JP3812613B2 - ブラシレスモータの制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は電気冷蔵庫、空気調和機および除湿器等の圧縮機（コンプレッサ）のモータとして用いるセンサレス直流ブラシレスモータ（以下ブラシレスモータと記す）の起動制御技術に係り、特に詳しくは回転子（ロータ）の起動を確実に、かつスムーズに行えるようにしたブラシレスモータの制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のブラシレスモータを制御するには、例えば図９に示すように、交流電源１をＡＣ／ＤＣ変換部２で所定の直流電源に変換し、この直流電源をスイッチング・モジュール部３のトランジスタＵａ，Ｖａ，Ｗａ，Ｘ，Ｙ，Ｚでスイッチングしてブラシレスモータ（ＤＣＭ）４の電機子巻線に供給する。
また、ブラシレスモータ４の起動に際し、制御回路５は予め決めた起動シーケンスにしたがって前記スイッチング・モジュール部３を駆動するための駆動信号を駆動回路７に出力し、トランジスタＵａ，Ｖａ，Ｗａ，Ｘ，Ｙ，Ｚを所定にオン、オフ駆動する。
【０００３】
前記起動シーケンスではブラシレスモータ４の電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの通電切り替え順が決められており、ブラシレスモータ４が三相四極モータである場合図１０および図１１の丸内数字１ないし６の順（１サイクル）で通電切り替えを行うように、トランジスタＵａ，Ｖａ，Ｗａ，Ｘ，Ｙ，Ｚをオン、オフ駆動する。
図１０および図１１の破線矢印に示すように、電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの通電を順次切り替え、かつ繰り返すことにより、ブラシレスモータ４を起動、回転させることができる。なお、この起動、回転制御について既に公知であることから、詳細な説明は省略する。
ところで、前記ブラシレスモータ４の起動に際して、回転子を位置決めしないと、振動を伴った不安定な起動となり易いために、予め位置決めを行っている。
この回転子の位置決めは、三相四極モータの場合少なくとも２回の通電切り替えを行う必要があり、つまり２回通電を切り替えれば回転子を位置決めすることが可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記ブラシレスモータの制御方法において、回転子の位置決めを行っても、起動失敗や起動時の振動大が起こることがある。
例えば、電気冷蔵庫のコンプレッサのモータにおいては、圧縮工程があるために１回転中の負荷変動が大きく、回転停止した際回転子の位置がほぼピストンの仮死点付近（圧縮工程直前）で停止する。
そのため、起動直後には圧縮工程に入り、つまりブラシレスモータ４にかかる負荷が大きくなり、起動が円滑に行われない。そこで、前述したように、起動に際して位置決めを行っているが、回転子の回転方向が常に同じ方向とは限らず、しかも２回通電による位置決めによる回転子の位置が常に同一箇所とは限らない。
したがって、前述した位置決め制御による回転子の位置が必ずしも圧縮工程直前以外とならず、また電気冷蔵庫の製造段階での誤差によってもその位置決めが圧縮工程直前付近になってしまうことがある。
このように、これまでの位置決め制御方法にあっては、確実に圧縮工程直前で回避することができないこともあり、また圧縮工程をスムーズに乗り切れる位置決めがなされないこともある。これらの理由により、前記のような起動失敗や起動時の振動大の原因になっている。
【０００５】
この発明は前記課題に鑑みなされたものであり、その目的は負荷変動にかかわらず、起動を確実に行うことができ、しかもその起動をスムーズに行うことができ、起動失敗や起動時の振動大を防止するブラシレスモータの制御方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明は、ブラシレスモータの起動時に、前記ブラシレスモータの回転子を予め位置決めし、しかる後、予め決められた起動シーケンスにしたがって前記ブラシレスモータの電機子巻線の通電を切り替えるブラシレスモータの制御方法において、前記回転子の位置決めを複数回の通電切り替えによって行う際、前記起動シーケンスの通電切り替え順とは逆の順での複数回の通電切り替えにより前記回転子を逆方向に回転させて、前記回転子を前記起動シーケンスの１サイクルの最後の通電切り替え時点となるように位置決めした後、前記起動シーケンスにしたがって起動するようにしたことを特徴としている。
【０００７】
前記ブラシレスモータが三相四極モータで、前記起動シーケンスが６回の通電切り替えを１サイクルとしている場合、前記起動シーケンスの３番目の通電切り替えから逆順に４回の通電を行うことにより、前記回転子を前記起動シーケンスの１サイクルの最後の通電切り替え時点に位置決めした後、前記起動シーケンスにしたがって起動することになる。
【０００８】
前記回転子を逆方向に回転させて位置決めする際、前記回転子の回転角を所定値以下にするとよい。
また、前記ブラシレスモータをコンプレッサのモータとして利用する場合、前記コンプレッサの吐出圧力あるいは吸入圧力を検出し、該検出圧力により前記コンプレッサのモータの負荷状態を予測するとともに、該予測負荷状態に応じて前記回転子の位置決め回数を決定し、少なくとも前記予測した負荷が大きいほど、前記位置決め回数を増やして前記回転子の逆回転角度を大きくするとよい。
【０００９】
さらに、前記予測した負荷が大きい場合、前記コンプレッサのモータの通電時間を長くし、あるいは通電電流を大きくするとよい。
さらにまた、前記予測した負荷が大きい場合、前記位置決め回数のうち、最初の位置決め動作時間を２回目以降の位置決め時間より長くし、あるいは１回目および２回目の位置決め動作時間を３回目以降の位置決め時間よりも長くするとよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図１ないし図８を参照して詳細に説明する。なお、図中、図９と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この発明のブラシレスモータの制御方法は、回転子の位置決めに際して確実に逆回転させ、かつ機械角で１８０度以下だけ回転させるように、位置決めを複数回当該起動シーケンスと逆に行えば、常に回転子の位置を確実に決めることができることに着目し、例えばブラシレスモータが三相四極モータであれば、当該起動シーケンスにおける最初の通電から３回目の通電に遡って通電を４回逆に繰り返し、当該起動シーケンスの１サイクルの最後の通電を回転子の位置決めとする。
【００１１】
例えば、電気冷蔵庫のコンプレッサの場合、回転停止時に圧縮工程直前で回転子が停止する可能性が極めて高いが、前述した位置決めによって機械角で１８０度以下だけ逆回転させることにより、位置決めが確実に圧縮工程からはずれ、かつ起動において圧縮工程に入るまで時間的余裕をもたせることができ、圧縮工程に入るときには回転子にある程度の慣性が生じ、圧縮工程をスムーズに乗り切ることができる。
【００１２】
そのために、図１に示すように、この発明のブラシレスモータの制御方法が適用される制御装置は、図９に示す制御回路５の機能の他に、ブラシレスモータ４の起動に際して複数回の位置決め、かつ同複数回の位置決め動作時の回転を逆回転して機械角で１８０度以下とするためにスイッチング・モジュール部３のトランジスタＵａ，Ｖａ，Ｗａ，Ｘ，Ｙ，Ｚをオン、オフする駆動信号を出力する制御回路（マイクロコンピュータ）１０を備えている。
【００１３】
次に、前記構成の制御装置の動作を図２のフローチャート図、図３ないし図７のモータ模式図および図８のモータ電流波形図を参照して説明する。
まず、ブラシレスモータ４の起動を行うが、この起動に際してブラシレスモータ４の負荷状態、つまり１回転中の負荷変動が大きいか否かを判断する（ステップＳＴ１）。例えば、圧縮機１の吐出圧力や吸入圧力センサ等によって検出した圧力をもとにして負荷状態を予測する。この場合、予め経験的に求め、あるいは今回の起動前の回転制御時において検出した１回転中の圧力の変化により負荷状態を予測する。
ブラシレスモータ４が電気冷蔵庫のコンプレッサモータであれば、１回転中に負荷大の圧縮工程があるため、その負荷変動が大きいと判断してステップＳＴ２に進み、回転子の位置決め（第１の位置決め）処理を実行する。
【００１４】
第１の位置決め処理は、図３の破線矢印に示すように、電流を電機子巻線ＶからＷに流す。これは、ブラシレスモータ４を三相四極モータとし、かつ当該起動シーケンスの１サイクル（６回通電切り替え）を図１０および図１１としている場合、３番目の通電に相当する（図１０参照）。
続いて、第２の位置決め処理を実行し（ステップＳＴ３）、この位置決め処理は、図４の破線矢印に示すように、電流を電機子巻線ＵからＷに流す。これは、第１の位置決め処理と同様の処理であり、当該起動シーケンスの２番目の通電に相当する（図１０参照）。
続いて、第３の位置決め処理を実行し（ステップＳＴ４）、この位置決め処理は、図５の破線矢印に示すように、電流を電機子巻線ＵからＶに流す。これは、第１および第２の位置決め処理と同様の処理であり、当該起動シーケンスの最初の通電に相当する（図１０参照）。
続いて、第４の位置決め処理を実行し（ステップＳＴ５）、この位置決め処理は、図６の破線矢印に示すように、電流を電機子巻線ＷからＶに流す。これは、第１ないし第３の位置決め処理と同様の処理であり、当該起動シーケンスの最後の通電に相当する（図１１参照）。
【００１５】
このようにして、４回の位置決め処理によって当該起動シーケンスの通電切り替え順と逆の順で通電切り替えを行うことから、回転子を確実に逆回転させることができ、しかも当該起動シーケンスの最後の通電切り替え時点となり、次のステップＳＴ６における起動シーケンスの開始がスムーズに行われる（図７参照）。
また、圧縮機モータに適用している場合、前記４回の位置決め処理により回転子に結合されているクランクの位置が仮死点よりほぼ−９０度（機械角）とし、つまり回転子を圧縮工程直前から−９０度に位置決めすることが可能である。
【００１６】
続いて、次のステップＳＴ６において当該起動シーケンスの開始により電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの通電を従来同様に順次切り替える（図１０および図１１参照）。したがって、回転子がスムーズに回転し、かつ圧縮工程に入るまでには十分に加速され（十分な慣性をもたせ）、つまり圧縮工程を乗り切ることができ、起動失敗がなくなる。このことから、電気冷蔵庫以外のコンプレッサ、ロータリ、スクロール等にあっても、停止位置は同様の傾向にあることから、この発明を適用すると効果的である。
【００１７】
ところで、前記実施例では、圧縮機の吐出圧力や吸入圧力をセンサで検出し、この圧力が大きいときには負荷大と判断し、４回の位置決め処理によって回転子の位置決めを行っている。
しかし、１回転中の負荷変動が小さく、つまり負荷が軽い場合、前述の４回の位置決め処理を行う必要がないことから、ステップＳＴ１からＳＴ４ステップＳＴ４に進み、２回の位置決め処理を実行する。すなわち、ブラシレスモータ４が三相四極モータである場合、２回の位置決めによって回転子を確実に位置決めすることができ、つまり当該起動シーケンスの開始時にスムーズとなる位置とすることができるからである。
【００１８】
また、負荷状態の予測方法としては、例えば圧縮機によって冷媒を循環する配管の温度を検出し、この温度による負荷状態を予測するようにしてもよく、その他には単に電源投入後の最初の起動や除霜動作終了後の最初の起動等から起動特性を予測し、つまりコンプレッサを搭載した機器の起動特性から負荷を予測するようにしてもよい。
【００１９】
さらに、前述した複数回の位置決めのために電流を所定電機子巻線に流した際、つまり励磁をかけた際に回転子の振動が生じる。つまり、回転子はステータ磁束の向きと釣り合う位置まで移動するが、このとき回転子が行き過ぎたり、逆に戻るような動きをする。
図８に示すように、２回の位置決めを行った場合における電機子巻線の電流波形から明かなように、１回目の位置決めによる振動が大きく、２回目の位置決めによる振動が小さい。すなわち、第１の位置決め動作では回転子が最大９０度移動する可能性があるが、第２以降の位置決め動作では３０度しか移動しないからである。
【００２０】
そこで、最初の位置決め処理（第１の位置決め処理；ステップＳＴ２）の時間を長くし、つまり第１ないし第４の位置決め動作を同一とするのでなく、例えば第１の位置決め動作を８００ｍｓｅｃとし、第２ないし第４の位置決め動作を４００ｍｓｅｃとする。これにより、２回目以降の位置決め処理の時間を短縮することができる。
なお、第１の位置決め動作時間を長くする代わりに、通電電流を大きくするようにしてもよい。
【００２１】
また、第１の位置決め動作だけなく、第２の位置決め動作も長くしてもよい。すなわち、回転子の位置によっては、第１の位置決め処理により回転子が僅かしか動かないこともあり、例えば回転子の磁極がステータ磁束の谷間の位置になっている場合もあるからである。
この場合、第１の位置決め動作によって回転子の動きが小さくとも、第２の位置決め動作も８００ｍｓｅｃと長く行われるため、回転子を確実に回転させることができる。
【００２２】
一方、ブラシレスモータ４の負荷が小さい場合、ステップＳＴ４，ＳＴ５の２回の位置決め処理のみ実行するが、前記負荷大ということはないことから、２回の位置決め動作は４００ｍｓｅｃでよい。しかし、負荷が中途半端、つまり大小判断の境界にある場合も考えられる。そこで、第３の位置決め処理における位置決め動作を８００ｍｓｅｃとし、第４の位置決め処理における位置決め動作を４００ｍｓｅｃにしてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のブラシレスモータの制御方法のうち請求項１の発明によると、ブラシレスモータの起動に際して回転子を位置決めするブラシレスモータの制御方法において、前記回転子の位置決めを複数回の通電切り替えによって行うとともに、該複数回の通電切り替えにより前記回転子を通常の回転と逆方向に回転して位置決めし、しかる後前記起動シーケンスにしたがって起動するようにしたので、１回転中に負荷変動がある場合でも、複数回の位置決めによって負荷大直前への位置決めを回避することができ、つまり起動直後に回転子が負荷大になることもなく、したがって負荷変動にかかわらず、起動を確実に行うことができ、しかもその起動をスムーズに行うことができ、起動失敗や起動時の振動大を防止するという効果がある。
【００２４】
請求項２記載の発明によると、ブラシレスモータの起動に際して回転子を位置決めするブラシレスモータの制御方法において、前記ブラシレスモータを三相四極モータとし、６回の通電切り替えを１サイクルとしている場合、当該起動シーケンスの３番目の通電切り替えから逆順に４回の通電を行うことにより前記回転子を逆回転して位置決めし、該４回の位置決めした後前記起動シーケンスにしたがって起動するようにしたので、例えば起動シーケンスのスタート位置を１回転中の負荷大直前以外にすることにより、起動直後の回転子にかかる負荷が大きくなることもなく、したがって負荷変動にかかわらず、起動を確実に行うことができ、しかもその起動をスムーズに行うことができ、起動失敗や起動時の振動大を防止するという効果がある。
【００２５】
請求項３記載の発明によると、請求項１において前記回転子を逆方向に回転させて位置決めする際、前記回転子の回転角を所定値以下としたので、請求項１の効果に加え、所定値を機械角で最大１８０度とすることにより、１回転中の負荷大直前を回避して位置決めすることができ、したがって請求項１の効果をより確実なものとすることができる。
【００２６】
請求項４記載の発明によると、請求項１において前記ブラシレスモータをコンプレッサのモータとして利用する場合、前記コンプレッサの吐出圧力あるいは吸入圧力を検出し、該検出圧力により前記コンプレッサのモータの負荷状態を予測するとともに、該予測負荷状態に応じて前記回転子の位置決め回数を決定し、少なくとも前記予測した負荷が大きいほど、前記位置決め回数を増やして前記回転子の逆回転角度を大きくするようにしたので、請求項１の効果に加え、例えば負荷が大きいほど、位置決め動作における回転子の回転角度が小さくなるが、位置決め回数を増やすことにより回転子の回転角度を所定にすることが可能となり、ひいては回転子を所定位置（起動シーケンスのスタートの１つ手前）に決めることができ、請求項１の効果をより確実なものとすることができる。
【００２７】
請求項５記載の発明によると、請求項１において前記予測した負荷が大きい場合、前記コンプレッサのモータの通電時間を長くし、あるいは通電電流を大きくするようにしたので、請求項４の効果に加え、回転子が負荷大直前で停止していても、回転子を確実に逆回転させて位置決めすることができ、つまり負荷の大きさの影響を受けずに位置決め動作を行うことができる（的確な位置決めを行うことができる）。
【００２８】
請求項６記載の発明によると、請求項４において前記予測した負荷が大きい場合、前記位置決め回数のうち、最初の位置決め動作時間を２回目以降の位置決め時間より長くし、あるいは１回目および２回目の位置決め動作時間を３回目以降の位置決め時間よりも長くするようにしたので、請求項４の効果に加え、負荷の大きさに対して適応的な位置決めを行うことができ、つまり負荷の大きさの影響を受けずに位置決め動作を行うことができる（的確な位置決めを行うことができる）。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態を示し、ブラシレスモータの制御方法が適用される制御装置の概略的ブロック線図。
【図２】図１に示す制御装置の動作を説明するための概略的フローチャート図。
【図３】図１に示す制御装置の動作を説明するための概略的モータ模式図。
【図４】図１に示す制御装置の動作を説明するための概略的モータ模式図。
【図５】図１に示す制御装置の動作を説明するための概略的モータ模式図。
【図６】図１に示す制御装置の動作を説明するための概略的モータ模式図。
【図７】図１に示す制御装置の動作を説明するための概略的モータ模式図。
【図８】図１に示す制御装置の動作を説明するための概略的電流波形図。
【図９】従来のブラシレスモータの制御装置の概略的ブロック線図。
【図１０】図９に示す制御装置の動作を説明するための概略的モータ模式図。
【図１１】図９に示す制御装置の動作を説明するための概略的モータ模式図。
【符号の説明】
３ スイッチング・モジュール部
４ ブラシレスモータ（センサレス直流ブラシレスモータ）
５，１０ 制御回路（マイクロコンピュータ）
Ｕ，Ｖ，Ｗ 電機子巻線
Ｕａ，Ｖａ，Ｗａ，Ｘ，Ｙ，Ｚ トランジスタ

Claims (6)

1. ブラシレスモータの起動時に、前記ブラシレスモータの回転子を予め位置決めし、しかる後、予め決められた起動シーケンスにしたがって前記ブラシレスモータの電機子巻線の通電を切り替えるブラシレスモータの制御方法において、
   前記回転子の位置決めを複数回の通電切り替えによって行う際、前記起動シーケンスの通電切り替え順とは逆の順での複数回の通電切り替えにより前記回転子を逆方向に回転させて、前記回転子を前記起動シーケンスの１サイクルの最後の通電切り替え時点となるように位置決めした後、前記起動シーケンスにしたがって起動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方法。
2. 前記ブラシレスモータが三相四極モータで、前記起動シーケンスが６回の通電切り替えを１サイクルとしている場合、前記起動シーケンスの３番目の通電切り替えから逆順に４回の通電を行うことにより、前記回転子を前記起動シーケンスの１サイクルの最後の通電切り替え時点に位置決めした後、前記起動シーケンスにしたがって起動するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータの制御方法。
3. 前記回転子を逆方向に回転させて位置決めする際、前記回転子の回転角を所定値以下とした請求項１または２に記載のブラシレスモータの制御方法。
4. 前記ブラシレスモータをコンプレッサのモータとして利用する場合、前記コンプレッサの吐出圧力あるいは吸入圧力を検出し、該検出圧力により前記コンプレッサのモータの負荷状態を予測するとともに、該予測負荷状態に応じて前記回転子の位置決め回数を決定し、少なくとも前記予測した負荷が大きいほど、前記位置決め回数を増やして前記回転子の逆回転角度を大きくするようにした請求項１または２に記載のブラシレスモータの制御方法。
5. 前記予測した負荷が大きい場合、前記コンプレッサのモータの通電時間を長くし、あるいは通電電流を大きくするようにした請求項４記載のブラシレスモータの制御方法。
6. 前記予測した負荷が大きい場合、前記位置決め回数のうち、最初の位置決め動作時間を２回目以降の位置決め時間より長くし、あるいは１回目および２回目の位置決め動作時間を３回目以降の位置決め時間よりも長くするようにした請求項４記載のブラシレスモータの制御方法。

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