JP3243028B2 - ブラシレスモータの制御装置及びブラシレスモータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ブラシレス直流モータ
のような、複数の巻線を有するモータの各巻線をロータ
の所定の回転位置に対応する転流タイミングで順次通電
するためのスイッチング回路を有するブラシレスモータ
の制御装置及びブラシレスモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、エアコンや冷蔵庫において、コン
プレッサの能力可変や電力消費量の節約のために直流モ
ータの一種であるブラシレスモータを採用し、これをイ
ンバータ装置によって駆動することが行なわれている。
ブラシレスモータの場合、通常、巻線の通電相を決定す
るためにロータの回転位置信号を必要とするが、エアコ
ンや冷蔵庫のコンプレッサのようにモータが冷媒に晒さ
れる等、モータの使用環境によっては位置検出センサを
配置することが困難な場合がある。このため、モータの
巻線の誘起電圧を検出し、これを電気的に処理すること
により回転位置信号を得る技術が提案されている。モー
タ停止時には誘起電圧が発生しないために強制的に転流
を行なってモータを回転させ、十分に検出可能な誘起電
圧が発した時点で、誘起電圧による回転位置検出信号に
より転流を行なう制御が行なわれている。

【０００３】さて、図８ないし図１２を参照して従来技
術を説明する。図８において、直流電源１には、コンデ
ンサ２が並列に接続されている。この直流電源１の正側
電源線１ａは、電圧制御手段たる電圧制御回路３を介し
てスイッチング回路としての三相ブリッジ回路４の正側
入力端子に接続され、負側電源線１ｂは電圧制御回路３
のＧＮＤ端子および三相ブリッジ回路４の負側入力端子
に接続されている。この三相ブリッジ回路４は、スイッ
チングスイッチング素子としてのトランジスタＴ１〜Ｔ
６を有して構成されている。そして、この三相ブリッジ
回路４の出力端子４ｕ，４ｖ，４ｗにブラシレスモータ
５の各巻線５ｕ，５ｖ，５ｗが接続されている。

【０００４】通電信号形成手段としての通電信号形成回
路６は、回転位置検出回路７と転流タイミング決定回路
８とを有して構成されており、回転位置検出回路７には
出力端子４ｕ，４ｖ，４ｗの端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ
が与えられ、転流タイミング決定回路８によりロータの
回転位置に対応した通電信号ＸＵ＋，ＸＵ−，ＸＶ＋，
ＸＶ−，ＸＷ＋，ＸＷ−が形成される。この通電信号Ｘ
Ｕ＋，ＸＵ−，ＸＶ＋，ＸＶ−，ＸＷ＋，ＸＷ−は切り
替え回路９に与えられる。

【０００５】一方、可変周波数クロック発生回路１０
は、始動制御回路１１から与えられる周波数指令信号Ｓ
ｆに基づいてクロック周波数を可変して強制通電信号形
成手段たる強制通電信号形成回路１２に与えるようにな
っている。この強制通電信号形成回路１２は、予め定め
られたパターンで強制通電信号ＹＵ＋，ＹＵ−，ＹＶ
＋，ＹＶ−，ＹＷ＋，ＹＷ−を出力して前記切り替え回
路９に与える。始動制御回路１１はタイマー機能を有
し、始動時の所定時期に周波数指令信号Ｓｆを出力する
と共に選択信号Ｓｃをハイレベルで出力するようになっ
ている。

【０００６】切り替え回路９は選択信号Ｓｃがハイレベ
ルであるときに強制通電信号ＹＵ＋，ＹＵ−，ＹＶ＋，
ＹＶ−，ＹＷ＋，ＹＷ−を選択して、これに基づきトラ
ンジスタＴ１〜Ｔ６に対するベース駆動制御信号Ｕ＋，
Ｕ−，Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，Ｗ−を出力して駆動回路１２
の各単位駆動回路１２ａ〜１２ｆに与え、選択信号Ｓｃ
がロウレベルであるときに回転位置検出に基づく通電信
号ＸＵ＋，ＸＵ−，ＸＶ＋，ＸＶ−，ＸＷ＋，ＸＷ−を
選択して、これに基づきトランジスタＴ１〜Ｔ６に対す
るベース駆動制御信号Ｕ＋，Ｕ−，Ｖ＋，Ｖ−，Ｗ＋，
Ｗ−を出力するようになっている。

【０００７】図１２には、始動時における各部の動作を
フローチャートとして示している。ステップＳ１では始
動制御回路１１の選択信号Ｓがハイレベルとされて切り
替え回路９により強制通電信号ＹＵ＋，ＹＵ−，ＹＶ
＋，ＹＶ−，ＹＷ＋，ＹＷ−が選択されて、モータ５に
対して強制通電が開始される。ステップＳ２では、始動
制御回路１１の第１のタイマー機能により所定時間ｔａ
が経過するまでは上記強制通電を継続し、この所定時間
ｔａにおいては、ステップＳ３に示すように、始動制御
回路１１の第２のタイマー機能による周期で始動制御回
路１１の周波数指令信号Ｓｆが出力されると、ステップ
Ｓ４に示すように可変周波数クロック発生回路１０にて
強制通電の転流周波数の増加が実行される。これらの作
用によりモータ５は回転し、回転位置検出が可能となる
誘起電圧が発生する回転数まで上昇される。

【０００８】上述した所定時間ｔａが経過すると、ステ
ップＳ５で示すように、通電信号を切り替える。すなわ
ち、始動制御回路１１の選択信号Ｓｃをロウレベルとし
て、切り替え回路９に回転位置検出による通電信号ＸＵ
＋，ＸＵ−，ＸＶ＋，ＸＶ−，ＸＷ＋，ＸＷ−を切り替
えて与え、これに基づいてモータ５を駆動する。

【０００９】ここで、回転位置に対応した通電信号ＸＵ
＋，ＸＵ−，ＸＶ＋，ＸＶ−，ＸＷ＋，ＸＷ−の形成方
法について図９ないし図１１を参照して説明する。図９
は、通電信号形成回路６における回転位置検出回路７お
よび転流タイミング決定回路８を詳細に示している。回
転位置検出回路７は各出力端子４ｕ，４ｖ，４ｗに接続
された抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃおよび負側電源線１ｂ間に
接続されたコンデンサＣａ，Ｃｂ，Ｃｃとから成るフィ
ルター１３と、波形整形回路１４ａ，１４ｂ，１４ｃと
から構成されている。

【００１０】図１０は、出力端子４ｕ，４ｖ，４ｗの電
圧波形と図６に示す回路の信号波形とを示したものであ
る。端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを、π／２の遅れ位相特
性を有する上述のフィルター１３ａ，１３ｂ，１３ｃを
通し、さらに波形成形回路１４ａ，１４ｂ，１４ｃの作
用により、信号Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２が得られる。これらの
信号の反転タイミングは、ロータ回転位置に対応した転
流タイミングと一致しているから、転流タイミング決定
回路８で図１０で示す関係の論理変換すれば通電信号Ｘ
Ｕ＋，ＸＵ−，ＸＶ＋，ＸＶ−，ＸＷ＋，ＸＷ−を形成
することができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
通電信号形成回路６の回転位置検出回路７は、誘起電圧
が発生している場合には、その誘起電圧に従った検出を
出力する。しかしながら、負荷トルクが大きく強制通電
によってモータが回転しない場合や、回転中に負荷トル
クの一時的な増大で誘起電圧が十分に発生しない回転数
まで低下した場合に等に、回転位置検出回路７は誤った
信号を出力する。この結果、通電および転流は継続され
ているが、その通電や転流はロータ回転位置に対応して
いないために、転流周波数が高くなり、制御回路が発振
する状況となる。

【００１２】図１１は、発振状態での動作を示す図であ
る。出力端子４ｕ，４ｖ，４ｗの出力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，
Ｖｗの波形は誘起電圧が発生していないために、図１０
で示すような斜めの部分がない。この場合でも、回転位
置検出回路７や転流タイミング決定回路８の作用によっ
て通電信号が形成されるために、通電および転流は継続
されている。図１１の符号（Ａ）で示す部分は、転流時
に、三相ブリッジ回路４の各トランジスタＴ１〜Ｔ６と
並列に接続されているダイオードＤの作用によって生じ
るパルス状の電圧であるが、この電圧の影響によりフィ
ルター１３ａ，１３ｂ，１３ｃの各信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ
１は若干進み位相となることから、発振状態での転流周
波数は上昇し、高い周波数で安定する。この場合、高周
波数の転流であるから電流は小さく、電流監視手段を設
けても発振状態を判別することは困難である。

【００１３】このような発振現象は、回転位置検出を、
出力端子４ｕ，４ｖ，４ｗの電圧から求める方式におい
て発生する。また、ノイズなどの影響によって、通電信
号形成回路６が誤出力した場合にも、発振状態が形成さ
れることが考えられる。

【００１４】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、発振状態を正確に検出できると
共に、その検出時に停止あるいは再始動させることが可
能なブラシレスモータの制御装置及びブラシレスモータ
を提供するにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明のブラシレスモー
タの制御装置は、モータが有する複数相の巻線に順次通
電するためのスイッチイング素子を有してなるスイッチ
ング回路と、モータ印加電圧を変化させる電圧制御手段
と、転流タイミングを前記巻線の端子電圧から決定し、
その転流タイミングに対応した通電信号を得る通電信号
形成手段と、該通電信号に基づいて前記スイッチング素
子を駆動する駆動回路と、モータ電圧に応じて変化する
判定用転流周波数データを記憶したデータ保有手段と、
前記モータ電圧と前記転流タイミングに対応する転流周
波数とを検出し、前記データ保有手段から前記モータ電
圧に対する判定用転流周波数データを読み出してこの判
定用転流周波数データと前記転流周波数とを比較する判
定手段と、前記判定手段における比較結果に基づいてモ
ータ運転制御を行なう運転制御手段とを含んで構成され
る（請求項１の発明）。

【００１６】上記通電信号形成手段は、巻線の端子電圧
に対してπ／２の遅れ位相特性のフィルターを有する構
成としても良い（請求項２の発明）。

【００１７】また、通電信号形成手段は、巻線端子電圧
と基準電圧との比較結果から巻線に生じる誘起電圧の正
負を判定する比較手段と、その誘起電圧の正負変化時間
に基づいて転流タイミングを決定する転流タイミング決
定手段とを有する構成としても良い（請求項３の発
明）。他の発明は、請求項１に記載の制御装置により制
御されるブラシレスモータである（請求項４の発明）。

【００１８】

【作用】判定手段は、モータ電圧と転流周波数とを検出
し、データ保有手段から前記モータ電圧に対する判定用
転流周波数データを読み出し、そしてこの判定用転流周
波数データと前記転流周波数とを比較する。

【００１９】モータが正常に駆動されていれば、電圧制
御手段によるモータ電圧と通電信号形成手段による転流
周波数とは正常な関係を維持しており、つまり、この時
のモータ電圧に対応する判定用転流周波数データと現在
の転流周波数とがほぼ同じという比較結果となり、発振
状態でないことがわかる。

【００２０】モータに作用する負荷トルクが大きくてモ
ータが停止あるいは振動している時には、転流信号の周
波数が正常な駆動時における転流周波数より高くなり、
つまり、この時のモータ電圧に対応する判定用転流周波
数データに対して現在の転流周波数が高いという比較結
果となり、発振状態であることがわかる。運転制御手段
は、この比較結果に基づいてモータ運転制御を行なうか
ら、発振状態の有無に応じてモータ通電停止や再始動を
制御できるようになる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例につき図１ない
し図４を参照しながら説明するが、図５と異なる部分に
ついて述べる。通電信号形成手段としての通電信号形成
回路２１は、図９に示した回転位置検出回路７と同一構
成（従ってフィルター１３ａ，１３ｂ，１３ｃおよび波
形整形回路１４ａ，１４ｂ，１４ｃを有する）の回転位
置検出回路２２と、転流周波数信号を出力する構成が付
加された転流タイミング決定回路２３とから構成されて
いる。この転流タイミング決定回路２３は、図３に示す
ように既述した通電信号ＸＵ＋，ＸＵ−，ＸＶ＋，ＸＶ
−，ＸＷ＋，ＸＷ−の各立ち上がり毎に反転する転流周
波数信号Ｓａを出力する。

【００２２】データ保有手段２４には、モータ電圧に対
応する適正な判定用転流周波数データが記憶されてお
り、この判定用転流周波数データは、図２の特性線
（ｆ）で示されている。この特性線（ｆ）は、次のよう
にして定められたものである。すなわち、予め、正常時
におけるモータ電圧と転流周波数との関係を、それぞれ
異なる負荷トルク（１．５Ｎｍ，１．０Ｎｍ，０．５Ｎ
ｍ，０．２Ｎｍ）について測定し、且つ、故意に発振を
発生させその状態でのモータ電圧と転流周波数との関係
も測定し、正常時と発振状態との間に、上記特性線
（ｆ）を定めている。

【００２３】図２において、特性線（ａ）は負荷トルク
１．５Ｎｍの場合、特性線（ｂ）は負荷トルク１．０Ｎ
ｍの場合、特性線（ｃ）は負荷トルク０．５Ｎｍの場
合、特性線（ｄ）は負荷トルク０．２Ｎｍの場合を示
し、特性線（ｅ）は発振状態の場合を示している。

【００２４】上記特性線（ｆ）で示される判定用転流周
波数データｆｉは ｆｉ＝Ｋａ×モータ電圧Ｖ＋Ｋｂ なる数式の形態でデータ保有手段２４に記憶されてい
る。ここで、Ｋａ，Ｋｂは定数、モータ電圧Ｖは電圧制
御回路３からの電圧信号Ｓｖが用いられる。

【００２５】なお、転流周波数と回転数との関係は、例
えば三相４極モータの時、次の式で示される。 転流周波数（Ｈｚ）＝２×６×回転数（r.p.s ）

【００２６】一方、図１において、マイクロコンピュー
タ２５は、判定手段および運転制御手段として機能する
ものであり、このマイクロコンピュータ２５には、電圧
制御回路３から電圧信号Ｓｖが与えられると共に、通電
信号形成回路２１の転流タイミング決定回路２３から転
流周波数信号Ｓａが与えられるようになっている。

【００２７】図４には、上記マイクロコンピュータ２５
における判定手段および運転制御手段としての制御内容
および各部の動作の流れを示している。ステップＳ１な
いしステップＳ５においては、従来と同様に、強制通電
による始動制御が実行される。この始動制御が実行され
た後は、ステップＳ６で示すように、現在の転流周波数
ｆｃが測定される。この測定はマイクロコンピュータ２
５にて行なわれる。

【００２８】すなわち、マイクロコンピュータ２５は、
通電信号形成回路２１の転流タイミング決定回路２３か
ら与えられる転流周波数信号Ｓａを一定時間Ｔｃでカウ
ントし、そのカウント回数ｎに基づいて、転流周波数ｆ
ｃを次式 ｆｃ＝ｎ／Ｔｃ にて求める。

【００２９】そして、マイクロコンピュータ２５は、ス
テップＳ７に示すように、判定用転流周波数データｆｉ
を、電圧信号Ｓｖに基づいてデータ保有手段２４から読
み出す。次いで、ステップＳ８に示すように、転流周波
数ｆｃと判定用転流周波数データｆｉとを比較し、転流
周波数ｆｃが判定用転流周波数データｆｉ以下であれば
発振状態でないと判定し、転流周波数ｆｃが判定用転流
周波数データｆｉを上回れば、発振状態であると判定す
る。

【００３０】発振状態であると判定されると、ステップ
Ｓ９で、一定期間Ｔｄ（Ｔｄ＞＞Ｔｃ）の判定回数を設
定値と比較し、設定値以下のときには再始動指令信号Ｓ
ｒを出力して始動制御回路１１に与え、すなわち、ステ
ップＳ１に戻って再始動し、設定値を超えるとステップ
Ｓ１０に示すように通電を停止する。

【００３１】上述した本実施例によれば、マイクロコン
ピュータ２５は、電圧信号Ｓｖからモータ電圧Ｖを検出
すると共に転流周波数ｆｃとを検出し、データ保有手段
２４から前記モータ電圧Ｖに対する判定用転流周波数デ
ータｆｉを読み出してこの判定用転流周波数データｆｉ
と転流周波数ｆｃとを比較する。そして、転流周波数ｆ
ｃがモータ電圧Ｖに対応する判定用転流周波数データｆ
ｉを上回ることをもって、発振状態であることを確実に
検出することができる。そしてこの比較結果のときに
は、モータ運転制御である通電の停止あるいは再始動を
実行するから、発振状態が継続することを防止できる。

【００３２】なお、上記第１の実施例においては、通電
信号形成回路２１における回転位置検出回路２２が巻線
５ｕ，５ｖ，５ｗの端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに対して
π／２の遅れ位相特性のフィルター１３ａ，１３ｂ，１
３ｃを有する構成にて、通電信号ＸＵ＋，ＸＵ−，ＸＶ
＋，ＸＶ−，ＸＷ＋，ＸＷ−並びに転流周波数信号Ｓａ
を出力するようにしたが、これは、本発明の第２の実施
例として示す図５のように構成しても良い。

【００３３】この図５に示す通電信号形成手段としての
通電信号形成回路３１は、巻線端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖ
ｗと基準電圧Ｖ０との比較結果から、各巻線５ｕ，５
ｖ，５ｗに生じる誘起電圧の正負を判定する比較手段た
る比較器３２ａ，３２ｂ，３２ｃを有すると共に、その
誘起電圧の正負変化時間に基づいて転流タイミングを決
定する転流タイミング決定手段たる転流タイミング決定
回路３３とを有して構成されている。

【００３４】この回路の特徴は次ある。図６には、例え
ば巻線５ｕの端子電圧Ｖｕの波形を示す。約６０度（期
間Ｔａ）の区間にわたる傾斜部分は巻線の誘起電圧、細
長い正負パルスは三相ブリッジ回路４の各トランジスタ
Ｔ１〜Ｔ６と並列に接続されたダイオードＤによるパル
ス電圧、またＶ０は、正側電源線１ａ、負側電源線１ｂ
間に接続された抵抗分圧回路３４によて形成された基準
電圧である。この図６から、転流タイミングは誘起電圧
と基準電圧Ｖ０とがクロスする時点から約３０度遅れて
いることが理解される。

【００３５】端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗは、比較器３２
ａ，３２ｂ，３２ｃによって基準電圧Ｖ０と比較される
ことによって、図７に示す端子電圧Ｖｕ〜Ｖｗの１８０
度区間認識用の基本波信号Ｖｕ´，Ｖｖ´，Ｖｗ´に変
換される。そしてさらに、これら基本波信号Ｖｕ´，Ｖ
ｖ´，Ｖｗ´は、転流タイミング決定回路３３に与えら
れ、ここで正パルス分のみの時間幅１８０度の連続方形
波からなり且つ互いに１２０度の位相差を有する認識波
形信号Ｕａ，Ｖａ，Ｗａに変換される。この認識波形信
号Ｕａ，Ｖａ，Ｗａの開始点（立上り時点）および終了
点（立下り時点）は誘起電圧と基準電圧Ｖ０とがクロス
する時点に一致している。

【００３６】さらに、転流タイミング決定回路３３は、
第１のタイマー機能によってこの認識波形信号Ｕａ，Ｖ
ａ，Ｗａから時間幅Ｔｂがそれぞれ６０度をもつ６個の
第１の位相区分パターンＸ１〜Ｘ６を形成し、さらに第
２のタイマー機能によって第１の各位相区分パターンＸ
１〜Ｘ６の終点を起点とする第２の位相区分パターンＹ
１〜Ｙ６を形成する。そして、最終的に上記のような第
２の位相区分パターンから図７に示す通電信号ＸＵ＋，
ＸＵ−，ＸＶ＋，ＸＶ−，ＸＷ＋，ＸＷ−を合成する。

【００３７】ここで、通電信号ＸＵ＋，ＸＵ−，ＸＶ
＋，ＸＶ−，ＸＷ＋，ＸＷ−の開始点は、第２の位相区
分パターンＹ１〜Ｙ６の終了点に一致しているので、誘
起電圧と基準電圧Ｖ０とがクロスする時点から３０度遅
れた時点となり、従って、これら通電信号ＸＵ＋，ＸＵ
−，ＸＶ＋，ＸＶ−，ＸＷ＋，ＸＷ−の位相パターンは
三相ブリッジ回路４のトランジスタＴ１〜Ｔ６に要求さ
れた転流タイミングパターンに一致することとなり、も
って、第１の実施例と同様に適正な転流タイミングに対
応した通電信号を得ることができる。

【００３８】

【発明の効果】本発明は以上の説明から明らかなよう
に、発振状態を正確に検出することができると共に、発
振状態が検出されたときに停止あるいは再始動させるこ
とができて、発振状態が継続することを防止できるとい
う優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す回路図

【図２】判定用転流周波数データを示すためのグラフ

【図３】通電信号ＸＵ＋〜ＸＷ−および転流周波数信号
Ｓａを示す波形図

【図４】動作説明のためのフローチャート

【図５】本発明の第２の実施例を示す回路図

【図６】一つの巻線の端子電圧を示す図

【図７】通電信号形成時の波形図

【図８】従来例を示す回路図

【図９】通電信号形成回路を詳細に示す図

【図１０】正常状態の各部の波形を示す図

【図１１】発振状態の各部の波形を示す図

【図１２】始動時における動作説明のためのフローチャ
ート

【符号の説明】

３は電圧制御回路（電圧制御手段）、４は三相ブリッジ
回路（スイッチング回路）、５はブラシレスモータ、５
ｕ，５ｖ，５ｗは巻線、１１は始動制御回路、１２は強
制通電信号発生回路、１３ａ，１３ｂ，１３ｃはフィル
ター、２１は通電信号形成回路（通電信号形成手段）、
２５はマイクロコンピュータ（判定手段、運転制御手
段）、３１は通電信号形成回路（通電信号形成手段）、
３２ａ，３２ｂ，３２ｃは比較器（比較手段）、３３は
転流タイミング決定回路（転流タイミング決定手段）を
示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 6/18

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータが有する複数相の巻線に順次通電
   するためのスイッチイング素子を有してなるスイッチン
   グ回路と、 モータ印加電圧を変化させる電圧制御手段と、 転流タイミングを前記巻線の端子電圧から決定し、その
   転流タイミングに対応した通電信号を得る通電信号形成
   手段と、該通電信号に 基づいて前記スイッチング素子を駆動する
   駆動回路と、 モータ電圧に応じて変化する判定用転流周波数データを
   記憶したデータ保有手段と、前記 モータ電圧と前記転流タイミングに対応する転流周
   波数とを検出し、前記データ保有手段から前記モータ電
   圧に対する判定用転流周波数データを読み出してこの判
   定用転流周波数データと前記転流周波数とを比較する判
   定手段と、前記判定手段における比較結果に基づいてモータ運転制
   御を行なう 運転制御手段とを備えて成るブラシレスモー
   タの制御装置。
2. 【請求項２】 通電信号形成手段は、巻線の端子電圧に
   対してπ／２の遅れ位相特性のフィルターを有すること
   を特徴とする請求項１記載のブラシレスモータの制御装
   置。
3. 【請求項３】 通電信号形成手段は、巻線端子電圧と基
   準電圧との比較結果から巻線に生じる誘起電圧の正負を
   判定する比較手段と、その誘起電圧の正負変化時間に基
   づいて転流タイミングを決定する転流タイミング決定手
   段とを有することを特徴とする請求項１記載のブラシレ
   スモータの制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の制御装置により制御さ
   れるブラシレスモータ。