JP3696068B2 - Brushless motor drive device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、N相の巻線を有するステータ及び永久磁石からなるロータとを有するファン用のブラシレスモータの誘起電圧に基づいて転流動作を行うブラシレスモータの駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
冷蔵庫などに用いられるファンモータは、冷蔵庫中において負荷がほぼ一定条件で回転し、略一定速度で運転されるものが一般的であり、インバータ回路により駆動するブラシレスモータが使用されている。このブラシレスモータを駆動するための駆動装置は、ロータの回転位置を検出する必要がある。
【0003】
3相のブラシレスモータの駆動装置は、センサレスのタイプにおいては、ロータの回転位置を検出するため、コンパレータ等の比較回路を用いて3相巻線の各相の誘起電圧と基準電圧とを比較して両者の一致するタイミングを検出し、この信号の電気角60°毎に各相から順次入力されるゼロクロス点の時間間隔を元に次の通電切替タイミングを決定し、転流動作を行っている。
【0004】
図3は、従来例であるところの3相のブラシレスモータの駆動装置が進み角を0°としている場合において、電気角30°のオーバーラップ通電を行うタイミングチャートを示している。
この例は、マイクロコンピュータ等で構成される駆動装置内部が1つのファンモータに対して3ch(チャンネル)の割込みを独立に処理できるように構成されており、位置検出割込みに伴う位置検出信号が入力されることにより、各種割込みを行う時間を決定している。
【0005】
すなわち、過去にブラシレスモータのロータの回転した電気角60°に到達した時間間隔(図3,▲1▼で示す電気角の時間)を検出すると、駆動装置は、ブラシレスモータのステータに対するロータの位置確認を行い、転流割込みをする際の30°の通電切替タイミング(電気角30°の時間)に対して(電気角60°に到達した時間間隔)÷2の計算を行って代入することにより1chのタイマに設定する(図3,▲2▼で示す電気角の時間)。また同時に、駆動装置に対する位置検出信号の入力を許可する時間を(電気角30°の時間)÷2+(電気角30°の時間)の計算を行い2chのタイマに設定する(図3,▲3▼で示す電気角の時間)。また同時にオーバーラップ通電を開始する。その後、1chのタイマで計算された時間が経過するとそのタイマ割込みにより、駆動装置は、通電する相の切替を行うことになる。その後、2chのタイマで計算された時間が経過するとそのタイマ割込みにより、駆動装置は位置検出割込みの許可を行う。その後、電気角120°において位置検出信号を入力する(図3,▲4▼で示す電気角の時間)ことにより、駆動装置は、再度ブラシレスモータのステータに対するロータの位置検出を行い、位置検出割込みの許可を禁止し、次の電気角60°間の処理を順次繰り返し行うことによりブラシレスモータを駆動するものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来構成においては次のような問題があった。
すなわち上記構成のものでは、ファンモータを1つ回転制御するために使用する駆動装置の構成として転流割込みに使用するタイマを1ch、位置検出開始割込みに使用するタイマを1ch、次回の位置検出割込み処理に対して1chをそれぞれ占有するため、駆動装置は、ファンモータ1つに対して合計3chの割込みに対応する処理をこなす必要がある。特に冷蔵庫内部に設置されるファンモータを制御する際には、駆動装置は、2000rpm程度で高速に制御する必要を生じると共に、冷凍室用のファンモータ,冷蔵室用のファンモータ,及びコンプレッサ冷却用のファンモータの合計3個分のファンモータを制御するため、(3個×3ch)=9つの割込みを処理できる必要を生じ、これにより駆動装置のコストが上昇してしまうという問題を生じる。
【0007】
また、特に冷蔵庫内のファンモータを駆動する装置としての用途で用いる場合に、現行で標準品として用いられている4極モータではコギング等に起因した騒音が大きいため、その騒音低減を目的に6極以上のブラシレスモータを使用する。その場合、極数が増せば電気角に対する機械角の割合が小さくなり、同一回転数でモータを回転した場合に極数が多いほど駆動装置内部で行う処理をすばやく行う必要性を生じる。すなわちそのような状況下においても処理可能な駆動装置を構成する必要があり、前述と同様にコストが上昇してしまうという問題を生じる。
【0008】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ファンモータの設置個数やその極数を増しても独立に動作する割込みの多数のch(チャンネル)を使用する必要をなくすと共に、ファンモータの騒音を抑え、安定して動作させることのできる安価なブラシレスモータの駆動装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために請求項1記載のブラシレスモータの駆動装置は、N相(Nは2以上の整数)の巻線を有するステータ及び永久磁石からなるロータとを有するファン用のブラシレスモータを複数駆動制御するブラシレスモータの駆動装置において、
前記複数のブラシレスモータのそれぞれに対して、
前記N相の巻線に通電するためのインバータ回路と、
このインバータ回路に直流電圧を印加する電源回路と、
前記電源回路の直流電圧から基準電圧を生成する基準電圧生成手段と、
この基準電圧生成手段の基準電圧と前記N相の巻線の誘起電圧とを比較した結果を出力する比較手段とを設けると共に、
前記複数のブラシレスモータのそれぞれに対してタイマを1ch有し、前記複数のブラシレスモータについてそれぞれ、前記比較手段の比較出力に基づいて誘起電圧のゼロクロス点を複数個毎に検出するように位置検出割込みを行うと共に、次回の位置検出割込みを開始するまでの間の前記N相の巻線への通電切替タイミングを前記タイマにより設定して順次割込みを行うことにより転流動作を行う制御手段とを設け、前記制御手段は、通電切替タイミングからの予め設定された時間の経過を前記タイマにより検出し当該検出時間後に前記位置検出割込みの信号入力を許可することに特徴を有する。
【0010】
このような構成によれば、次のように作用する。インバータ回路により所定の通電パターンに従ってファン用のブラシレスモータの各相の巻線に2相通電すると、通電されていない巻線の端子には誘起電圧が発生する。比較手段は、その誘起電圧と電源回路を介して基準電圧生成手段で生成された基準電圧とを比較する。制御手段は、その比較出力における誘起電圧のゼロクロス点を割込み処理の負担を軽減するように複数個毎に検出し、次回の位置検出割込みを開始するまでの間の通電切替タイミングを決定して転流動作を行うことになる。例えば3相の巻線の誘起電圧のゼロクロス点は電気角60°毎に検出されるが、制御手段は、複数回(例えば2回であれば電気角120°)毎に検出する。すなわち本駆動装置によれば、制御手段が処理する多数の割込み処理の競合する確率を低下させ、インバータ回路を駆動する際に制御手段の割込み処理に要する負担を軽減させることができる。したがって、特に負荷変動が少なく一定の回転数を保つ頻度の高いファン用のブラシレスモータを駆動するときは、複数のブラシレスモータや極数の多いブラシレスモータを同時に駆動させることができる。
【0014】
さらに、制御手段は位置検出割込みの開始タイミングを計算により求める処理を行う必要がないため、制御手段が処理する割込み処理に要する負担を軽減させることができ、複数のファン用のブラシレスモータを同時回転制御する際に、特に割込み優先順位の低いファン用のブラシレスモータの位置検出割込みの開始タイミングが位置検出のタイミングに対して遅れることを防ぐことができ、また、より高速に制御することが可能である。
【0015】
さらに、制御手段を、誘起電圧のゼロクロス点の複数回毎の検出時間間隔を平均した値に基づいて位置検出割込みの開始タイミング及び通電切替タイミングを設定するように構成することが望ましい(請求項2)。
【0016】
このような構成によれば、ロータの位置検出時において、誘起電圧のゼロクロス点の本来検出されるべき時間からのノイズ等による突発的な誤差を生じた場合に、その誤差を吸収するように検出時間間隔を算出することができ、位置検出割込みの開始タイミング及び通電切替タイミングを精度良く設定することができる。
【0017】
さらには制御手段を、ブラシレスモータに対して、オーバーラップ通電を行うことにより駆動制御するように構成することも可能である(請求項3)。
【0018】
このような構成によれば、各相に対して除々に通電切替がなされるので、冷蔵庫内のファン用のブラシレスモータにより引き起こされる騒音を低減することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図1及び図2を参照して説明する。
図1は、本実施形態の電気的構成を示すものである。本実施形態においては、冷凍室用のファンモータであるブラシレスモータ1a,冷蔵室用のファンモータであるブラシレスモータ1b,及びコンプレッサ冷却用のファンモータであるブラシレスモータ1cを回転する駆動装置について示し、これらブラシレスモータ1a,1b,1cは、夫々U相,V相,W相のセンサレスのブラシレスモータの構造となっている。図1に示したブラシレスモータの駆動装置は、図示しない電源回路,制御手段としての制御回路2,ドライブ回路3a,3b,3c,インバータ回路4a,4b,4c,基準電圧生成手段としての分圧回路5a,5b,5c,比較手段としての比較回路6a,6b,6cを主体として構成されている。
【0020】
尚、ブラシレスモータ1a,1b,1cの駆動装置を構成する制御回路2以外の構成は略同一のため、一つのブラシレスモータ1aに対する駆動装置の構成について示し、ブラシレスモータ1b,1cの駆動装置を構成する回路の同一部分に付いては同一符号に異なる添え字を用いて同一図面に示し、その構成作用説明を省略する。異なる部分に付いてはその都度記述する。
【0021】
この図1のブラシレスモータ1aを駆動する部位において、電源回路は、図示しない整流回路等により構成され、約15[V]の直流電圧Vdcを生成し、ドライブ回路3a,インバータ回路4a,および分圧回路5aに直流電圧を供給するようになっている。また、電源回路は、約5[V]の直流電圧Vccをも生成し、制御回路2,ドライブ回路3a及び比較回路6aに直流電圧Vccを供給するようになっている。尚、コンデンサ7a,7bは、直流電圧Vdcが与えられる電源線8とGNDとの間に接続されている。
【0022】
制御回路2は、マイクロコンピュータ,ROM,RAM等より構成され、図示しない独立に動作するタイマを3chとPWM周波数生成回路とを備えている。PWM周波数生成回路は、ブラシレスモータ1a,1b,1cに対して夫々1つずつ構成されており、PWMデューティを変更することで後述するようにブラシレスモータ1a,1b,1cの回転数を制御できるように構成されている。また、ブラシレスモータ1aに対する制御端子として6つの出力端子と1つの入力端子を備えている。尚、ブラシレスモータ1b,1cに対する制御端子としても、同様に夫々6つの出力端子と1つの入力端子を備えている。
【0023】
ブラシレスモータ1aを駆動するための制御回路2の3つの出力端子は、それぞれ抵抗9u,9v,9wを介してインバータ回路4aの各MOSFET10u,10v,10wの各ゲート端子に夫々接続されている。また、その各MOSFET10u,10v,10wの各ゲート端子は、抵抗11u,11v,11wを介して全て抵抗12の一端に接続されている。尚、抵抗12の他端は、GNDに接続されている。また、ブラシレスモータ1aを駆動するための制御回路2の別の3つの出力端子は、夫々抵抗13u,13v,13wを介して、ドライブ回路3aを構成するNPN型トランジスタ14u,14v,14wのエミッタ端子に夫々接続されている。各NPN型トランジスタ14u,14v,14wのコレクタ端子は、抵抗15u,15v,15wの一端に夫々接続されると共に、Pチャネル型のMOSFET16u,16v,16wのゲート端子に夫々接続されている。抵抗15u,15v,15wの他端は、直流電圧Vdcが与えられる電源線8に全て接続されている。NPN型トランジスタ14u,14v,14wのベース端子は、直流電圧Vccに接続されている。
【0024】
インバータ回路4aは、電源線8及び抵抗12の間において、上流側にPチャネル型のMOSFET16u,16v,16w、及び下流側にNチャネル型のMOSFET10u,10v,10wを配設し、これらの夫々に並列に還流ダイオード17〜22を接続した上で3相ブリッジ接続して構成されている。また、分圧回路5aは、電源線8及び抵抗12の間に抵抗23,24を直列接続して構成され、抵抗23と抵抗24との共通接続点に抵抗12と共にVdc/2なる電圧値を有する基準電圧Vmを生成するようになっている。
【0025】
尚、抵抗12は、ドライブ回路3a,分圧回路5a,インバータ回路4a及びブラシレスモータ1aを介して流れる電流を制限すると共に、ドライブ回路3a及び分圧回路5aの調整用の抵抗として機能するように構成されている。
【0026】
回転駆動される3相のブラシレスモータ1aは、3相スター結線された巻線25u,25v,25wが巻かれたステータ(図示せず)と、永久磁石が配設されたロータ(図示せず)とから構成されている。巻線25u,25v,25wの各端子は、インバータ回路4aの各相の出力端子26u,26v,26wにそれぞれ接続されている。
【0027】
インバータ回路4aから出力された駆動回路の出力端子26u,26v,26wは、同一の抵抗値を有する抵抗27u,27v,27wの一端に接続されている。それらの抵抗27u,27v,27wの他端は、直列に抵抗28の一端に接続され、その他端は、コンデンサ29を介してGNDに接続されると共に、コンパレータ30の非反転入力端子に接続されている。これにより、各相で発生した誘起電圧が加算された後、適宜降圧されるようになっている。また、巻線25u,25v,25wにおいて発生した急峻な誘起電圧の変化をなまらせるように構成されている。コンパレータ30の反転入力端子は、分圧回路5aにおける抵抗23と抵抗24との共通接続点に接続されると共に、コンデンサ31を介してGNDに接続されている。コンデンサ31は、コンパレータ30に対して入力される電圧の突発的な変化による破壊から守るために設けられている。尚、比較回路6aは、抵抗27u,27v,27w、抵抗28、コンデンサ29、コンパレータ30及びコンデンサ31により構成されている。
【0028】
また、コンパレータ30の出力端子は、直流電圧Vccに対して並列に接続されたプルアップ抵抗32を介して制御回路2の入力端子に接続されている。コンパレータ30の電源入力端子は、直流電圧Vccに接続され、GND端子はGNDに接続されており、電源回路が作動すると、コンパレータ30も働くように構成されている。
【0029】
尚、ブラシレスモータ1b,1cを夫々駆動するドライブ回路3b,3c、分圧回路5b,5c、インバータ回路4b,4c、ブラシレスモータ1b,1cおよび比較回路6b,6cの構成は、ブラシレスモータ1aを駆動する構成と同一であるので、その説明を省略し、また、各構成回路に対する直流電圧Vcc,Vdc及びGNDへの接続は図面から省略して示している。
【0030】
次に、本実施形態の作用について図2も参照して説明する。
図2は、本実施形態のタイミングチャートを示している。本タイミングチャートでは、進み角制御を行わない方式を用いており、すなわち進み角はこの場合0°で、30°の区間オーバーラップ通電を行う方式の例を示している。駆動装置がブラシレスモータを駆動している場合に図2のAのタイミングにおいて、ロータの位置検出を行っているものとする。
【0031】
尚、説明の簡略化のため、インバータ回路4aを構成する各MOSFET16u,16v,16w,10u,10v,10wがターンオンする場合とターンオフする場合とをまず説明し、その後、ブラシレスモータ1aの位置検出をタイミングチャートに沿って説明する。
【0032】
インバータ回路4aのPチャネル型のMOSFET16u,16v,16wの動作について説明する。制御回路2が、出力端子から直流電圧Vccの電圧を、抵抗13u,13v,13wを介して出力する場合、NPN型トランジスタ14u,14v,14wはベース電流が流れないためターンオフし、抵抗15u,15v,15wに電流を流すことはなく、Pチャネル型の各MOSFET16u,16v,16wのゲート電圧は略Vdcとなる。すなわち、この場合には各MOSFET16u,16v,16wはターンオフする。
【0033】
また、制御回路2は、その出力端子からGND電圧を、抵抗13u,13v,13wを介して出力するとNPN型トランジスタ14u,14v,14wはベース電流が流れることによりターンオンし、各MOSFET16u,16v,16wのゲート電圧は略GND電圧に一致する。すなわち、この場合には各MOSFET16u,16v,16wは、ターンオンする。
【0034】
また、インバータ回路4aのNチャネル型MOSFET10u,10v,10wの動作について説明する。制御回路2は、出力端子から直流電圧Vccの電圧を、抵抗9u,9v,9wを介して出力する場合、Nチャネル型の各MOSFET10u,10v,10wのゲート電圧は、直流電圧Vccを抵抗9u,9v,9wと抵抗11u,11v,11wと抵抗12とで分圧された電圧となる。この分圧された電圧により、Nチャネル型の各MOSFET10u,10v,10wはターンオンするようになっている。
【0035】
また、制御回路2は、出力端子からGND電圧を、抵抗9u,9v,9wを介して出力する場合、Nチャネル型の各MOSFET10u,10v,10wのゲート電圧は略GND電圧に一致する。すなわち、各MOSFET10u,10v,10wはターンオフする。すなわち、上流側のMOSFET16u,16v,16wはLoアクティブ、下流側のMOSFET10u,10v,10wはHiアクティブで駆動する回路構成となっている。
【0036】
すなわち、制御回路2は、6つの出力端子にPWM信号を出力することによってMOSFET16u,16v,16w,10u,10v,10wは、ターンオンとターンオフとを繰り返され、PWM制御されることとなる。前述したように制御回路2内に形成された図示しないPWM周波数生成回路は、PWMデューティを変化してドライブ回路3a,インバータ回路4aを介してブラシレスモータ1aの巻線25u,25v,25wに通電する電流を変化させ、ブラシレスモータ1aのロータの回転数を制御するようになっている。
【0037】
この時、巻線25u,25v,25wは、誘起電圧を発生し、比較回路6aは、各相で発生した誘起電圧を加算した後適宜降圧して、基準電圧Vmと比較して制御回路2の入力端子に出力する。これが後述する位置信号となる。
【0038】
次に、図2に示すタイミングチャートを用いて実際の駆動装置の動作について説明する。尚、図2のタイミングチャートは、ブラシレスモータ1aを駆動する場合の概略的な波形図を示しており、実際に駆動されるPWM波形を省略して示している。
図2(a)〜(c)は、ブラシレスモータ1aの巻線25u,25v,25wの夫々の端子電圧Vu,Vv,Vwの時間に伴う変化を示している。また、図2(d)〜(i)は、制御回路からの出力信号に基づくMOSFET16u,10u,16v,10v,16w,10wの状態を夫々示しており、「オン」のときにPWM駆動されていることを示している(このときを以下、「オン状態」という。逆に「オフ」のときはPWM駆動されていない。この場合「オフ状態」という)。尚、オン状態においては、制御回路2内のPWM周波数生成回路は、各MOSFET16u,10u,16v,10v,16w,10wを駆動するPWM信号を、同期するように生成している。また図2(j)は、制御回路2の入力端子に入力する位置信号を示している。尚、本実施形態における30°の区間オーバーラップ通電とは、例えば図2(d)及び図2(f)に示されるMOSFET16u及びMOSFET16vのオン状態の区間が30°重なっている通電方式のことを示しており、この30°の区間において巻線25u,25vから巻線25wに対して通電していることを示している(U相,V相,W相の相互についても同様)。
【0039】
まず、ブラシレスモータ1aの起動を行う際には、停止時において各巻線25u,25v,25wは誘起電圧を発生していないため、図2(j)の位置信号波形は現れない。制御回路2は、ブラシレスモータ1aのロータが電気角のどの位置にあるか把握できていないことになる。制御回路2は、制御回路2内のROMにあらかじめ記録されている、ある任意の通電パターンを用いてある時間周期で強制的に転流動作を行う。これにより、図2の位置信号等の出力を得ることができる。
【0040】
その後、制御回路2は、除々にブラシレスモータ1aのロータを回転して誘起電圧が検出されると、その時点から検出時間間隔を求めて次回の転流動作及び位置検出のタイミングの決定に用いる。この時、制御回路2内のPWM周波数生成回路はPWMデューティを単位時間あたり所定の割合で増加し、ブラシレスモータ1aのロータの回転速度を増加させる。その後、図2のAの直前の時点において、位置検出のための制御回路2の入力端子に対する信号の割込み入力は、制御回路2内において許可されているものとする。また、ドライブ回路3a及びインバータ回路4aに対して転流を行う順序を示す通電パターンは、あらかじめ制御回路2内の図示しないROMに記憶されているものとする。
【0041】
ブラシレスモータ1aのロータが回転している場合において、端子電圧Vuの誘起電圧が徐々に増加し、直流電圧Vdc/2の電圧を超えることにより、制御回路2は、比較回路6aが出力する位置信号のPWM波形を検出すると(図2(j),A)、各MOSFET16u,10u,16v,10v,16w,10wに通電している状態から、基準電圧Vmに達した端子電圧はU相の電圧であることを検出する。制御回路2はその内部において、位置検出のための入力端子に対する信号の割込み入力を禁止する。その後、内部に構成されている図示しないPWM周波数生成回路からPWM信号を生成し、制御回路2のMOSFET16uに対応する出力端子の状態を変化させる(図2(d),A)。すなわちこの場合、MOSFET16uはオン状態となり、端子電圧Vuはそれに伴い最大電圧Vdcまでの振幅を伴うPWM波形が現れることになる。この時、前回の電気角120°の検出時間間隔Tw0が算出される。一方、制御回路2は、次回の通電切替タイミングを設定するための時間Taを、
Ta ← Tw0 ÷ 4 ・・・(1)
の代入式から制御回路2内のタイマに設定する。その後、図2のAの時点からブラシレスモータ1aのロータが電気角で約30°回転すると、制御回路2は、タイマにより時間Taが経過したことを検出する。その後、MOSFET16wをオン状態からオフ状態にする(図2(h),B)。その後、制御回路2は、タイマをリセットし、その次の通電切替タイミングを設定するための時間Tbを、
Tb ← Ta ・・・(2)
の代入式から制御回路2内のタイマに設定する。同様に図2のBの時点からブラシレスモータ1aのロータが電気角で約30°回転すると、制御回路2は、タイマにより時間Tbが経過したことを検出する。その後、MOSFET10wをオフ状態からオン状態にする(図2(i),C)。同様にタイマをリセットし、その次の通電切替タイミングを設定するための時間Tcを、
Tc ← Tb ・・・(3)
の式から制御回路2内のタイマに設定する。同様に図2のCの時点からブラシレスモータ1aのロータが電気角で約30°回転すると、制御回路2は、タイマにより時間Tcが経過したことを検出する。制御回路2は、MOSFET10vをオン状態からオフ状態にする(図2(g),D)。その後、タイマをリセットし、制御回路2の入力端子に入力する位置検出割込みの許可を開始するまでの時間Tdを、
Td ← Tc ÷ 2 ・・・(4)
の式から制御回路2内のタイマに設定する。図2のDの時点からブラシレスモータ1aのロータが電気角で約15°回転すると、制御回路2は、タイマにより時間Tdが経過したことを検出する。その後、制御回路2は、位置検出のための入力端子に対する信号の割込み入力を許可し、時間測定を開始する(図2,E)。その後、制御回路2は、比較回路5から制御回路2の入力端子へ位置信号が入力したことを検出すると(図2(j),F)、前述した時間測定を停止し、その間の時間Teを記憶する。この時、制御回路2は、各MOSFET16u,10u,16v,10v,16w,10wに通電している状態から、基準電圧Vmに達した端子電圧はV相の電圧であることを検出する。制御回路2は、位置検出のための割込み入力の許可を禁止し、その後検出時間間隔Twを、
Tw ← Ta + Tb + Tc + Td + Te ・・・(5)
の式から算出して新たに代入する。次の電気角120°の検出時間間隔Tw(図2,F→G)においては、制御回路2は、この検出時間間隔Twを用いて通電切替タイミングを設定するための時間Ta2,Tb2,Tc2及び位置検出割込みの許可を開始するまでの時間Td2を算出して、上述と同様にして順次MOSFET16u(時間Ta2経過後オン状態からオフ状態)、MOSFET10u(時間Tb2経過後オフ状態からオン状態)、MOSFET10w(時間Tc2経過後オン状態からオフ状態)に対して転流を繰り返して図2のGにおける時点でブラシレスモータのロータの位置検出を行うことになる。同様に、ブラシレスモータ1b,1cに関しても別の図示しない制御回路2内に夫々設けられたタイマによって、転流動作を行うことができる。
【0042】
このように上述した実施形態によれば、前回の検出時間間隔Tw0から通電切替タイミングを設定するための時間Ta,Tb,Tcと、位置検出割込みの許可を開始するまでの時間Tdとを決定して順次割込みを行っているので、ブラシレスモータ1aを駆動する制御回路2内のタイマとして1chのみの割込みを使用するだけですむことから、3つのブラシレスモータ1a,1b,1cを駆動制御するためには、3chのタイマを使用することで実現することができる。したがって、ファンモータの設置個数やその極数を増しても独立に動作する割込みの多数のch(チャンネル)を使用する必要がない。また、各相に対して除々に通電切替がなされるため、ファン用のブラシレスモータのコギング等により引き起こされる騒音を低減することができ、安定して動作させることができる。
【0043】
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、以下のような拡張又は変更が可能である。
上述した実施形態において、図2のA,F及びGの時点で位置検出を行うように構成されていたが、ブラシレスモータ1aの始動時、例えば600rpm以下の比較的低域の回転数までは、図2のCの時点でも位置検出を行ってもよい。すなわち、制御回路2は、図2のBの時点において図2のB及びCの間に位置検出割込みの開始タイミングを設定し、比較回路5から制御回路2の入力端子へPWM信号が入力している状態から無入力となる時点(図2(j),C)を検出する。これは、ブラシレスモータ1aの始動時には、ブラシレスモータ1aのロータの回転数が低いため、図2のAの時点から電気角60°の時点でブラシレスモータ1aの位置検出を行うことを示している。ロータの回転数が低いため、それに伴い検出時間間隔Twが長くなる。電気角60°ごとに誘起電圧のゼロクロス点を毎回検出することになるため、割込みによる制御回路2の負担を大きくすることはない。これにより、上述した実施形態の効果を損なうことなく、始動時の位置検出精度を向上することができる。
【0044】
また、上述した実施形態において、位置検出割込みの許可を開始するまでの時間Tdを(4)式より求めていたが、この時間Tdをあらかじめ制御回路2内のROMやRAMに設定された時間、例えば200μsという一定時間後に設定することもできる。これは、制御回路2が図2のDの時点における割込み処理の負担を少なくするものである。この一定時間とは、制御回路2が駆動する全てのファン用のブラシレスモータの割込みで遅れる時間(例えば1回の割込みが30μsとする)及び転流動作を行う時間をもあらかじめ考慮しておき求めることが望ましい。また、図2のAからFの位置検出における周期において、ブラシレスモータ1aの最大使用回転数にて図2のDの時点における転流動作後、電気角として例えば20°までの範囲で位置検出を開始する開始タイミングを一定のタイミングとして設定することが望ましい。これにより、制御回路2が処理する割込み処理に要する負担を軽減させることができ、複数のファン用のブラシレスモータを同時回転制御する際に、特に割込み優先順位の低いファン用のブラシレスモータの位置検出割込みの開始タイミングが位置検出のタイミングに対して遅れることを極力低減することができ、また、より高速に制御することが可能である。
【0045】
さらには、上述した実施形態の説明中において、検出時間間隔Twを(5)式のように求めていたのと同様に、検出時間間隔Tw2を図2中のGの時点において、
Tw2 ← Ta2 + Tb2 + Tc2 + Td2 + Te2 ・・・(6)
のように求めて、制御回路2内の図示しないRAMに記憶しておき、検出時間間隔Twzを、
Twz ← (Tw + Tw2)÷2 ・・・(7)
のように平均した値を使用し、図2の中のGからHの間の通電切替タイミング及び位置検出割込みの開始タイミングを検出時間間隔Twzを用いて計算することも可能である。すなわち、突発したノイズ等により検出時間間隔Tw2が本来検出されるべき時間からの誤差が生じた場合に、検出時間間隔Twzを算出することでTw2の誤差を吸収することができる。これにより、位置検出割込みの開始タイミング及び通電切替タイミングを精度良く設定することができる。
【0046】
ファン用のブラシレスモータ1a,1b,1cは、冷蔵庫用のファンモータに限らず、一般的に用いられるファンモータに適用することができる。また、駆動装置より駆動するブラシレスモータは、3個に限らず、2個でもよいし、4個以上でもよい。
【0047】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のブラシレスモータの駆動装置によれば、次のような効果を得ることができる。
すなわち、請求項1記載の発明によれば、制御手段が処理する多数の割込み処理が競合する確率を低下させ、インバータ回路を駆動する際に制御手段の割込み処理に要する負担を軽減させることができる。したがって、特に負荷変動が少なく一定の回転数を保つ頻度の高いファン用のブラシレスモータを駆動するときは、ファンモータの設置個数やその極数を増しても独立に動作する割込みの多数のch(チャンネル)を使用する必要がなく、安定して動作させることのできる安価なブラシレスモータの駆動装置を提供することができる。
【0049】
さらに、制御手段は、位置検出割込みの開始タイミングを計算により求める処理を行う必要がないため、制御手段が処理する割込み処理に要する負担を軽減させることができ、複数のファン用のブラシレスモータを同時回転制御する際に、特に割込み優先順位の低いファン用のブラシレスモータの位置検出割込みの開始タイミングが位置検出のタイミングに対しての遅れを防ぐことができ、また、より高速に制御することが可能である。
【0050】
請求項2記載の発明によれば、ロータの位置検出時において、誘起電圧のゼロクロス点の本来検出されるべき時間からのノイズ等による突発的な誤差を生じた場合に、その誤差を吸収するように検出時間間隔を算出することができ、位置検出割込みの開始タイミング及び通電切替タイミングを精度良く設定することができる。
請求項3記載の発明によれば、各相に対して除々に通電切替がなされるので、冷蔵庫内のファン用のブラシレスモータに対する騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す電気的構成図
【図2】ブラシレスモータの駆動に伴う各信号の変化を示すタイミングチャート
【図3】従来技術を示す図2相当図
【符号の説明】
2は制御回路(制御手段)、4a,4b,4cはインバータ回路、5a,5b,5cは分圧回路(基準電圧生成手段)、6a,6b,6cは比較回路(比較手段)、25u,25v,25wは巻線である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a brushless motor driving device that performs a commutation operation based on an induced voltage of a brushless motor for a fan having a stator having an N-phase winding and a rotor made of a permanent magnet.
[0002]
[Prior art]
A fan motor used in a refrigerator or the like is generally one in which a load rotates in a refrigerator under a substantially constant condition and is operated at a substantially constant speed, and a brushless motor driven by an inverter circuit is used. The driving device for driving the brushless motor needs to detect the rotational position of the rotor.
[0003]
In the sensorless type, the three-phase brushless motor drive device compares the induced voltage of each phase of the three-phase winding with the reference voltage using a comparator circuit such as a comparator in order to detect the rotational position of the rotor. The timing at which both coincide with each other is detected, and the next energization switching timing is determined based on the time interval of the zero cross points sequentially input from each phase every 60 ° electrical angle of this signal, and the commutation operation is performed. .
[0004]
FIG. 3 shows a timing chart in which overlap energization with an electrical angle of 30 ° is performed when the conventional three-phase brushless motor drive device has a lead angle of 0 °.
In this example, the inside of the drive unit composed of a microcomputer or the like is configured so that 3ch (channel) interrupt can be processed independently for one fan motor, and the position detection signal accompanying the position detection interrupt is input. As a result, the time for various interrupts is determined.
[0005]
That is, upon detecting the time interval (electric angle time shown in FIG. 3, (1)) when the brushless motor rotor has reached the electrical angle of rotation of 60 ° in the past, the drive device detects the position of the rotor with respect to the brushless motor stator. By checking and substituting the calculation of (time interval when the electrical angle reaches 60 °) / 2 for the 30 ° energization switching timing (time of
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a conventional configuration has the following problems.
That is, in the above configuration, the driving device used to control the rotation of one fan motor has 1 ch for the timer used for commutation interrupt, 1 ch for the timer used for position detection start interrupt, and the next position detection interrupt. Since one channel is occupied for each process, the driving device needs to perform a process corresponding to a total of three channel interrupts for one fan motor. In particular, when controlling the fan motor installed in the refrigerator, the drive device needs to be controlled at a high speed of about 2000 rpm, and the fan motor for the freezing room, the fan motor for the refrigerating room, and the compressor cooling In order to control a total of three fan motors, it is necessary to be able to process (3 × 3ch) = 9 interrupts, thereby increasing the cost of the drive unit.
[0007]
In addition, especially when used as a device for driving a fan motor in a refrigerator, a 4-pole motor currently used as a standard product has a large noise due to cogging or the like. Use a brushless motor with more poles. In that case, as the number of poles increases, the ratio of the mechanical angle to the electrical angle decreases, and when the motor is rotated at the same number of revolutions, the greater the number of poles, the faster it is necessary to perform the processing performed inside the drive device. That is, it is necessary to configure a drive device that can be processed even in such a situation, and there arises a problem that the cost increases as described above.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to eliminate the need to use a large number of interrupted channels (channels) that operate independently even if the number of installed fan motors and the number of poles thereof are increased. Another object of the present invention is to provide an inexpensive brushless motor drive device that can suppress the noise of the fan motor and can be operated stably.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a brushless motor driving apparatus according to claim 1 is a brushless motor for a fan having a stator having an N-phase winding (N is an integer of 2 or more) and a rotor made of a permanent magnet. In the drive device of the brushless motor that controls a plurality of driving,
For each of the plurality of brushless motors
An inverter circuit for energizing the N-phase winding;
A power supply circuit for applying a DC voltage to the inverter circuit;
A reference voltage generating means for generating a reference voltage from a DC voltage of the power supply circuit;
Comparing means for outputting a result of comparing the reference voltage of the reference voltage generating means and the induced voltage of the N-phase winding, and
1ch timer for each of the plurality of brushless motors, each of the plurality of brushless motors, Based on the comparison output of the comparison means, a position detection interrupt is performed so as to detect a plurality of zero cross points of the induced voltage, and the N-phase windings until the next position detection interrupt is started. Energization switching timing Is set by the timer Control means for performing commutation by sequentially interrupting; The control means detects the elapse of a preset time from the energization switching timing by the timer and permits the signal input of the position detection interrupt after the detection time. And has characteristics.
[0010]
According to such a structure, it acts as follows. When two-phase energization is performed on the windings of each phase of the fan brushless motor according to a predetermined energization pattern by the inverter circuit, an induced voltage is generated at the terminal of the winding that is not energized. The comparison means compares the induced voltage with the reference voltage generated by the reference voltage generation means via the power supply circuit. The control means detects the zero crossing point of the induced voltage in the comparison output for each of the plurality so as to reduce the burden of the interrupt processing, determines the energization switching timing until the next position detection interrupt is started, and performs the switching. Flow operation. For example, the zero cross point of the induced voltage of the three-phase winding is detected every 60 ° electrical angle, but the control means detects every plural times (for example, 120 ° electrical angle if 2 times). That is, according to the present driving device, it is possible to reduce the probability that many interrupt processes processed by the control means compete, and to reduce the burden required for the interrupt processing of the control means when driving the inverter circuit. Therefore, when driving a brushless motor for a fan that has a small load fluctuation and maintains a constant rotational frequency, a plurality of brushless motors and a brushless motor having a large number of poles can be driven simultaneously.
[0014]
further, Since the control means does not need to perform processing for calculating the start timing of the position detection interrupt, the load required for the interrupt processing processed by the control means can be reduced, and the brushless motors for a plurality of fans are controlled simultaneously. At this time, it is possible to prevent the start timing of the position detection interrupt of the brushless motor for the fan having a particularly low interrupt priority from being delayed with respect to the position detection timing, and it is possible to control at a higher speed.
[0015]
Further, it is desirable that the control means is configured to set the start timing of the position detection interrupt and the energization switching timing based on a value obtained by averaging a plurality of detection time intervals of the zero cross point of the induced voltage. 2 ).
[0016]
According to such a configuration, when a rotor error is detected, if a sudden error due to noise or the like from the time at which the zero cross point of the induced voltage should be detected is detected, the error is detected so as to be absorbed. The time interval can be calculated, and the start timing of the position detection interrupt and the energization switching timing can be set with high accuracy.
[0017]
Furthermore, the control means can be configured to control the drive of the brushless motor by applying an overlap current. 3 ).
[0018]
According to such a configuration, since energization is gradually switched for each phase, noise caused by the brushless motor for the fan in the refrigerator can be reduced.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
FIG. 1 shows the electrical configuration of the present embodiment. In this embodiment, a brushless motor 1a that is a fan motor for a freezer compartment, a brushless motor 1b that is a fan motor for a refrigerator compartment, and a drive device that rotates a brushless motor 1c that is a fan motor for cooling a compressor are shown. The brushless motors 1a, 1b, and 1c have a U-phase, V-phase, and W-phase sensorless brushless motor structure, respectively. 1 includes a power supply circuit (not shown), a
[0020]
Since the configuration other than the
[0021]
In the portion for driving the brushless motor 1a of FIG. 1, the power supply circuit is configured by a rectifier circuit (not shown) and the like, generates a DC voltage Vdc of about 15 [V], and generates a drive circuit 3a, an inverter circuit 4a, and a voltage divider. A DC voltage is supplied to the circuit 5a. The power supply circuit also generates a DC voltage Vcc of about 5 [V] and supplies the DC voltage Vcc to the
[0022]
The
[0023]
The three output terminals of the
[0024]
The inverter circuit 4a includes P-channel MOSFETs 16u, 16v, 16w on the upstream side and N-
[0025]
The
[0026]
The three-phase brushless motor 1a that is rotationally driven includes a stator (not shown) around which
[0027]
[0028]
The output terminal of the
[0029]
The drive circuits 3b and 3c, voltage dividing circuits 5b and 5c,
[0030]
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 2 shows a timing chart of the present embodiment. In this timing chart, a method in which the advance angle control is not performed is used, that is, an example in which the advance angle is 0 ° in this case and 30 ° section overlap energization is performed. It is assumed that the position of the rotor is detected at the timing of A in FIG. 2 when the driving device is driving the brushless motor.
[0031]
For simplification of description, first, the case where each
[0032]
The operation of the P-channel type MOSFETs 16u, 16v, 16w of the inverter circuit 4a will be described. When the
[0033]
When the
[0034]
The operation of the N-
[0035]
When the
[0036]
That is, the
[0037]
At this time, the
[0038]
Next, the actual operation of the driving apparatus will be described using the timing chart shown in FIG. The timing chart of FIG. 2 shows a schematic waveform diagram when driving the brushless motor 1a, and omits the actually driven PWM waveform.
2A to 2C show changes with time of the respective terminal voltages Vu, Vv, Vw of the
[0039]
First, when starting the brushless motor 1a, the
[0040]
After that, when the induced voltage is detected by gradually rotating the rotor of the brushless motor 1a, the
[0041]
When the rotor of the brushless motor 1a is rotating, the induced voltage of the terminal voltage Vu gradually increases and exceeds the DC voltage Vdc / 2, whereby the
Ta ← Tw0 ÷ 4 (1)
Is set to the timer in the
Tb ← Ta (2)
Is set to the timer in the
Tc ← Tb (3)
The timer in the
Td ← Tc ÷ 2 (4)
The timer in the
Tw ← Ta + Tb + Tc + Td + Te (5)
It calculates from the formula of and substitutes newly. In the next detection time interval Tw (FIG. 2, F → G) of the electrical angle of 120 °, the
[0042]
As described above, according to the above-described embodiment, the times Ta, Tb, Tc for setting the energization switching timing from the previous detection time interval Tw0 and the time Td until the start of the position detection interrupt permission are determined. In order to control the driving of the three brushless motors 1a, 1b, and 1c, it is only necessary to use a 1ch interrupt as a timer in the
[0043]
The present invention is not limited to the embodiment described above and shown in the drawings, and can be expanded or changed as follows.
In the above-described embodiment, the position detection is performed at the time points A, F, and G in FIG. 2, but when the brushless motor 1 a is started, for example, up to a relatively low rotational speed of 600 rpm or less, Position detection may also be performed at time C in FIG. That is, the
[0044]
In the above-described embodiment, the time Td until the start of the permission for the position detection interrupt is obtained from the equation (4). This time Td is a time set in advance in the ROM or RAM in the
[0045]
Furthermore, in the description of the above-described embodiment, the detection time interval Tw2 is determined at time G in FIG.
Tw2 ← Ta2 + Tb2 + Tc2 + Td2 + Te2 (6)
And stored in a RAM (not shown) in the
Twz ← (Tw + Tw2) ÷ 2 (7)
It is also possible to calculate the energization switching timing between G and H in FIG. 2 and the start timing of the position detection interrupt using the detection time interval Twz using the averaged values as shown in FIG. That is, when an error from the time at which the detection time interval Tw2 should be detected occurs due to sudden noise or the like, the error of Tw2 can be absorbed by calculating the detection time interval Twz. As a result, the start timing of the position detection interrupt and the energization switching timing can be set with high accuracy.
[0046]
The brushless motors 1a, 1b, and 1c for fans are not limited to fan motors for refrigerators, and can be applied to commonly used fan motors. Further, the number of brushless motors driven by the driving device is not limited to three, but may be two or four or more.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the brushless motor driving apparatus of the present invention, the following effects can be obtained.
That is, according to the first aspect of the present invention, it is possible to reduce the probability that a large number of interrupt processes processed by the control means compete, and to reduce the burden required for the interrupt processing of the control means when driving the inverter circuit. . Therefore, especially when driving a brushless motor for a fan that has a low load fluctuation and maintains a constant rotation speed, the number of interrupts that operate independently even if the number of installed fan motors or the number of poles is increased ( Therefore, it is possible to provide an inexpensive brushless motor driving apparatus that can be operated stably without using a channel.
[0049]
More In addition, Since the control means does not need to perform processing for calculating the start timing of the position detection interrupt, the burden required for the interrupt processing processed by the control means can be reduced, and the brushless motors for a plurality of fans can be controlled simultaneously. In particular, the start timing of the position detection interrupt of a brushless motor for a fan with a particularly low interrupt priority can be prevented from being delayed from the position detection timing, and can be controlled at a higher speed. .
[0050]
Claim 3 According to the described invention, since the energization is gradually switched for each phase, noise to the brushless motor for the fan in the refrigerator can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an electrical configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a timing chart showing changes in each signal accompanying driving of a brushless motor.
FIG. 3 is a diagram corresponding to FIG.
[Explanation of symbols]
2 is a control circuit (control means), 4a, 4b and 4c are inverter circuits, 5a, 5b and 5c are voltage dividing circuits (reference voltage generation means), 6a, 6b and 6c are comparison circuits (comparison means), 25u and 25v. , 25w are windings.
Claims (3)
前記複数のブラシレスモータのそれぞれに対して、
前記N相の巻線に通電するためのインバータ回路と、
このインバータ回路に直流電圧を印加する電源回路と、
前記電源回路の直流電圧から基準電圧を生成する基準電圧生成手段と、
この基準電圧生成手段の基準電圧と前記N相の巻線の誘起電圧とを比較した結果を出力する比較手段とを設けると共に、
前記複数のブラシレスモータに対して独立に動作するタイマを1chずつ有し、前記複数のブラシレスモータについてそれぞれ、前記比較手段の比較出力に基づいて誘起電圧のゼロクロス点を複数回毎に検出するように位置検出割込みを行うと共に、次回の位置検出割込みを開始するまでの間の前記N相の巻線への通電切替タイミングを前記タイマにより設定して順次割込みを行うことにより転流動作を行う制御手段とを設け、
前記制御手段は、前記通電切替タイミングからの予め設定された時間の経過を前記タイマにより検出し当該検出時間後に前記位置検出割込みの信号入力を許可することを特徴とするブラシレスモータの駆動装置。In a brushless motor driving apparatus for controlling driving of a plurality of brushless motors for a fan having a stator having N-phase (N is an integer of 2 or more) windings and a rotor made of permanent magnets,
For each of the plurality of brushless motors
An inverter circuit for energizing the N-phase winding;
A power supply circuit for applying a DC voltage to the inverter circuit;
A reference voltage generating means for generating a reference voltage from a DC voltage of the power supply circuit;
Comparing means for outputting a result of comparing the reference voltage of the reference voltage generating means and the induced voltage of the N-phase winding, and
A timer that operates independently for each of the plurality of brushless motors is provided for each channel, and for each of the plurality of brushless motors, the zero-cross point of the induced voltage is detected every plurality of times based on the comparison output of the comparison unit. performs position detection interrupt, control for performing commutation operation by performing the setting to sequentially interrupt the energization switching timing the timer to N phase windings between until the start of the next position detection interrupt Means ,
Said control means drives the brushless motor, wherein a permission child a lapse of a preset time the signal input of the position detection interruption detected after the detection time by the timer from the energization switching timing.
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