JP3613063B2 - ブラシレスモータの制御装置及びこのモータを使用した機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレスモータの回転速度を所望の回転速度に制御する制御装置及びこの制御装置を用いて圧縮機や送風機駆動用のブラシレスモータを制御して室内の空気調和を行う空調機、圧縮機や送風機駆動用のブラシレスモータを制御して冷凍を行う冷凍機、撹拌翼や脱水槽駆動用のブラシレスモータを制御して衣類の洗濯を行う洗濯機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石回転子と固定子巻線を組み合わせたブラシレスモータは、メンテナンスの容易さから空調機，冷凍機，洗濯機等に採用されている。
【０００３】
このブラシレスモータの駆動制御は、回転子の磁極位置と通電すべき固定子巻線の位置とを密接に関係付けて行うことが必要である。回転子の磁極位置の検出には、ホール素子等の回転子位置検出センサを用いることなく、回転子磁極との相互作用で固定子巻線に誘起される逆起電圧を利用して該回転子の磁極位置を検出するセンサレス位置検出方式が採用されている。
【０００４】
このような回転子位置検出方式を採用したブラシレスモータ駆動装置としては、例えば、特開平７−１４７７９３ 号公報等に記載されたブラシレスモータ駆動装置がある。このブラシレスモータ駆動装置は、直流電源から出力される直流電圧をインバータ回路を介してブラシレスモータの固定子巻線に供給している。端子電圧検出器は、ブラシレスモータの固定子巻線の端子電圧を分圧して検出電圧として取り出し、これを比較回路に入力する。比較回路は、この検出電圧を基準電圧と比較して位相信号を出力する。
【０００５】
そして、制御装置は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号発生回路からのＰＷＭ信号ＰＳを基にして該ＰＷＭ信号ＰＳがオンからオフに変化するタイミング以降でラッチ動作するようにラッチタイミング信号生成回路によってラッチタイミング信号ＬＳを生成し、固定子巻線の端子電圧に振動が発生した場合でもその振動に影響されずに比較回路からの位相信号をラッチ回路にてラッチして位置検出信号を得ようとするものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のブラシレスモータ駆動装置では、ラッチ回路の出力信号は、比較回路から出力される位相信号から時間ｔｄＤだけ遅れたものとなり、これに基づいて得られる回転子磁極の検出位置は、回転子の磁極の実際の位置から大幅にずれたものとなる。
【０００７】
このように、位置検出信号の検出タイミングが大幅にずれた場合には、ブラシレスモータの固定子巻線電流の転流（通電）位相が遅れ、電流の立ち上がりが遅れると共に巻線電流の切換直前に電流が跳ね上がる形になり、効率の低下と電流の跳ね上がりによる駆動回路への負担増加により回路要素の電流容量の増加が必要となり、コストアップにつながり、あるいはラッチタイミング時に外乱ノイズによって比較回路の出力信号にノイズが重畳していた場合には、本来の位置検出信号から大幅にずれた位相信号をラッチすることになってブラシレスモータを正常に駆動することができずに振動したり停止する課題がある。
【０００８】
また、このような従来のブラシレスモータ駆動装置では、ＰＷＭ信号ＰＳがオンからオフに変化するタイミング以降にラッチ動作を行うものであるために、
ＰＷＭ制御における通流率が１００％の場合には、そのラッチ回路のゲート信号が定義できない、あるいは、いわゆるＰＡＭ制御等の通流率１００％におけるゲート信号が定義できないという課題がある。
【０００９】
本発明の１つの目的は、ブラシレスモータに対して、回転子の磁極位置検出精度が高く、正確な制御を行うことができるブラシレスモータの制御装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、ノイズによる位置検出誤りを軽減することにある。
【００１１】
本発明の更に他の目的は、ノイズによる通電誤動作を軽減することができるブラシレスモータの制御装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の更に他の目的は、制御範囲を拡張することができるブラシレスモータの制御装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の更に他の目的は、ブラシレスモータを効率重視特性で運転制御し、あるいは高速度重視特性で運転制御することができる制御装置を提供することにある。
【００１４】
本発明の更に他の目的は、広い制御範囲のブラシレスモータの制御装置を提供することにある。
【００１５】
本発明の更に他の目的は、通電切換後の環流電流が流れている期間が非常に長い場合でもブラシレスモータを停止することなく、良好な制御を行うことができるブラシレスモータの制御装置を提供することにある。
【００１６】
本発明の更に他の目的は、このように制御されるブラシレスモータを動力源とする機器、特に、空調機，冷凍機，洗濯機を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの特徴は、各相の固定子巻線の端子電圧に基づいて回転子の磁極の位置を検出して該固定子巻線への通電を制御するブラシレスモータの制御装置において、前記端子電圧に応じた検出電圧を基準電圧と比較した比較結果情報信号に基づいてＰＷＭ信号のオン・オフ期間を抽出することにある。
【００１８】
本発明の他の特徴は、固定子巻線の端子電圧に基づいて抽出したＰＷＭ信号のオン期間には前記比較結果情報信号をそのまま位相信号として出力し、オフ期間にはオフになる直前の比較結果情報信号を保持して位相信号として出力するようにしたことにある。
【００１９】
本発明の他の特徴は、複数相の固定子巻線の端子電圧の比較結果情報信号のパターンに基づいて回転子の位置を検出することにある。
【００２０】
本発明の他の特徴は、複数相の固定子巻線の端子電圧の比較結果情報信号のパターンに基づいて固定子巻線への通電パターンを決定することにある。
【００２１】
本発明の他の特徴は、複数相の固定子巻線の端子電圧の比較結果情報信号のパターンに基づいて通電切換後の環流電流が流れている期間を検出することにある。
【００２２】
本発明の他の特徴は、通電切換後の環流電流が消失した後に、位置検出のために照合する位相信号パターンを更新する処理を行うことにある。
【００２３】
本発明の他の特徴は、通電切換後、所定の時間が経過したときに、位置検出のために照合する位相信号パターンを更新する処理を行うことにある。
【００２４】
本発明の他の特徴は、比較結果情報信号のパターンに基づいて回転子位置を検出し、メモリに格納された通電位相情報または外部からの位相制御指令に従って通電位相の切り換えを行うことにある。
【００２５】
本発明の他の特徴は、ＰＷＭ制御領域では運転効率を重視した位相制御を行い、高速回転重視制御領域では通電位相を進める制御を行うことにある。
【００２６】
そして本発明の更に他の特徴は、前述したような制御装置によって制御されるブラシレスモータを動力源とする空調機または冷凍機または洗濯機にある。
【００２７】
本発明の更に他の特徴は、ブラシレスモータと、ブラシレスモータを制御する制御装置とを有するブラシレスモータシステムであって、制御装置は、ブラシレスモータの固定子巻線の電圧に基づいて、ブラシレスモータの回転子位置を検出することにある。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のブラシレスモータの制御装置と該制御装置によって駆動制御されるブラシレスモータを使用した機器の実施形態について、図１〜図９を用いて説明する。
【００２９】
図１は、本発明になるブラシレスモータ駆動装置の一実施形態を示すブロック図である。このブラシレスモータ駆動装置は、交流電源１からの交流電圧を整流する整流回路２と、その整流出力電圧を平滑して直流電圧にする平滑回路３と、直流電圧を任意のパルス幅の交流電圧に変換してブラシレスモータ５の固定子巻線に供給することにより該ブラシレスモータ５を回転させるインバータ回路４と、速度指令信号ＳＶに応じて前記ブラシレスモータ５の制御処理を行う制御回路（ワンチップマイコンまたはハイブリットＩＣ）６と、この制御回路６に従ってインバータ回路４を駆動するドライバ７と、端子電圧検出器８から得られるブラシレスモータ５の固定子巻線の各相の端子電圧（＝逆起電力）に応じた検出電圧８ａに基づいて該ブラシレスモータ５の回転子の磁極の位置情報である位相信号９ａを生成して前記制御回路６に供給する位相信号生成回路９を備えている。
【００３０】
前記位相信号生成回路９は、基本的には、ＰＷＭ信号がオンのときは、ブラシレスモータ５の各相の端子電圧に対応する検出電圧８ａに対する比較回路１０からの比較結果情報信号１０ｂを位相信号９ａとして出力し、ＰＷＭ信号がオフのときは、ＰＷＭ信号がオフする直前の比較結果情報信号１０ｂを保持して位相信号９ａとして出力する回路手段である。そして、この位相信号生成回路９は、ブラシレスモータ５の固定子巻線の各相の端子電圧に対応する検出電圧８ａを基準電圧と比較する比較回路１０と、この比較回路１０から出力される各相の比較結果情報信号１０ｂを遅延させる遅延回路１１と、この遅延回路１１からの出力信号１１ａに基づいて生成した位相信号９ａを前記制御回路６に出力する選択保持回路１２と、この選択保持回路１２の動作特性を制御するためのゲート信号１３ａを前記比較回路１０から出力される比較結果情報信号１０ａに基づいて作成するゲート信号作成回路１３を備える。
【００３１】
前記比較回路１０は、ブラシレスモータ５の固定子巻線の各相の端子電圧に応じた検出電圧８ａを基準電圧と比較する回路であり、各相毎の比較結果情報信号１０ａ，１０ｂを出力する。ここで、比較に使用する基準電圧は、ブラシレスモータ５の固定子巻線の中性点電圧あるいは平滑回路３から出力される直流電圧の１／２の電圧とする。
【００３２】
前記ゲート信号作成回路１３は、前記比較回路１０から出力される比較結果情報信号１０ａに基づいて論理処理によりＰＷＭ制御のオン期間あるいはオフ期間を抽出し、前記選択保持回路１２において、そのときの検出電圧８ａを反映した位相信号を出力するかＰＷＭ信号がオフになる前の信号レベルを保持して位相信号として出力するかを選択するためのゲート信号１３ａを作成して出力する機能を備えている。検出電圧８ａの電圧レベルが一般的な論理回路で処理できるレベルにあるときには、この検出電圧８ａから直接的にゲート信号を作成するようにすることもできる。
【００３３】
前記遅延回路１１は、前記選択保持回路１２で信号を選択保持するときの動作タイミングと整合するように、前記比較回路１０から出力される各相の比較結果情報信号１０ｂを遅延させる機能手段である。この遅延回路１１は、具体的には、選択保持回路１２に入力する信号１１ａと該選択保持回路１２の動作（ゲート信号１３ａ）のタイミングを調整するためのものであるから、比較回路１０とゲート信号作成回路１３の回路定数を考慮して比較結果情報信号１０ｂとゲート信号１３ａが整合するようにすることにより、省略することもできる。
【００３４】
前記選択保持回路１２は、前記遅延回路１１からの出力信号１１ａを前記ゲート信号作成回路１３から与えられるゲート信号１３ａに従って、それぞれの出力信号１１ａをそのまま位相信号９ａとして出力するか、ゲート信号１３ａが変化する前の信号レベルを保持して位相信号９ａとして出力するかを選択する機能手段である。
【００３５】
図２は、前記ゲート信号作成回路１３の具体的な構成を例示したブロック図である。例示したゲート信号作成回路１３は、論理素子の組み合わせによって構成し、各相の比較結果情報信号１０ａをＶｕ，Ｖｖ，Ｖｗとして入力し、論理式
（数１）の論理処理結果（出力Ｘ）をゲート信号１３ａとして出力する構成である。従って、（数１）を満たす論理回路であれば、他の構成であっても同様に使用することができる。
【００３６】
【数１】
【００３７】
図３は、前記制御回路６及び位相信号生成回路９における信号波形を示している。図３において、（ａ）は、前記制御回路６が出力するＰＷＭ信号である。これに対して、（ｂ）は、ドライバ７及びインバータ回路４の影響によりそれぞれ立上り時にはｔｄＯＮ ，立下り時にはｔｄＯＦＦの遅延を反映したブラシレスモータ５の固定子巻線の端子電圧の検出電圧波形である。（ｃ）は、比較回路１０が出力する比較結果情報信号１０ａ，１０ｂであり、（ｄ）は、比較結果情報信号１０ａに基づいてゲート信号作成回路１３が作成したゲート信号１３ａである。
【００３８】
選択保持回路１２は、（ｅ）に示すように、前記ゲート信号１３ａに従って該信号１３ａがハイレベルのときには遅延回路１１の出力信号１１ａを反映し、ローレベルのときには該ローレベルになる直前の信号レベルを保持した波形の位相信号９ａを出力する。
【００３９】
図４は、前記位相信号９ａに対する前記制御回路６の内部処理の一例を示している。処理４１は、ブラシレスモータの速度制御等を含むモータ制御の主な処理である。処理４２は、回転子位置検出に関わる信号処理、処理４３は、前記処理４２によって決定された回転子位置に従ってインバータ回路４のスイッチング動作を決定するドライブ処理、処理４４は、位置検出処理に基づいたドライブ処理に関わる準備フラグのクリア処理、処理４５は、位相信号パターンの２回一致を判定する一致フラグのクリア処理である。ここで、処理４３のドライブ処理は、位相補正で調整される所定の時間経過後に通電切換可能な処理である。
【００４０】
前記処理４２は、周期的に前記位相信号９ａを読み込んで該位相信号９ａを基にして回転子位置を検出（決定）する処理である。この回転子の位置の検出は、回転子の位置によって位相信号９ａが所定の信号パターンを呈することから、位相信号９ａのパターンを所定の信号パターンと照合することにより行うものである。
【００４１】
処理４２ａは、回転子位置検出に関わる信号処理に電気角３０度期間中，電気角６０度期間中，電気角１２０度期間中，電気角３６０度期間中，機械角３６０度期間中等に処理を何回行ったかを管理するカウント処理である。その他、所定時間の経過も管理可能なカウント処理である。
【００４２】
処理４２ｂは、各相の位相信号９ａを読み込む処理である。この時、位相信号９ａを読み込んだタイミングを知る上で、制御回路６からＨＩレベルあるいは
ＬＯＷレベルの信号等を出力することが、制御装置の動作を確認する上で有効である。
【００４３】
処理４２ｃは、中電切換後、所定の時間が経博したか否かを判定する処理で、判定には、内部のタイマあるいは前記処理４２ａ等で得られたカウント値より判定する。
【００４４】
処理４２ｄは、次回の通電制御処理に必要な所定の信号パターンが設定されているか否かを判定する分岐処理である。
【００４５】
処理４２ｅは、前記処理４２ｄにおいて、次回の通電処理に必要な所定の信号パターンが設定されていないと判定した場合に、次回の通電制御処理のための所定の信号パターンを更新・設定する処理である。処理４２ｅは、所定の信号パターンが更新されたことを表す準備フラグを設定する処理であり、処理４２ｆは、位置した信号パターンが１回目であるか否かを判定する際に使用するフラグのクリア処理である。
【００４６】
処理４２ｈは、処理４２ｂで読み込んだ各位相信号９ａのパターンを回転子位置によって決まる所定の信号パターンと照合する。
【００４７】
処理４２ｉは、信号パターンが一致していた場合には処理４２ｋに進み、信号パターンが一致していない場合には処理４２ｊへジャンプする。
【００４８】
処理４２ｊは、一致した信号パターンが２回一致したか否かを判定する際に使用するフラグをクリアする処理を行う。
【００４９】
処理４２ｋは、その一致した信号が２回一致したか否かを判定する分岐処理である。処理４２１は、一致フラグがオフで信号パターンが一致したときに、一致フラグをオンにする処理である。処理４２ｍは、次回の通電制御処理に必要な所定の信号パターンが設定されているか否かを判定する分岐処理である。
【００５０】
処理４２ｎは、前記処理４２ｍにおいて、次回の通電処理に必要な所定の信号パターンが設定されていないと判定した場合に、次回の通電制御処理のための所定の信号パターンを更新・設定する処理である。処理４２ｏは、所定の信号パターンが更新されたことを表す準備フラグを設定する処理であり、処理４２ｐは、一致した信号パターンが１回目であるか否かを判定する際に使用するフラグのクリア処理である。つまり、前記処理４２ｅあるいは前記処理４２ｎで所定の信号パターンが更新された後に前記処理４２ｂで読み込んだ位相信号９ａの信号パターンが２回一致したときに、この回転位置に適切な通電パターンを決定してドライブ処理４３を行うことになる。
【００５１】
ここで、処理４２ｄ〜処理４２ｇと処理４２ｎ〜処理４２ｐまでが同等であるため、サブルーチン化することによりプログラムの増加を最小限に押さえると同時に通電切換後の環流期間が長い場合でも良好にブラシレスモータの制御ができる。
【００５２】
図５は、ＰＷＭ制御において通流率が１００％未満の時のブラシレスモータ５の固定子巻線の各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の端子電圧の検出８ａと、ＰＷＭ信号，比較回路から出力される各相の比較結果情報信号，制御回路６で読み込まれたＰＷＭオン時の情報信号パターン，制御回路内部で認識される位置検出情報を示している。
【００５３】
図５を参照して図４に示したアルゴリズムを用いた制御処理を行うと、図５におけるｔ１及びｔ３に示すように通電パターンの切り換え直後にｔ２及びｔ４と同等の位相信号が現れる場合でも誤判定を防止することができると共に通電パターン切り換え直後に流れる環流電流の影響を受けることなく、良好に位相信号を得ることができ良好に通電切り換えを行うことできる。
【００５４】
また、図４を参照して説明した処理４２ｅ及び処理４２ｎにおいて信号パターン更新後に、図３の（ｂ）に示すように、基準点近傍で信号が振動した場合には、図３（ｃ）に示すように振動した信号が出力され、前記処理４１から周期的な処理４２へ移ったときに、図３（ｄ）におけるタイミングで処理４２が行われ、（ｅ）のタイミングで処理４２ｂが行われ、処理４２ｈで信号パターンの照合が行われ、処理４２ｉでパターン一致により処理４２ｋへ進む。このとき、今の通電期間中において、１回目のパターン一致であり、一致フラグはオフとなっているために、処理４２ｋから処理４２ｌへ分岐する。その後、図３の（ｇ）ｔｄのタイミングで再度処理４２ｂが行われ、この処理４２ｈが行われた後に、処理
４２ｉでは信号パターンが一致しないために処理４２ｊへ分岐し、一致フラグをクリアして処理４１へ戻る。
【００５５】
更に、前記処理４１から周期的な処理４２へ移った際、図３（ｃ）における
ｔｃのタイミングで処理４２ｂが行われ、前記同様に、処理４２ｌまで実行され、図３（ｃ）におけるｔｄのタイミングで処理４２ｂから処理４２ｋが実行され、一致フラグがＯＮであるため処理４２ｍを経て処理４３へと進み、回転子位置に適したドライブ処理が行われる。
【００５６】
この位相信号生成回路９と位置検出アルゴリズムを用いると、パルス状のノイズが入った場合でも良好に回転子位置を検出し、良好なモータ制御が可能である。また、この実施形態では、位相信号９ａの２回のパターン一致がドライブ処理へ進む条件としたが、それ以外の複数回一致でも有効であると共に、ブラシレスモータ５の固定子巻線の端子電圧に現れるノイズや振動を抑制することで省略しても有効である。
【００５７】
図６は、ＰＷＭ制御において通流率が１００％のとき或いはパルス振幅変調
（ＰＡＭ）制御のときのブラシレスモータ５の固定子巻線の端子電圧の検出電圧８ａと、比較回路１０から出力される比較結果情報信号１０ａ，１０ｂと、ゲート信号作成回路１３から出力されるゲート信号１３ａと、選択保持回路１２から出力される位相信号９ａの１相分を示している。
【００５８】
この位相信号生成回路９を用いると、ＰＷＭ信号がオンのときは、比較結果情報信号１０ｂが位相信号９ａにそのまま反映され、オフのときは、オフする直前の信号を保持するために、ＰＷＭ制御におけるチョッピング動作が行われているか否かに関わらず、同様の位相信号９ａを得ることができ、ＰＡＭ制御においても良好なモータ制御が可能である。
【００５９】
また、この実施形態では、出力電圧可変型の整流回路２を使用した構成においても、そのときの出力電圧に応じて比較回路１０の基準電圧が可変するために、ＰＷＭ制御及びＰＡＭ制御或いはＰＷＭ／ＰＡＭの切換制御の何れにおいても同等の位相信号を得ることができ、良好なモータ制御を実現することができる。
【００６０】
図７は、ＰＷＭ制御において通流率が１００％の時あるいはＰＡＭ制御において、通電切換後の環流電流が流れている期間が図６の場合より長い場合のブラシレスモータ５の固定子巻線の端子電圧の検出電圧８ａと、比較回路から出力される比較結果情報信号と制御回路内部における位置検出情報の１相分を示している。
【００６１】
通電切換後の所定時間経過の判定に処理４２ｅを設けているため、図６のように通電切換後の環流電流が流れている期間が長く基準電圧近傍で情報信号が変化しない場合でも、信号パターンを変更するため、モータが停止することなく良好なモータ制御が可能である。
【００６２】
そして、このような位相信号生成回路９を使用すると、実際にブラシレスモータ５の固定子巻線に印加されている電圧（端子電圧）からＰＷＭ信号のオン期間とオフ期間を抽出しているために、外部からタイミング調整や補正を行う操作が不要となり、遅延時間を決定する回路定数等が変化しても優れた回転位置検出処理を行うための位相信号を生成することができる。因みに、制御回路６で発生するＰＷＭ信号と実際にブラシレスモータ５の固定子巻線に印加される電圧との間には動作遅れによる遅延時間が発生するために、制御回路６内においてＰＷＭ信号に応じてモータ端子電圧から回転子位置を正確に検出しようとすると、両者間のタイミング調整が必要である。
【００６３】
そして、制御回路６は、ある時刻（タイミング）における固定子巻線の各相の固定子巻線の端子電圧（検出電圧）に応じた位相信号のパターンに基づいて回転子位置を検出（判断）するようにしているので、ノイズによる誤検出を軽減することができる。
【００６４】
また、この制御回路６は、この回転子位置と固定子巻線への現在の通電パターンから次の通電パターンを決めることができるために、ノイズによる誤動作を軽減することができる。
【００６５】
従来の制御装置のようなエッジ割込み処理による回転位置検出では、転流直後に発生するスパイク電圧による誤動作を避けるために位相信号読込禁止区間を設けることが必要であるが、本発明によれば、このような位相信号読込禁止区間は不要となるので、このスパイク電圧の期間を計測することによって環流電流が流れている時間（環流電流が消失するタイミング）を見積ることができ、これを位相制御に活用して広範囲な制御を実現することができるようになる。
【００６６】
ブラシレスモータの運転効率は、図８に示すように、逆起電力に対する通電位相によって変化するために、通電位相は非常に重要な要素である。従って、モータ起動時には最高効率となるように、予めＲＡＭあるいはＲＯＭに格納した情報を使用して通電位相を制御することによってブラシレスモータを高効率で運転することができる。
【００６７】
また、通電位相を外部から制御できるようにすれば、ユーザ側で、モータに合わせた通電位相でブラシレスモータを運転できるようにすることができる。この外部制御のための制御端子は、制御回路６のＡ／Ｄ変換端子，通信用端子，入力ポートなどを使用することができる。
【００６８】
ブラシレスモータの速度制御において、固定子巻線に供給する端子電圧をパルス幅制御することにより速度制御を行うＰＷＭ制御は、通流率が最大値（１００％）に達すると、それ以上に回転速度を高めるための制御を行うことができない。また、固定子巻線に供給する端子電圧の高さを制御することにより速度制御を行うＰＡＭ制御では、端子電圧が最大値に達すると、それ以上に回転速度を高めるための制御を行うことができない。しかしながら、図９に示すように、固定子巻線に供給する端子電圧を同じ値に維持した状態で通電位相を変えることにより回転速度を変えることができる。そして、この通電位相の制御は、位相信号を使用して実現することができる。
【００６９】
従って、ブラシレスモータの固定子巻線電流のＰＷＭ制御および／またはＰＡＭ制御に加えて通電位相制御を行うことによって該モータの回転速度をより広範囲に制御することができる。例えば、ＰＷＭ制御において通流率が最大値に未達の状態あるいはＰＡＭ制御において供給電圧が最大値に未達の状態では、モータの効率が最高になるような通電位相での制御を行い、通流率または供給電圧が最大値に達した後は通電位相を最高効率点よりも進めるような制御を行うことによって、通常は効率重視の運転制御特性とし、高速回転が必要な状態では通電位相を進めて高速性重視の運転制御特性とすることができる。
【００７０】
このような制御装置は、制御回路６と位相信号生成回路９を統合したハイブリットＩＣあるいはインバータ回路４と制御回路６とドライバ７と位相信号生成回路９を統合したインテリジェント型パワーモジュールとして構成することにより、部品点数が減少して取り扱い易い制御装置とすることができる。
【００７１】
ヒートポンプ式の空調機は、圧縮機の回転速度によって冷暖房出力が変化することから、前述したように、ＰＷＭ制御および／またはＰＡＭ制御に加えて通電位相制御されるブラシレスモータを前記圧縮機および／または送風機の駆動源として使用することにより冷暖房能力の高い空調機を実現することができる。しかも、通常の運転領域では効率重視の運転制御を行うことにより、省エネルギー型の空調機とすることができる。
【００７２】
同様に、この制御装置を用いて制御されるブラシレスモータは、冷凍機の圧縮機および／または送風機を駆動する駆動源として使用することにより、冷凍能力に優れた冷凍機を実現することができる。
【００７３】
更に、この制御装置を用いて制御されるブラシレスモータを動力源として撹拌翼や脱水槽を回転させる洗濯機を構成した場合も、同様に、制御性に優れた洗濯機とすることができる。特に、省エネルギー，高速脱水を実現するのに有効である。
【００７４】
その他、本発明になる位相信号生成回路を用いると、容量の大きい電解コンデンサを使用する必要がなくなることに加え、信号レベルを保持する機能を有するために、制御回路に処理速度の遅い安価なマイコンを用いてもブラシレスモータの回転子の位置検出処理が可能となり、インバータ回路及びドライバ回路と一体化することにより、小型かつ安価なインバータ制御回路を実現することができ、これを搭載した空調機及び冷凍機，洗濯機を構成することにより，小型かつ安価で制御性に優れた空調機及び冷凍機，洗濯機を実現することができる。
【００７５】
【発明の効果】
本発明によれば、ブラシレスモータに対して、回転子の磁極位置検出精度が高く、正確な制御を行うことができるようになる。
【００７６】
また、ノイズによる位置検出誤りや通電誤動作を軽減することができ、制御範囲を拡張することができる。
【００７７】
また、ブラシレスモータを効率重視特性で運転制御し、あるいは高速度重視特性で運転制御することができるので、ブラシレスモータを広範囲に制御することができる。
【００７８】
そして、前述した制御装置により制御されるブラシレスモータを動力源として使用することにより高性能の空調機，冷凍機，洗濯機を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるブラシレスモータ駆動装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示した本発明になるブラシレスモータ駆動装置におけるゲート信号作成回路のブロック図である。
【図３】図１に示した本発明になるブラシレスモータ駆動装置における位置検出回路に関わる各信号波形である。
【図４】図１に示した本発明になるブラシレスモータ駆動装置における制御回路が実施する処理フローチャートである。
【図５】図１に示した本発明になるブラシレスモータ駆動装置における位置検出回路に関わるＰＷＭ制御の通流率１００％未満のときの各信号波形である。
【図６】図１に示した本発明になるブラシレスモータ駆動装置における位置検出回路に関わるＰＷＭ制御の通流率１００％及びＰＡＭ制御時の各信号波形である。
【図７】通電切換後の環流電流が流れている期間が長い場合の各信号波形を示す図。
【図８】ブラシレスモータの運転効率特性図である。
【図９】ブラシレスモータの速度特性図である。
【符号の説明】
１…交流電源、２…整流回路、３…平滑回路、４…インバータ回路、５…ブラシレスモータ、６…制御回路、７…ドライバ、８…端子電圧検出器、８ａ…検出電圧、９…位相信号生成回路、９ａ…位相信号、１０…比較回路、１０ａ，１０ｂ…比較結果情報信号、１１…遅延回路、１２…選択保持回路、１３…ゲート信号作成回路、１３ａ…ゲート信号。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレスモータの回転速度を所望の回転速度に制御する制御装置及びこの制御装置を用いて圧縮機や送風機駆動用のブラシレスモータを制御して室内の空気調和を行う空調機、圧縮機や送風機駆動用のブラシレスモータを制御して冷凍を行う冷凍機、撹拌翼や脱水槽駆動用のブラシレスモータを制御して衣類の洗濯を行う洗濯機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石回転子と固定子巻線を組み合わせたブラシレスモータは、メンテナンスの容易さから空調機，冷凍機，洗濯機等に採用されている。
【０００３】
このブラシレスモータの駆動制御は、回転子の磁極位置と通電すべき固定子巻線の位置とを密接に関係付けて行うことが必要である。回転子の磁極位置の検出には、ホール素子等の回転子位置検出センサを用いることなく、回転子磁極との相互作用で固定子巻線に誘起される逆起電圧を利用して該回転子の磁極位置を検出するセンサレス位置検出方式が採用されている。
【０００４】
このような回転子位置検出方式を採用したブラシレスモータ駆動装置としては、例えば、特開平７−１４７７９３ 号公報等に記載されたブラシレスモータ駆動装置がある。このブラシレスモータ駆動装置は、直流電源から出力される直流電圧をインバータ回路を介してブラシレスモータの固定子巻線に供給している。端子電圧検出器は、ブラシレスモータの固定子巻線の端子電圧を分圧して検出電圧として取り出し、これを比較回路に入力する。比較回路は、この検出電圧を基準電圧と比較して位相信号を出力する。
【０００５】
そして、制御装置は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号発生回路からのＰＷＭ信号ＰＳを基にして該ＰＷＭ信号ＰＳがオンからオフに変化するタイミング以降でラッチ動作するようにラッチタイミング信号生成回路によってラッチタイミング信号ＬＳを生成し、固定子巻線の端子電圧に振動が発生した場合でもその振動に影響されずに比較回路からの位相信号をラッチ回路にてラッチして位置検出信号を得ようとするものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のブラシレスモータ駆動装置では、ラッチ回路の出力信号は、比較回路から出力される位相信号から時間ｔｄＤだけ遅れたものとなり、これに基づいて得られる回転子磁極の検出位置は、回転子の磁極の実際の位置から大幅にずれたものとなる。
【０００７】
このように、位置検出信号の検出タイミングが大幅にずれた場合には、ブラシレスモータの固定子巻線電流の転流（通電）位相が遅れ、電流の立ち上がりが遅れると共に巻線電流の切換直前に電流が跳ね上がる形になり、効率の低下と電流の跳ね上がりによる駆動回路への負担増加により回路要素の電流容量の増加が必要となり、コストアップにつながり、あるいはラッチタイミング時に外乱ノイズによって比較回路の出力信号にノイズが重畳していた場合には、本来の位置検出信号から大幅にずれた位相信号をラッチすることになってブラシレスモータを正常に駆動することができずに振動したり停止する課題がある。
【０００８】
また、このような従来のブラシレスモータ駆動装置では、ＰＷＭ信号ＰＳがオンからオフに変化するタイミング以降にラッチ動作を行うものであるために、
ＰＷＭ制御における通流率が１００％の場合には、そのラッチ回路のゲート信号が定義できない、あるいは、いわゆるＰＡＭ制御等の通流率１００％におけるゲート信号が定義できないという課題がある。
【０００９】
本発明の１つの目的は、ブラシレスモータに対して、回転子の磁極位置検出精度が高く、正確な制御を行うことができるブラシレスモータの制御装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、ノイズによる位置検出誤りを軽減することにある。
【００１１】
本発明の更に他の目的は、ノイズによる通電誤動作を軽減することができるブラシレスモータの制御装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の更に他の目的は、制御範囲を拡張することができるブラシレスモータの制御装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の更に他の目的は、ブラシレスモータを効率重視特性で運転制御し、あるいは高速度重視特性で運転制御することができる制御装置を提供することにある。
【００１４】
本発明の更に他の目的は、広い制御範囲のブラシレスモータの制御装置を提供することにある。
【００１５】
本発明の更に他の目的は、通電切換後の環流電流が流れている期間が非常に長い場合でもブラシレスモータを停止することなく、良好な制御を行うことができるブラシレスモータの制御装置を提供することにある。
【００１６】
本発明の更に他の目的は、このように制御されるブラシレスモータを動力源とする機器、特に、空調機，冷凍機，洗濯機を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの特徴は、各相の固定子巻線の端子電圧に基づいて回転子の磁極の位置を検出して該固定子巻線への通電を制御するブラシレスモータの制御装置において、前記端子電圧に応じた検出電圧を基準電圧と比較した比較結果情報信号に基づいてＰＷＭ信号のオン・オフ期間を抽出することにある。
【００１８】
本発明の他の特徴は、固定子巻線の端子電圧に基づいて抽出したＰＷＭ信号のオン期間には前記比較結果情報信号をそのまま位相信号として出力し、オフ期間にはオフになる直前の比較結果情報信号を保持して位相信号として出力するようにしたことにある。
【００１９】
本発明の他の特徴は、複数相の固定子巻線の端子電圧の比較結果情報信号のパターンに基づいて回転子の位置を検出することにある。
【００２０】
本発明の他の特徴は、複数相の固定子巻線の端子電圧の比較結果情報信号のパターンに基づいて固定子巻線への通電パターンを決定することにある。
【００２１】
本発明の他の特徴は、複数相の固定子巻線の端子電圧の比較結果情報信号のパターンに基づいて通電切換後の環流電流が流れている期間を検出することにある。
【００２２】
本発明の他の特徴は、通電切換後の環流電流が消失した後に、位置検出のために照合する位相信号パターンを更新する処理を行うことにある。
【００２３】
本発明の他の特徴は、通電切換後、所定の時間が経過したときに、位置検出のために照合する位相信号パターンを更新する処理を行うことにある。
【００２４】
本発明の他の特徴は、比較結果情報信号のパターンに基づいて回転子位置を検出し、メモリに格納された通電位相情報または外部からの位相制御指令に従って通電位相の切り換えを行うことにある。
【００２５】
本発明の他の特徴は、ＰＷＭ制御領域では運転効率を重視した位相制御を行い、高速回転重視制御領域では通電位相を進める制御を行うことにある。
【００２６】
そして本発明の更に他の特徴は、前述したような制御装置によって制御されるブラシレスモータを動力源とする空調機または冷凍機または洗濯機にある。
【００２７】
本発明の更に他の特徴は、ブラシレスモータと、ブラシレスモータを制御する制御装置とを有するブラシレスモータシステムであって、制御装置は、ブラシレスモータの固定子巻線の電圧に基づいて、ブラシレスモータの回転子位置を検出することにある。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のブラシレスモータの制御装置と該制御装置によって駆動制御されるブラシレスモータを使用した機器の実施形態について、図１〜図９を用いて説明する。
【００２９】
図１は、本発明になるブラシレスモータ駆動装置の一実施形態を示すブロック図である。このブラシレスモータ駆動装置は、交流電源１からの交流電圧を整流する整流回路２と、その整流出力電圧を平滑して直流電圧にする平滑回路３と、直流電圧を任意のパルス幅の交流電圧に変換してブラシレスモータ５の固定子巻線に供給することにより該ブラシレスモータ５を回転させるインバータ回路４と、速度指令信号ＳＶに応じて前記ブラシレスモータ５の制御処理を行う制御回路（ワンチップマイコンまたはハイブリットＩＣ）６と、この制御回路６に従ってインバータ回路４を駆動するドライバ７と、端子電圧検出器８から得られるブラシレスモータ５の固定子巻線の各相の端子電圧（＝逆起電力）に応じた検出電圧８ａに基づいて該ブラシレスモータ５の回転子の磁極の位置情報である位相信号９ａを生成して前記制御回路６に供給する位相信号生成回路９を備えている。
【００３０】
前記位相信号生成回路９は、基本的には、ＰＷＭ信号がオンのときは、ブラシレスモータ５の各相の端子電圧に対応する検出電圧８ａに対する比較回路１０からの比較結果情報信号１０ｂを位相信号９ａとして出力し、ＰＷＭ信号がオフのときは、ＰＷＭ信号がオフする直前の比較結果情報信号１０ｂを保持して位相信号９ａとして出力する回路手段である。そして、この位相信号生成回路９は、ブラシレスモータ５の固定子巻線の各相の端子電圧に対応する検出電圧８ａを基準電圧と比較する比較回路１０と、この比較回路１０から出力される各相の比較結果情報信号１０ｂを遅延させる遅延回路１１と、この遅延回路１１からの出力信号１１ａに基づいて生成した位相信号９ａを前記制御回路６に出力する選択保持回路１２と、この選択保持回路１２の動作特性を制御するためのゲート信号１３ａを前記比較回路１０から出力される比較結果情報信号１０ａに基づいて作成するゲート信号作成回路１３を備える。
【００３１】
前記比較回路１０は、ブラシレスモータ５の固定子巻線の各相の端子電圧に応じた検出電圧８ａを基準電圧と比較する回路であり、各相毎の比較結果情報信号１０ａ，１０ｂを出力する。ここで、比較に使用する基準電圧は、ブラシレスモータ５の固定子巻線の中性点電圧あるいは平滑回路３から出力される直流電圧の１／２の電圧とする。
【００３２】
前記ゲート信号作成回路１３は、前記比較回路１０から出力される比較結果情報信号１０ａに基づいて論理処理によりＰＷＭ制御のオン期間あるいはオフ期間を抽出し、前記選択保持回路１２において、そのときの検出電圧８ａを反映した位相信号を出力するかＰＷＭ信号がオフになる前の信号レベルを保持して位相信号として出力するかを選択するためのゲート信号１３ａを作成して出力する機能を備えている。検出電圧８ａの電圧レベルが一般的な論理回路で処理できるレベルにあるときには、この検出電圧８ａから直接的にゲート信号を作成するようにすることもできる。
【００３３】
前記遅延回路１１は、前記選択保持回路１２で信号を選択保持するときの動作タイミングと整合するように、前記比較回路１０から出力される各相の比較結果情報信号１０ｂを遅延させる機能手段である。この遅延回路１１は、具体的には、選択保持回路１２に入力する信号１１ａと該選択保持回路１２の動作（ゲート信号１３ａ）のタイミングを調整するためのものであるから、比較回路１０とゲート信号作成回路１３の回路定数を考慮して比較結果情報信号１０ｂとゲート信号１３ａが整合するようにすることにより、省略することもできる。
【００３４】
前記選択保持回路１２は、前記遅延回路１１からの出力信号１１ａを前記ゲート信号作成回路１３から与えられるゲート信号１３ａに従って、それぞれの出力信号１１ａをそのまま位相信号９ａとして出力するか、ゲート信号１３ａが変化する前の信号レベルを保持して位相信号９ａとして出力するかを選択する機能手段である。
【００３５】
図２は、前記ゲート信号作成回路１３の具体的な構成を例示したブロック図である。例示したゲート信号作成回路１３は、論理素子の組み合わせによって構成し、各相の比較結果情報信号１０ａをＶｕ，Ｖｖ，Ｖｗとして入力し、論理式
（数１）の論理処理結果（出力Ｘ）をゲート信号１３ａとして出力する構成である。従って、（数１）を満たす論理回路であれば、他の構成であっても同様に使用することができる。
【００３６】
【数１】
図３は、前記制御回路６及び位相信号生成回路９における信号波形を示している。図３において、（ａ）は、前記制御回路６が出力するＰＷＭ信号である。これに対して、（ｂ）は、ドライバ７及びインバータ回路４の影響によりそれぞれ立上り時にはｔｄＯＮ ，立下り時にはｔｄＯＦＦの遅延を反映したブラシレスモータ５の固定子巻線の端子電圧の検出電圧波形である。（ｃ）は、比較回路１０が出力する比較結果情報信号１０ａ，１０ｂであり、（ｄ）は、比較結果情報信号１０ａに基づいてゲート信号作成回路１３が作成したゲート信号１３ａである。
【００３８】
選択保持回路１２は、（ｅ）に示すように、前記ゲート信号１３ａに従って該信号１３ａがハイレベルのときには遅延回路１１の出力信号１１ａを反映し、ローレベルのときには該ローレベルになる直前の信号レベルを保持した波形の位相信号９ａを出力する。
【００３９】
図４は、前記位相信号９ａに対する前記制御回路６の内部処理の一例を示している。処理４１は、ブラシレスモータの速度制御等を含むモータ制御の主な処理である。処理４２は、回転子位置検出に関わる信号処理、処理４３は、前記処理４２によって決定された回転子位置に従ってインバータ回路４のスイッチング動作を決定するドライブ処理、処理４４は、位置検出処理に基づいたドライブ処理に関わる準備フラグのクリア処理、処理４５は、位相信号パターンの２回一致を判定する一致フラグのクリア処理である。ここで、処理４３のドライブ処理は、位相補正で調整される所定の時間経過後に通電切換可能な処理である。
【００４０】
前記処理４２は、周期的に前記位相信号９ａを読み込んで該位相信号９ａを基にして回転子位置を検出（決定）する処理である。この回転子の位置の検出は、回転子の位置によって位相信号９ａが所定の信号パターンを呈することから、位相信号９ａのパターンを所定の信号パターンと照合することにより行うものである。
【００４１】
処理４２ａは、回転子位置検出に関わる信号処理に電気角３０度期間中，電気角６０度期間中，電気角１２０度期間中，電気角３６０度期間中，機械角３６０度期間中等に処理を何回行ったかを管理するカウント処理である。その他、所定時間の経過も管理可能なカウント処理である。
【００４２】
処理４２ｂは、各相の位相信号９ａを読み込む処理である。この時、位相信号９ａを読み込んだタイミングを知る上で、制御回路６からＨＩレベルあるいは
ＬＯＷレベルの信号等を出力することが、制御装置の動作を確認する上で有効である。
【００４３】
処理４２ｃは、中電切換後、所定の時間が経博したか否かを判定する処理で、判定には、内部のタイマあるいは前記処理４２ａ等で得られたカウント値より判定する。
【００４４】
処理４２ｄは、次回の通電制御処理に必要な所定の信号パターンが設定されているか否かを判定する分岐処理である。
【００４５】
処理４２ｅは、前記処理４２ｄにおいて、次回の通電処理に必要な所定の信号パターンが設定されていないと判定した場合に、次回の通電制御処理のための所定の信号パターンを更新・設定する処理である。処理４２ｅは、所定の信号パターンが更新されたことを表す準備フラグを設定する処理であり、処理４２ｆは、位置した信号パターンが１回目であるか否かを判定する際に使用するフラグのクリア処理である。
【００４６】
処理４２ｈは、処理４２ｂで読み込んだ各位相信号９ａのパターンを回転子位置によって決まる所定の信号パターンと照合する。
【００４７】
処理４２ｉは、信号パターンが一致していた場合には処理４２ｋに進み、信号パターンが一致していない場合には処理４２ｊへジャンプする。
【００４８】
処理４２ｊは、一致した信号パターンが２回一致したか否かを判定する際に使用するフラグをクリアする処理を行う。
【００４９】
処理４２ｋは、その一致した信号が２回一致したか否かを判定する分岐処理である。処理４２１は、一致フラグがオフで信号パターンが一致したときに、一致フラグをオンにする処理である。処理４２ｍは、次回の通電制御処理に必要な所定の信号パターンが設定されているか否かを判定する分岐処理である。
【００５０】
処理４２ｎは、前記処理４２ｍにおいて、次回の通電処理に必要な所定の信号パターンが設定されていないと判定した場合に、次回の通電制御処理のための所定の信号パターンを更新・設定する処理である。処理４２ｏは、所定の信号パターンが更新されたことを表す準備フラグを設定する処理であり、処理４２ｐは、一致した信号パターンが１回目であるか否かを判定する際に使用するフラグのクリア処理である。つまり、前記処理４２ｅあるいは前記処理４２ｎで所定の信号パターンが更新された後に前記処理４２ｂで読み込んだ位相信号９ａの信号パターンが２回一致したときに、この回転位置に適切な通電パターンを決定してドライブ処理４３を行うことになる。
【００５１】
ここで、処理４２ｄ〜処理４２ｇと処理４２ｎ〜処理４２ｐまでが同等であるため、サブルーチン化することによりプログラムの増加を最小限に押さえると同時に通電切換後の環流期間が長い場合でも良好にブラシレスモータの制御ができる。
【００５２】
図５は、ＰＷＭ制御において通流率が１００％未満の時のブラシレスモータ５の固定子巻線の各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の端子電圧の検出８ａと、ＰＷＭ信号，比較回路から出力される各相の比較結果情報信号，制御回路６で読み込まれたＰＷＭオン時の情報信号パターン，制御回路内部で認識される位置検出情報を示している。
【００５３】
図５を参照して図４に示したアルゴリズムを用いた制御処理を行うと、図５におけるｔ１及びｔ３に示すように通電パターンの切り換え直後にｔ２及びｔ４と同等の位相信号が現れる場合でも誤判定を防止することができると共に通電パターン切り換え直後に流れる環流電流の影響を受けることなく、良好に位相信号を得ることができ良好に通電切り換えを行うことできる。
【００５４】
また、図４を参照して説明した処理４２ｅ及び処理４２ｎにおいて信号パターン更新後に、図３の（ｂ）に示すように、基準点近傍で信号が振動した場合には、図３（ｃ）に示すように振動した信号が出力され、前記処理４１から周期的な処理４２へ移ったときに、図３（ｄ）におけるタイミングで処理４２が行われ、（ｅ）のタイミングで処理４２ｂが行われ、処理４２ｈで信号パターンの照合が行われ、処理４２ｉでパターン一致により処理４２ｋへ進む。このとき、今の通電期間中において、１回目のパターン一致であり、一致フラグはオフとなっているために、処理４２ｋから処理４２ｌへ分岐する。その後、図３の（ｇ）ｔｄのタイミングで再度処理４２ｂが行われ、この処理４２ｈが行われた後に、処理
４２ｉでは信号パターンが一致しないために処理４２ｊへ分岐し、一致フラグをクリアして処理４１へ戻る。
【００５５】
更に、前記処理４１から周期的な処理４２へ移った際、図３（ｃ）における
ｔｃのタイミングで処理４２ｂが行われ、前記同様に、処理４２ｌまで実行され、図３（ｃ）におけるｔｄのタイミングで処理４２ｂから処理４２ｋが実行され、一致フラグがＯＮであるため処理４２ｍを経て処理４３へと進み、回転子位置に適したドライブ処理が行われる。
【００５６】
この位相信号生成回路９と位置検出アルゴリズムを用いると、パルス状のノイズが入った場合でも良好に回転子位置を検出し、良好なモータ制御が可能である。また、この実施形態では、位相信号９ａの２回のパターン一致がドライブ処理へ進む条件としたが、それ以外の複数回一致でも有効であると共に、ブラシレスモータ５の固定子巻線の端子電圧に現れるノイズや振動を抑制することで省略しても有効である。
【００５７】
図６は、ＰＷＭ制御において通流率が１００％のとき或いはパルス振幅変調
（ＰＡＭ）制御のときのブラシレスモータ５の固定子巻線の端子電圧の検出電圧８ａと、比較回路１０から出力される比較結果情報信号１０ａ，１０ｂと、ゲート信号作成回路１３から出力されるゲート信号１３ａと、選択保持回路１２から出力される位相信号９ａの１相分を示している。
【００５８】
この位相信号生成回路９を用いると、ＰＷＭ信号がオンのときは、比較結果情報信号１０ｂが位相信号９ａにそのまま反映され、オフのときは、オフする直前の信号を保持するために、ＰＷＭ制御におけるチョッピング動作が行われているか否かに関わらず、同様の位相信号９ａを得ることができ、ＰＡＭ制御においても良好なモータ制御が可能である。
【００５９】
また、この実施形態では、出力電圧可変型の整流回路２を使用した構成においても、そのときの出力電圧に応じて比較回路１０の基準電圧が可変するために、ＰＷＭ制御及びＰＡＭ制御或いはＰＷＭ／ＰＡＭの切換制御の何れにおいても同等の位相信号を得ることができ、良好なモータ制御を実現することができる。
【００６０】
図７は、ＰＷＭ制御において通流率が１００％の時あるいはＰＡＭ制御において、通電切換後の環流電流が流れている期間が図６の場合より長い場合のブラシレスモータ５の固定子巻線の端子電圧の検出電圧８ａと、比較回路から出力される比較結果情報信号と制御回路内部における位置検出情報の１相分を示している。
【００６１】
通電切換後の所定時間経過の判定に処理４２ｅを設けているため、図６のように通電切換後の環流電流が流れている期間が長く基準電圧近傍で情報信号が変化しない場合でも、信号パターンを変更するため、モータが停止することなく良好なモータ制御が可能である。
【００６２】
そして、このような位相信号生成回路９を使用すると、実際にブラシレスモータ５の固定子巻線に印加されている電圧（端子電圧）からＰＷＭ信号のオン期間とオフ期間を抽出しているために、外部からタイミング調整や補正を行う操作が不要となり、遅延時間を決定する回路定数等が変化しても優れた回転位置検出処理を行うための位相信号を生成することができる。因みに、制御回路６で発生するＰＷＭ信号と実際にブラシレスモータ５の固定子巻線に印加される電圧との間には動作遅れによる遅延時間が発生するために、制御回路６内においてＰＷＭ信号に応じてモータ端子電圧から回転子位置を正確に検出しようとすると、両者間のタイミング調整が必要である。
【００６３】
そして、制御回路６は、ある時刻（タイミング）における固定子巻線の各相の固定子巻線の端子電圧（検出電圧）に応じた位相信号のパターンに基づいて回転子位置を検出（判断）するようにしているので、ノイズによる誤検出を軽減することができる。
【００６４】
また、この制御回路６は、この回転子位置と固定子巻線への現在の通電パターンから次の通電パターンを決めることができるために、ノイズによる誤動作を軽減することができる。
【００６５】
従来の制御装置のようなエッジ割込み処理による回転位置検出では、転流直後に発生するスパイク電圧による誤動作を避けるために位相信号読込禁止区間を設けることが必要であるが、本発明によれば、このような位相信号読込禁止区間は不要となるので、このスパイク電圧の期間を計測することによって環流電流が流れている時間（環流電流が消失するタイミング）を見積ることができ、これを位相制御に活用して広範囲な制御を実現することができるようになる。
【００６６】
ブラシレスモータの運転効率は、図８に示すように、逆起電力に対する通電位相によって変化するために、通電位相は非常に重要な要素である。従って、モータ起動時には最高効率となるように、予めＲＡＭあるいはＲＯＭに格納した情報を使用して通電位相を制御することによってブラシレスモータを高効率で運転することができる。
【００６７】
また、通電位相を外部から制御できるようにすれば、ユーザ側で、モータに合わせた通電位相でブラシレスモータを運転できるようにすることができる。この外部制御のための制御端子は、制御回路６のＡ／Ｄ変換端子，通信用端子，入力ポートなどを使用することができる。
【００６８】
ブラシレスモータの速度制御において、固定子巻線に供給する端子電圧をパルス幅制御することにより速度制御を行うＰＷＭ制御は、通流率が最大値（１００％）に達すると、それ以上に回転速度を高めるための制御を行うことができない。また、固定子巻線に供給する端子電圧の高さを制御することにより速度制御を行うＰＡＭ制御では、端子電圧が最大値に達すると、それ以上に回転速度を高めるための制御を行うことができない。しかしながら、図９に示すように、固定子巻線に供給する端子電圧を同じ値に維持した状態で通電位相を変えることにより回転速度を変えることができる。そして、この通電位相の制御は、位相信号を使用して実現することができる。
【００６９】
従って、ブラシレスモータの固定子巻線電流のＰＷＭ制御および／またはＰＡＭ制御に加えて通電位相制御を行うことによって該モータの回転速度をより広範囲に制御することができる。例えば、ＰＷＭ制御において通流率が最大値に未達の状態あるいはＰＡＭ制御において供給電圧が最大値に未達の状態では、モータの効率が最高になるような通電位相での制御を行い、通流率または供給電圧が最大値に達した後は通電位相を最高効率点よりも進めるような制御を行うことによって、通常は効率重視の運転制御特性とし、高速回転が必要な状態では通電位相を進めて高速性重視の運転制御特性とすることができる。
【００７０】
このような制御装置は、制御回路６と位相信号生成回路９を統合したハイブリットＩＣあるいはインバータ回路４と制御回路６とドライバ７と位相信号生成回路９を統合したインテリジェント型パワーモジュールとして構成することにより、部品点数が減少して取り扱い易い制御装置とすることができる。
【００７１】
ヒートポンプ式の空調機は、圧縮機の回転速度によって冷暖房出力が変化することから、前述したように、ＰＷＭ制御および／またはＰＡＭ制御に加えて通電位相制御されるブラシレスモータを前記圧縮機および／または送風機の駆動源として使用することにより冷暖房能力の高い空調機を実現することができる。しかも、通常の運転領域では効率重視の運転制御を行うことにより、省エネルギー型の空調機とすることができる。
【００７２】
同様に、この制御装置を用いて制御されるブラシレスモータは、冷凍機の圧縮機および／または送風機を駆動する駆動源として使用することにより、冷凍能力に優れた冷凍機を実現することができる。
【００７３】
更に、この制御装置を用いて制御されるブラシレスモータを動力源として撹拌翼や脱水槽を回転させる洗濯機を構成した場合も、同様に、制御性に優れた洗濯機とすることができる。特に、省エネルギー，高速脱水を実現するのに有効である。
【００７４】
その他、本発明になる位相信号生成回路を用いると、容量の大きい電解コンデンサを使用する必要がなくなることに加え、信号レベルを保持する機能を有するために、制御回路に処理速度の遅い安価なマイコンを用いてもブラシレスモータの回転子の位置検出処理が可能となり、インバータ回路及びドライバ回路と一体化することにより、小型かつ安価なインバータ制御回路を実現することができ、これを搭載した空調機及び冷凍機，洗濯機を構成することにより，小型かつ安価で制御性に優れた空調機及び冷凍機，洗濯機を実現することができる。
【００７５】
【発明の効果】
本発明によれば、ブラシレスモータに対して、回転子の磁極位置検出精度が高く、正確な制御を行うことができるようになる。
【００７６】
また、ノイズによる位置検出誤りや通電誤動作を軽減することができ、制御範囲を拡張することができる。
【００７７】
また、ブラシレスモータを効率重視特性で運転制御し、あるいは高速度重視特性で運転制御することができるので、ブラシレスモータを広範囲に制御することができる。
【００７８】
そして、前述した制御装置により制御されるブラシレスモータを動力源として使用することにより高性能の空調機，冷凍機，洗濯機を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるブラシレスモータ駆動装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示した本発明になるブラシレスモータ駆動装置におけるゲート信号作成回路のブロック図である。
【図３】図１に示した本発明になるブラシレスモータ駆動装置における位置検出回路に関わる各信号波形である。
【図４】図１に示した本発明になるブラシレスモータ駆動装置における制御回路が実施する処理フローチャートである。
【図５】図１に示した本発明になるブラシレスモータ駆動装置における位置検出回路に関わるＰＷＭ制御の通流率１００％未満のときの各信号波形である。
【図６】図１に示した本発明になるブラシレスモータ駆動装置における位置検出回路に関わるＰＷＭ制御の通流率１００％及びＰＡＭ制御時の各信号波形である。
【図７】通電切換後の環流電流が流れている期間が長い場合の各信号波形を示す図。
【図８】ブラシレスモータの運転効率特性図である。
【図９】ブラシレスモータの速度特性図である。
【符号の説明】
１…交流電源、２…整流回路、３…平滑回路、４…インバータ回路、５…ブラシレスモータ、６…制御回路、７…ドライバ、８…端子電圧検出器、８ａ…検出電圧、９…位相信号生成回路、９ａ…位相信号、１０…比較回路、１０ａ，１０ｂ…比較結果情報信号、１１…遅延回路、１２…選択保持回路、１３…ゲート信号作成回路、１３ａ…ゲート信号。
Claims (12)
- ブラシレスモータの複数相の固定子巻線の端子電圧に応じた検出電圧を発生する電圧検出手段と、基準電圧を発生する基準電圧発生手段と、前記検出電圧と基準電圧とを比較して比較結果情報信号を出力する比較手段と、前記比較手段から出力される比較結果情報信号に基づいて回転子の位置を検出して通電信号を出力する制御手段と、この通電信号に基づいて前記固定子巻線に通電する出力手段とを備えたブラシレスモータの制御装置において、
前記制御手段は、複数相の比較結果情報信号のパターンに基づいて回転子の位置を検出することを特徴とするブラシレスモータの制御装置。 - ブラシレスモータの複数相の固定子巻線の端子電圧に応じた検出電圧を発生する電圧検出手段と、基準電圧を発生する基準電圧発生手段と、前記検出電圧と基準電圧とを比較して比較結果情報信号を出力する比較手段と、前記比較手段から出力される比較結果情報信号に基づいて回転子の位置を検出して通電信号を出力する制御手段と、この通電信号に基づいて前記固定子巻線に通電する出力手段とを備えたブラシレスモータの制御装置において、
前記制御手段は、複数相の比較結果情報信号のパターンに基づいて前記固定子巻線への通電パターンを決定するようにしたことを特徴とするブラシレスモータの制御装置。 - ブラシレスモータの複数相の固定子巻線の端子電圧に応じた検出電圧を発生する電圧検出手段と、基準電圧を発生する基準電圧発生手段と、前記検出電圧と基準電圧とを比較して比較結果情報信号を出力する比較手段と、この比較結果情報信号に基づいてブラシレスモータの回転子の回転位置を検出し、この回転位置に応じて固定子巻線に対する通電信号を発生する制御手段と、この通電信号に基づいて前記固定子巻線に通電する出力手段とを備えたブラシレスモータの制御装置において、
前記制御手段は、前記比較結果情報信号のパターンに基づいて通電切換後の環流電流が流れている期間を検出することを特徴とするブラシレスモータの制御装置。 - ブラシレスモータの複数相の固定子巻線の端子電圧に応じた検出電圧を発生する電圧検出手段と、基準電圧を発生する基準電圧発生手段と、前記検出電圧と基準電圧とを比較して比較結果情報信号を出力する比較手段と、前記比較手段から出力される比較結果情報信号に基づいて位相信号を得てこの位相信号のパターンに基づいて回転子の位置を検出して通電信号を出力する制御手段と、この通電信号に基づいて前記固定子巻線に通電する出力手段とを備えたブラシレスモータの制御装置において、
通電切換後の環流電流が消失した後に、位置検出のために照合する位相信号パターンを更新する処理を行うようにしたことを特徴とするブラシレスモータの制御装置。 - ブラシレスモータの複数相の固定子巻線の端子電圧に応じた検出電圧を発生する電圧検出手段と、基準電圧を発生する基準電圧発生手段と、前記検出電圧と基準電圧とを比較して比較結果情報信号を出力する比較手段と、この比較結果情報信号に基づいてブラシレスモータの回転子の回転位置を検出し、この回転位置に応じて固定子巻線に対する通電信号を発生する制御手段と、この通電信号に基づいて前記固定子巻線に通電する出力手段とを備えたブラシレスモータの制御装置において、
前記制御手段は、前記比較結果情報信号のパターンに基づいて回転子位置を検出し、メモリに格納された通電位相情報に従って通電位相の切り換えを行うことを特徴とするブラシレスモータの制御装置。 - ブラシレスモータの複数相の固定子巻線の端子電圧に応じた検出電圧を発生する電圧検出手段と、基準電圧を発生する基準電圧発生手段と、前記検出電圧と基準電圧とを比較して比較結果情報信号を出力する比較手段と、この比較結果情報信号に基づいてブラシレスモータの回転子の回転位置を検出し、この回転位置に応じて固定子巻線に対する通電信号を発生する制御手段と、この通電信号に基づいて前記固定子巻線に通電する出力手段とを備えたブラシレスモータの制御装置において、
前記制御手段は、前記比較結果情報信号のパターンに基づいて回転子位置を検出し、外部からの位相制御指令に従って通電位相の切り換えを行うことを特徴とするブラシレスモータの制御装置。 - 請求項６において、前記制御手段は、外部からの位相制御指令を入力する端子として、Ａ／Ｄ変換端子または通信用端子または入力ポートを使用することを特徴とするブラシレスモータの制御装置。
- 請求項１〜７の１項において、前記制御手段は、複数の入出力ポートを有するマイコンで構成したことを特徴とするブラシレスモータの制御装置。
- 請求項１〜７の１項において、前記制御手段は、複数の入出力ポートを有するハイブリッドＩＣで構成したことを特徴とするブラシレスモータの制御装置。
- 請求項１〜９の１項に記載したブラシレスモータの制御装置によって運転制御されるブラシレスモータを動力源とする圧縮機および／または送風機を使用して構成したことを特徴とする空調機。
- 請求項１〜９の１項に記載したブラシレスモータの制御装置によって運転制御されるブラシレスモータを動力源とする圧縮機および／または送風機を使用して構成したことを特徴とする冷凍機。
- 請求項１〜９の１項に記載したブラシレスモータの制御装置によって運転制御されるブラシレスモータを動力源として使用して構成したことを特徴とする洗濯機。
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-
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