記載）として現れるが、このスパイク電圧波形を用いて脱調発生を検知する方法が提案されている。

脱調が発生すれば、還流電流が流れる時間（還流電流時間）が長くなり、スパイク電圧の発生時間も長くなる。また、ブラシレスＤＣモータの制御手段は、ブラシレスＤＣモータに関する様々な処理を並列で行っており、スパイク電圧の検出は、所定のタイミング、例えば、インバータ回路を構成するスイッチング素子をオンするタイミングで実行する割り込み処理により行っている。

従って、スパイク電圧の発生時間が脱調により長くなって、スパイク電圧を検出する割り込み処理を行う期間が終了した後にスパイク電圧波形の立ち上がり／立ち下がりがくれば、スパイク電圧波形の立ち上がり／立ち下がりを検出できなくなる。この状態が所定回数、例えば５回連続して発生すれば、制御手段はブラシレスＤＣモータで脱調が発生したと判断し、脱調保護制御を実行する。

特開２００３−１９９３８２号公報（第４〜５頁、第５図、第６図）

上述したように、ブラシレスＤＣモータの制御手段は、スパイク電圧波形の立ち上がり／立ち下がりを検出する割り込み処理を含めてブラシレスＤＣモータに関する様々な処理を並列で行っている。制御手段で並列に実行する処理が多く制御手段に大きな負荷が加わっている場合は、スパイク電圧波形の立ち上がり／立ち下がりの検出する割り込み処理を実行するタイミングとなっても、実際にスパイク電圧波形の立ち上がり／立ち下がりを検出する動作が遅れることがある。

また、ブラシレスＤＣモータに加えられる負荷が軽減されたときは、ブラシレスＤＣモータで脱調が発生した場合とは逆にスパイク電圧の発生時間が短くなることがある。スパイク電圧の発生時間が短くなったときに上記のように制御手段でスパイク電圧波形の立ち上がり／立ち下がりの検出する動作に遅れが発生すれば、スパイク電圧波形の立ち上がり／立ち下がりの検出する割り込み処理を行う前にスパイク電圧波形の立ち上がり／立ち下がりがくることとなり、スパイク電圧波形の立ち上がり／立ち下がりを検出できなくなる虞がある。

しかし、従来のブラシレスＤＣモータでは、スパイク電圧波形の立ち上がり／立ち下がりを検出できない状態が所定回数連続して発生すれば、その原因に関わらず脱調保護制御を実行していた。従って、制御手段で実行するスパイク電圧波形の立ち上がり／立ち下がりを検出する割り込み処理の遅れによってスパイク電圧波形の立ち上がり／立ち下がりを検出できない場合、つまり、脱調が発生している可能性が低い場合であっても、脱調保護制御を実行してブラシレスＤＣモータを停止していたので、不必要にブラシレスＤＣモータを停止させていた。

本発明は以上述べた問題点を解決するものであって、電動機での脱調発生を的確に検知でき、電動機の性能を十分に活かしきれる電動機の制御装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の電動機の制御装置は、直流電力をインバータによって交流電力に変換して電動機に供給し、電動機の回転制御を行うものであって、電動機の各相への通電切り替えの際に発生する還流電流に起因して発生するスパイク電圧を検出してスパイク電圧の発生時間を記憶するとともに、スパイク電圧の波形であるスパイク電圧波形を用いてスパイク検出信号を生成するものである。そして、電動機の制御装置は、スパイク検出信号の立ち上がりあるいは立ち下がりを検出できないときに、最後に検出して記憶したスパイク電圧の発生時間を読み出し、この発生時間が所定時間以上である状態が所定回数続いた場合は、電動機が脱調したと判断して電動機を停止する脱調保護制御を行うものである。

上記のように構成した本発明の電動機の制御装置は、生成したスパイク検出信号および記憶したスパイク電圧の発生時間を用いて電動機での脱調発生を的確に検知できるので、脱調発生の誤検知による不必要な電動機の停止を回避することができる。

本発明の実施例における、ブラシレスＤＣモータの制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例における、弱め界磁制御を行っている場合のブラシレスＤＣモータの挙動を説明するためのタイミングチャートである。 弱め界磁制御を行っているときに脱調が発生した場合の、ブラシレスＤＣモータの挙動を説明するためのタイミングチャートである。 弱め界磁制御を行っているときに、制御手段での処理に起因してスパイク検出信号が検出できなかった場合の、ブラシレスＤＣモータの挙動を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施例における、ロータの位置検出が行えない場合の処理を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施例としては、空気調和機の室外機に搭載される圧縮機のブラシレスＤＣモータを駆動制御する制御装置を例に挙げて説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

制御装置１００の制御対象であるブラシレスＤＣモータ２００は、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相とする）の巻線を有する中空形状のステータと、ステータの中空内部に配設され、四極の永久磁石を有して回転するロータとを備えた三相四極のセンサレス型のブラシレスＤＣモータである。このブラシレスＤＣモータ２００として、ロータの内部に永久磁石を埋め込んだＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐａｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータを適用してもよいし、ロータの表面に永久磁石を配設したＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータを適用してもよい。

制御装置１００は、交流電力を供給する交流電源１と、交流電源１から供給された交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路２と、コンバータ回路２で変換した直流電力を平滑化する平滑コンデンサ３と、平滑コンデンサ３で平滑化した直流電力を用いてブラシレスＤＣモータ２００を矩形波駆動するインバータ回路４（インバータ手段の少なくとも一部をなす）と、ブラシレスＤＣモータ２００の各巻線電圧（モータ端子電圧）を、各巻線からそれぞれ抵抗を介して合成し、この合成点とグランドとの間に接続した抵抗で分圧することによって得られるモータ仮想中性点電圧を出力する仮想中性点電圧回路６と、仮想中性点電圧回路６が出力したモータ仮想中性点電圧を基準電圧と比較して両電圧の交点（ゼロクロス点）を求め、この求めた交点からロータの位置を検出する位置検出回路８と、位置検出回路８などからの信号に基づいてブラシレスＤＣモータ２００の制御を行う制御手段１０と、制御回路１０が出力する制御信号をもとにインバータ回路４を介してブラシレスＤＣモータ２００を駆動するモータ駆動回路７と、を備える。

平滑コンデンサ３とインバータ回路４との間には、インバータ回路４の母線電流を検出するシャント抵抗５が接続されている。電流検出回路９は、シャント抵抗５の両端の電圧を検出する。電流検出回路９は、入力した電圧からインバータ回路４の母線電流を算出し、算出した母線電流は、制御手段１０が有するＡ／Ｄ変換部１４を介して後述するＣＰＵ１１に入力される。

インバータ回路４は、上アームに３個のスイッチング素子４１Ｕ１、４１Ｖ１、４１Ｗ１、下アームに３個のスイッチング素子４１Ｕ２、４１Ｖ２、４１Ｗ２、の計６個のスイッチング素子を有しこれらがブリッジ接続されて三相ブリッジ回路を構成している。これら６個のスイッチング素子（以下、個別に言及する場合を除きスイッチング素子４１と記載する）は、例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、ＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等によって実現することができる。各スイッチング素子４１には還流ダイオード４２が並列に接続されており、具体的には、スイッチング素子４１のエミッタ端子に還流ダイオード４２のアノード端子が接続され、スイッチング素子４１のコレクタ端子に還流ダイオード４２のカソード端子が接続されている。還流ダイオード４２は、対応するスイッチング素子４１がスイッチをオフした瞬間に非通電相となるブラシレスＤＣモータ２００のステータ巻線に蓄積されたエネルギーによって発生する還流電流を、入力電源側に流す機能を有する。

制御手段１０は、ブラシレスＤＣモータ２００の回転数を制御するＣＰＵ１１と、ＣＰＵ１１からの指令に基づいてＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）波形を生成し、生成したＰＷＭ波形をモータ駆動回路７へ出力するＰＷＭ生成部１２と、各種処理を実行するための制御用プログラム等が予め記憶されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）および各種処理の演算パラメータやデータ等を記憶するＲＡＭ（Ｒａｍｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｌｙ）とからなる記憶部１５と、入力部１３と、Ａ／Ｄ変換部１４とを有する。

次に、上述した構成を有する制御装置１００を用いて実現されるブラシレスＤＣモータ２００の制御方法について説明する。位置検出回路８は、仮想中性点電圧回路６を介して取り込んだブラシレスＤＣモータ２００の非通電相に発生する誘起電圧と基準電圧とを比較し、両者の交点（ゼロクロス点）を検出する。そして、位置検出回路８は、検出したゼロクロス点に基づいて位置検出信号を生成し制御手段１０に出力する。

入力部１３を介してロータの位置検出信号を入力したＣＰＵ１１は、この位置検知信号を用いてブラシレスＤＣモータ２００のモータ回転数（実回転数）を算出する。また、ＣＰＵ１１は、算出したモータ回転数と室外機の制御部から出力された回転数（周波数）目標値との差、および、電流検出回路９から入力したインバータ回路４の母線電流値からＰＷＭ波形のデューティ比を算出し、算出したデューティ比を含む回転数指示信号をＰＷＭ生成部１２に出力する。さらには、ＣＰＵ１１は、入力した位置検知信号を用いて、転流タイミングおよびインバータ回路４のどのスイッチング素子４１のオン／オフを切り替えるかについての情報を含む転流信号をＰＷＭ生成部１２に出力する。

ＣＰＵ１１から回転数指示信号および転流信号を入力したＰＷＭ生成部１２は、回転数指示信号に含まれるデューティ比となるＰＷＭ波形を生成するとともに、転流信号に含まれる転流タイミングおよびインバータ回路４のどのスイッチング素子４１のオン／オフを切り替えるかについての情報から通電切り替え信号を生成する。そして、ＰＷＭ生成部１２は、生成したＰＷＭ波形を同じく生成した通電切り替え信号に重畳した駆動信号を生成し、モータ駆動回路７に出力する。

ＰＷＭ生成部１２から駆動信号を入力したモータ駆動回路７は、入力した駆動信号に基づくモータ駆動信号を生成し、インバータ回路４へ出力する。モータ駆動回路７からモータ駆動信号を入力したインバータ回路４は、平滑コンデンサ３で平滑化した直流電圧および入力したモータ駆動信号を用いて三相の矩形波電圧を生成し、この各矩形波電圧を所定の通電タイミングでブラシレスＤＣモータ２００に印加する。
尚、以下の説明では、上記のようにロータの位置検出結果に応じてブラシレスＤＣモータ２００の駆動制御を行う場合を、通常制御と記載する。

上記のようにブラシレスＤＣモータ２００の制御を行うことにより、ブラシレスＤＣモータ２００の回転数が目標回転数となるように制御する。ＰＷＭ方式では、駆動信号に重畳するＰＷＭ制御のデューティ比が増加するにしたがって通電切り替えタイミングの電気的な位相（通電位相）が進んでモータ回転数が上昇する。そして、ＰＷＭ波形のデューティ比が１００％に達した後、さらにモータ回転数を上げるためには、ブラシレスＤＣモータ２００に供給する電流の位相を誘起電圧に対し進み位相にすることにより、誘起電圧が高い状態でも更に多くの電流をブラシレスＤＣモータ２００に供給することが可能となり、これによりブラシレスＤＣモータ２００の回転数を上昇させる弱め界磁制御を実行する。

次に、制御装置１００を用いて実現されるブラシレスＤＣモータ２００の弱め界磁制御および弱め界磁制御行っているときの脱調検出方法について、図１乃至図４を用いて具体的に説明する。ブラシレスＤＣモータ２００の回転数を、ＰＷＭ制御のデューティ比が１００％に達した後さらに上昇させる場合は、制御手段１０のＣＰＵ１１は、通常制御からブラシレスＤＣモータ２００の各相の通電位相の位相角を進める弱め界磁制御に移行する。

図２は、ＣＰＵ１１が弱め界磁制御を行っているときの、制御装置１００の挙動を説明するためのタイミングチャートである。図２において、駆動信号はインバータ回路４の各スイッチング素子４１のオン／オフを行うための信号を示しており、駆動信号（Ｕ１）はスイッチング素子４１Ｕ１のベースに供給されるもの、駆動信号（Ｖ１）はスイッチング素子４１Ｖ１のベースに供給されるもの、駆動信号（Ｗ１）はスイッチング素子４１Ｗ１のベースに供給されるもの、をそれぞれ示している。また、駆動信号（Ｕ２）はスイッチング素子４１Ｕ２のベースに供給されるもの、駆動信号（Ｖ２）はスイッチング素子４１Ｖ２のベースに供給されるもの、駆動信号（Ｗ２）はスイッチング素子４１Ｗ２のベースに供給されるもの、をそれぞれ示している。

ＣＰＵ１１がブラシレスＤＣモータ２００の弱め界磁制御を行うときは、ブラシレスＤＣモータ２００を通常制御にて駆動する場合の転流タイミングより所定の電気角（予め決定されて記憶部１５に記憶されている）だけ早く転流するよう、上記各駆動信号をインバータ回路４に供給する。これにより、ブラシレスＤＣモータ２００の各相の通電位相の位相角を進めて弱め界磁制御を実行している。

図２において、電圧波形はブラシレスＤＣモータ２００が弱め界磁制御にて駆動しているときの、各相の電圧の変化（０からインバータ４に印加される電圧Ｖｐとの間で変化する）を示しており、ＵＮ電圧波形はブラシレスＤＣモータ２００のＵ相コイルにおける電圧変化、ＶＮ電圧波形はブラシレスＤＣモータ２００のＶ相コイルにおける電圧変化、ＷＮ電圧波形はブラシレスＤＣモータ２００のＷ相コイルにおける電圧変化、をそれぞれ示している。

各相の電圧波形には、非通電時に各相に流れる還流電流によるスパイク電圧が、図２に示すようなスパイク電圧波形として現れる。スパイク電圧は、インバータ回路４の下アームを構成するスイッチング素子４１Ｕ２、４１Ｖ２，４１Ｗ２がオンからオフに切り替わった場合、および、上アームを構成するスイッチング素子４１Ｕ１、４１Ｖ１、４１Ｗ１がオンからオフに切り替わった場合に、それぞれ発生する。

具体的には、ＵＮ電圧波形においては、駆動信号（Ｕ２）がオンからオフに切り替わったときにスパイク電圧波形（Ｕ２）が、駆動信号（Ｕ１）がオンからオフに切り替わったときにスパイク電圧波形（Ｕ１）が、それぞれ現れる。また、ＶＮ電圧波形においては、駆動信号（Ｖ２）がオンからオフに切り替わったときにスパイク電圧波形（Ｖ２）が、駆動信号（Ｖ１）がオンからオフに切り替わったときにスパイク電圧波形（Ｖ１）が、それぞれ現れる。また、ＷＮ電圧波形においては、駆動信号（Ｗ２）がオンからオフに切り替わったときにスパイク電圧波形（Ｗ２）が、駆動信号（Ｗ１）がオンからオフに切り替わったときにスパイク電圧波形（Ｗ１）が、それぞれ現れる。

尚、以下の説明では、上記各相の電圧波形に発生するスパイク電圧波形の幅、つまり、スパイク電圧の発生時間を電気角に換算したスパイク角度で表わす。図２では、スパイク電圧波形（Ｕ１）およびスパイク電圧波形（Ｕ２）に対応するスパイク角度をＲｕ、スパイク電圧波形（Ｖ１）およびスパイク電圧波形（Ｖ２）に対応するスパイク角度をＲｖ、スパイク電圧波形（Ｗ１）およびスパイク電圧波形（Ｗ２）に対応するスパイク角度をＲｗ、としている。ＣＰＵ１１は、各相に発生するスパイク角度を記憶部１５に上書きして記憶している。

スパイク検出信号は、上述した各スパイク電圧波形を用いてＣＰＵ１１が生成するものである。具体的には、ＣＰＵ１１は、スイッチング素子４１Ｕ２、４１Ｖ２、４１Ｗ２がそれぞれオンからオフに切り替わったときに発生するスパイク電圧波形（Ｕ２）、（Ｖ２）、（Ｗ２）がＶｐ→０となるとき（以後、立ち下がりと記載）、および、スイッチング素子４１Ｕ１、４１Ｖ１、４１Ｗ１がそれぞれオンからオフに切り替わったときに発生するスパイク電圧波形（Ｕ１）、（Ｖ１）、（Ｗ１）が０→Ｖｐとなるとき（以後、立ち上がりと記載）とを検出し、これらを用いて図２に示すようなスパイク検出信号を生成する。

検出許可は、ＣＰＵ１１が生成したスパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりを割り込み処理によって検出するタイミングを示すものである。図２に示すように、検出許可はスイッチング素子４１Ｕ１、４１Ｖ１、４１Ｗ１がそれぞれオフからオンに切り替わるときに同期して禁止→許可とするものであり、スパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりを検出すれば、許可→禁止となる。尚、この検出許可は、禁止→許可となってから所定時間（図３に示す最大許可時間Ｔｍ）までの間にスパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりを検出できない場合も、許可→禁止となる。

ブラシレスＤＣモータ２００を弱め界磁制御で駆動しているとき、脱調が発生せずに正常に駆動制御が行えている場合は、各相に発生するスパイク電圧のスパイク角度は一定（Ｒｕ＝Ｒｖ＝Ｒｗ）であり、スパイク検出信号も一定の周期で立ち上がり／立ち下がりを繰り返す。従って、ＣＰＵ１１は、スパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりを検出できていれば、ブラシレスＤＣモータ２００で脱調が発生していないと判断できる。

一方、ブラシレスＤＣモータ２００で脱調が発生してスパイク角度が大きくなる場合は、スパイク検出信号の幅が広くなり、ＣＰＵ１１が割り込み処理で検出許可としている間にスパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりを検出できない虞がある（以下、脱調状態と記載）。また、ＣＰＵ１１に大きな負荷が加わっていて実際にスパイク電圧波形を検出する動作が遅れ、かつ、ブラシレスＤＣモータ２００に加えられる負荷が軽減されてスパイク角度が小さくなる場合も、スパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりを検出できない虞がある（以下、検出不可状態と記載）。

従来のブラシレスＤＣモータの制御装置において、上記のようにスパイク検出信号を生成してその立ち上がり／立ち下がりを検出することによって脱調発生を検知する場合は、スパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりを検出できない原因に関わらず、つまり、脱調状態であるか検出不可状態であるかに関わらず、スパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりを所定回数連続して検出できなければ脱調が発生したと判断し、脱調保護制御を行っていた。

これに対し、本発明のブラシレスＤＣモータ２００の制御装置１００では、以下に説明する方法により、スパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりを所定回数連続して検出できないときに、その原因が
ブラシレスＤＣモータ２００の脱調であるか否かを判断し、脱調が発生したと判断すれば脱調保護制御を行う。

まず、ブラシレスＤＣモータ２００で脱調が発生している場合（脱調状態）について、図３を用いて説明する。尚、図３において、図２と同じ用語や記号については詳細な説明を省略する。

ブラシレスＤＣモータ２００で脱調が発生したとき、各相の電圧波形に現れるスパイク電圧のスパイク角度は大きくなる。スパイク角度が大きくなれば、これに伴ってＣＰＵ１１が生成したスパイク検出信号の幅も広がる。このとき、スパイク検出信号の幅が、検出許可の最大許可時間Ｔｍの間に検出できないほど広がっている場合は、ＣＰＵ１１はスパイク検出信号の立ち上がりを検出できない。尚、図３では、例としてＵＮ電圧波形に現れるスパイク電圧波形（Ｕ１ａ）に対応するスパイク角度がＲｕａ（＞Ｒｕ）と大きくなって、ＣＰＵ１１がスパイク検出信号の立ち上がりを検出できないことを示している。尚、図３において、スパイク電圧波形（Ｕ１ａ）に対応する検出できないスパイク検出信号の立ち上がりを破線で示すとともに「○」を付与している。

ＣＰＵ１１は、スパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりが検出できないとき、記憶部１５に記憶しているスパイク角度を読み出す。前述したように、ＣＰＵ１１は、検出許可のタイミングでスパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりを検出できたときにこれに対応するスパイク角度を記憶部１５に上書き記憶するので、図３の場合では、「○」を付与した検出できないスパイク検出信号の立ち上がりの直前のスパイク検出信号の立ち下がり（「◎」を付与したもの）に対応するスパイク電圧のスパイク角度、つまり、ＶＮ検出電圧に現れるスパイク電圧波形（Ｖ２ｊ）に対応するスパイク角度Ｒｖｊ１を読み出す。

また、ＣＰＵ１１は、記憶部１５に予め記憶されておりブラシレスＤＣモータ２００が脱調しているか否かを判断するための閾値である脱調判断角度Ｒｓ（例えば、電気角で２４度）を読み出し、脱調判断角度Ｒｓとスパイク角度Ｒｖｊ１とを比較してスパイク角度Ｒｖｊ１が脱調判断角度Ｒｓ以上であるか否かを判断する。図３では、スパイク角度Ｒｖｊ１が脱調判断角度Ｒｓ以上であるので、ＣＰＵ１１は、スパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりを検出できなかった回数：１回をカウントする。具体的には、図３において「○」を付与したスパイク検出信号の立ち上がりを検出する際の、検出許可の時間Ｔｍが経過した時点で１回とカウントする。

ブラシレスＤＣモータ２００が脱調している場合は、ＵＮ電圧波形のスパイク角度が大きくなった以降の各相のスパイク角度も大きくなるので、上記と同様に以降のスパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりも検出できない。図３では、スパイク電圧波形（Ｕ１ａ）の次にスパイク検出信号を生成する元となるＷＮ電圧波形に現れるスパイク電圧波形（Ｗ２ａ）に対応するスパイク角度がＲｗａ（＞Ｒｗ）と大きくなり、この次の、ＶＮ電圧波形に現れるスパイク電圧波形（Ｖ１ａ）に対応するスパイク角度もＲｖａ（＞Ｒｖ）と大きくなって、ＣＰＵ１１がこれらスパイク電圧波形（Ｗ２ａ）やスパイク電圧波形（Ｖ１ａ）に対応するスパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりも検出できないことを示している。尚、図３において、「○」を付与した検出できないスパイク検出信号の立ち上がり以降のスパイク検出信号は破線で示し、検出できない立ち上がり／立ち下がりには「△」を付与している。

ＣＰＵ１１は、最初に検出できなかったスパイク検出信号の立ち上がり以降についても、スパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりを検出できなかった場合は、その度に脱調判断角度Ｒｓとスパイク角度Ｒｖｊ１とを比較を行い、スパイク角度Ｒｖｊ１が脱調判断角度Ｒｓ以上であれば、スパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりを検出できなかった回数をカウントしていく。そして、この回数が所定回数連続、例えば、５回連続すれば、ＣＰＵ１１は、ブラシレスＤＣモータ２００が脱調したと判断し、モータ駆回路７に対してブラシレスＤＣモータ２００への通電を停止するようＰＷＭ生成部１２を介して指示し、ブラシレスＤＣモータ２００を停止する脱調保護制御を実行する。

次に、ＣＰＵ１１に大きな負荷が加わっていて実際にスパイク電圧波形を検出する動作が遅れ、かつ、スパイク角度が小さくなっている場合（検出不可状態）について、図４を用いて説明する。尚、図４において、図２と同じ用語や記号については詳細な説明を省略する。

ブラシレスＤＣモータ２００に加えられる負荷が軽減されたとき、各相の電圧波形に現れるスパイク電圧のスパイク角度が小さくなることがある。また、前述したように、ＣＰＵ１１はスパイク検出信号の検出を割り込み処理で行っており、ＣＰＵ１１に大きな負荷が加わっている場合は、図４に示すように、スイッチング素子４１Ｕ１、４１Ｖ１、４１Ｗ１がオフからオンに切り替えるときに同期して禁止→許可としても、実際に検出ができるタイミングが、スイッチング素子４１Ｕ１、４１Ｖ１、４１Ｗ１がオフからオンに切り替えるときより時間Ｔｒだけ遅れることがある。

例えば、図４に示すように、スパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりの検出タイミングが時間Ｔｒだけ遅れているとき、かつ、ＵＮ電圧波形に現れるスパイク電圧波形（Ｕ１ｂ）に対応するスパイク角度がＲｕｂ（＜Ｒｕ）となりこれに基づいてＣＰＵ１１が生成したスパイク検出信号の幅が狭くなったとき、ＣＰＵ１１はスパイク検出信号の立ち上がりを検出できない。尚、図４において、スパイク電圧波形（Ｕ１ｂ）に対応する検出できないスパイク検出信号の立ち上がりを破線で示すとともに「○」を付与している。

ＣＰＵ１１は、スパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりが検出できないとき、記憶部１５に記憶しているスパイク角度を読み出す。前述したように、ＣＰＵ１１は、検出許可のタイミングでスパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりを検出できたときにこれに対応するスパイク角度を記憶部１５に上書き記憶するので、図４の場合では、「○」を付与した検出できないスパイク検出信号の立ち上がりの直前のスパイク検出信号の立ち下がり（「◎」を付与したもの）に対応するスパイク電圧のスパイク角度、つまり、ＶＮ検出電圧に現れるスパイク電圧波形（Ｖ２ｊ）に対応するスパイク角度Ｒｖｊ２を読み出す。

また、ＣＰＵ１１は、記憶部１５に予め記憶されておりブラシレスＤＣモータ２００が脱調しているか否かを判断するための閾値である脱調判断角度Ｒｓ（例えば、電気角で２４度）を読み出し、脱調判断角度Ｒｓとスパイク角度Ｒｖｊ２とを比較してスパイク角度Ｒｖｊ２が脱調判断角度Ｒｓ以上であるか否かを判断する。図４では、スパイク角度Ｒｖｊ１が脱調判断角度Ｒｓ以上でないので、ＣＰＵ１１は、ブラシレスＤＣモータ２００が脱調していないと判断し、ブラシレスＤＣモータ２００の弱め界磁制御を継続する。

ＵＮ電圧波形のスパイク角度が小さくなった以降も、各相のスパイク角度が小さくなる状態が続けば、上記と同様に以降のスパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりも検出できない。図４では、スパイク電圧波形（Ｕ１ｂ）の次にスパイク検出信号を生成する元となるＷＮ電圧波形に現れるスパイク電圧波形（Ｗ２ｂ）に対応するスパイク角度がＲｗｂ（＜Ｒｗ）と小さくなり、この次の、ＶＮ電圧波形に現れるスパイク電圧波形（Ｖ１ｂ）に対応するスパイク角度もＲｖｂ（＜Ｒｖ）と小さくなって、ＣＰＵ１１がこれらスパイク電圧波形（Ｗ２ｂ）やスパイク電圧波形（Ｖ１ｂ）に対応するスパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりも検出できないことを示している。尚、図４において、「○」を付与した検出できないスパイク検出信号の立ち上がり以降のスパイク検出信号は破線で示し、検出できない立ち上がり／立ち下がりには「△」を付与している。

ＣＰＵ１１は、最初に検出できなかったスパイク検出信号の立ち上がり以降についても、スパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりを検出できなかった場合は、その度に脱調判断角度Ｒｓとスパイク角度Ｒｖｊ２とを比較を行う。スパイク角度Ｒｖｊ２が脱調判断角度Ｒｓ以上でなければ、ＣＰＵ１１は、ブラシレスＤＣモータ２００が脱調していないと判断し、ブラシレスＤＣモータ２００の弱め界磁制御を継続する。

次に、図５に示すフローチャートを用いて、本実施例におけるＣＰＵ１１での処理の流れについて説明する。図５に示すフローチャートは、ブラシレスＤＣモータ２００での脱調発生を検知する場合の処理の流れを説明するものであり、ＳＴはステップを表しこれに続く番号はステップ番号を表している。
尚、図５では本発明に関わる処理を中心に説明しており、ブラシレスＤＣモータ２００を前述した通常制御にて駆動している場合等の、その他の処理については説明を省略している。

制御手段１０のＣＰＵ１１がブラシレスＤＣモータ２００の駆動制御を開始し、スパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりを検出できなかった回数Ｎを０にリセットする（ＳＴ１）。次に、ＣＰＵ１１は、各相に現れたスパイク電圧波形からスパイク検出信号を生成する（ＳＴ２）。次に、ＣＰＵ１１は、スパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりを割り込み処理で検出できたか否かを判断する（ＳＴ３）。

スパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりを検出できれば（ＳＴ３−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ１１は、検出した立ち上がり／立ち下がりに対応する相のスパイク電圧のスパイク角度を記憶部１５に記憶し（ＳＴ９）、ＳＴ１に処理を戻す。

スパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりを検出できなければ（ＳＴ３−Ｎｏ）、ＣＰＵ１１は、記憶部１５からスパイク角度Ｒｊ（本実施例ではＲｖｊ１やＲｖｊ２）と脱調判断角度Ｒｓ（本実施例では２４度）とを読み出す（ＳＴ４）。次に、ＣＰＵ１１は、脱調判断角度Ｒｓ（本実施例では２４度）とスパイク角度Ｒｊとを比較し、スパイク角度Ｒｊが脱調判断角度Ｒｓ以上であるか否かを判断する（ＳＴ５）。

スパイク角度Ｒｊが脱調判断角度Ｒｓ以上でなければ（ＳＴ５−Ｎｏ）、ＣＰＵ１１は、ＳＴ１に処理を戻す。スパイク角度Ｒｊが脱調判断角度Ｒｓ以上であれば（ＳＴ５−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ１１は、スパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりを検出できなかった回数Ｎをカウント、つまり、前回までの回数Ｎに１を加算する（ＳＴ６）。

次に、ＣＰＵ１１は、スパイク検出信号の立ち上がり／立ち下がりを検出できなかった回数Ｎが所定回数Ｎａ（本実施例では５回）となったか否かを判断する（ＳＴ７）。回数ＮがＮａとなっていなければ（ＳＴ７−Ｎｏ）、ＣＰＵ１１は、ＳＴ２に処理を戻す。回数ＮがＮａとなっていれば（ＳＴ７−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ１１は、ブラシレスＤＣモータ２００への通電を停止する脱調保護制御を実行し（ＳＴ８）、処理を終了する。

以上説明したように、本発明の電動機の制御装置は、生成したスパイク検出信号および記憶したスパイク電圧の幅を用いて電動機での脱調発生を的確に検知できるので、脱調発生の誤検知による不必要な電動機の停止を回避することができる。

１ 交流電源
２ コンバータ回路
３ 平滑コンデンサ
４ インバータ回路
５ シャント抵抗
６ 仮想中性点電圧回路
７ モータ駆動回路
８ 位置検出回路
９ 電流検出回路
１０ 制御手段
１１ ＣＰＵ
１２ ＰＷＭ生成部
１３ 入力部
１４ Ａ／Ｄ変換部
４１Ｕ１、４１Ｕ２ スイッチング素子
４１Ｖ１、４１Ｖ２ スイッチング素子
４１Ｗ１、４１Ｗ２ スイッチング素子
４２ 還流ダイオード
１００ 制御装置
２００ ブラシレスＤＣモータ

Claims (2)

1. 直流電力をインバータによって交流電力に変換して電動機に供給し、同電動機の回転制御を行う電動機の制御装置であって、
   前記電動機の制御装置は、前記電動機の各相への通電切り替えの際に発生する還流電流に起因して発生するスパイク電圧を検出して同スパイク電圧の発生時間を記憶するとともに、同スパイク電圧の波形であるスパイク電圧波形を用いてスパイク検出信号を生成し、
   前記電動機の制御装置は、前記スパイク検出信号の立ち上がりあるいは立ち下がりを検出できないときに、最後に検出して記憶した前記スパイク電圧の発生時間を読み出し、
   前記電動機の制御装置は、読みだした前記スパイク電圧の発生時間が所定時間以上である状態が所定回数続いた場合は、前記電動機が脱調したと判断することを特徴とする電動機の制御装置。
2. 前記電動機が脱調したと判断した場合、同電動機を停止する脱調保護制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の電動機の制御装置。

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