JP3818303B2 - ブラシレスモータの制御装置及びこの制御装置を使用した機器 - Google Patents

Description

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，送風機駆動用のブラシレスモータを制御して掃除を行う電気掃除機に関する。

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。

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。

センサレスの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6−284783 号，特開平6−98583号等に記載されたブラシレスモータ駆動装置がある。これらのブラシレスモータ駆動装置は、モータの端子電圧と基準電圧との交点（立上がりまたは立下がりエッジ）を検出するもので、スパイク電圧を回転子の位置として検出しないように、何らかの方法で転流の直後から所定の電気角度（例えば電気角１５度）を計算し、この電気角度に対応する時間を位置検出の禁止期間としていた。禁止期間では信号の検出を禁止し、禁止時間経過後に信号を取り込むようにしていた。あるいは、６つのスイッチング素子中の上側と下側をチョッピングするパターンを工夫する等で基準電圧との交点（立上がりまたは立下がりエッジ）を検出し、その検出点を基にモータを制御するものであった。

特開平６−２８４７８３号 特開平６−９８５８３号

従来のブラシレスモータ駆動装置では、転流の直後から所定の電気角度を何らかの方法で計算する必要があり、マイコン等で行う場合、処理時間が余分に増加する、あるいは外部回路で算出する場合には構成が複雑になる。

従来は、禁止期間を設けることによって、禁止期間内のスパイク電圧による誤判定を防止できるが、急激な負荷変動等によって、転流直後の禁止期間内に回転子位置を示す検出すべき信号が出力された場合、これを検出することが不可能であった。このため、実際の回転子位置と大きくずれた位置と判断して動作が不安定になったり、モータの運転効率が低下したり、脱調したりするという不具合がある。

本発明の１つの目的は、転流直後に位置検出禁止区間を設けることなく転流直後から良好に回転子位置を検出することが可能なブラシレスモータの制御装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、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安価で簡素な構成のブラシレスモータの制御装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、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。

本発明の更に他の目的は、ノイズによる位置検出誤りを軽減することにある。

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。

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。

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。

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。

上記目的を達成する本発明の特徴は、情報信号パターン記憶手段が第１の情報信号パターンを記憶し、情報信号パターン比較手段が、第１の情報信号パターンと第３の情報信号パターンとが同じで、かつ、第２の情報信号パターンが他の２つの情報信号パターンと異なるときに、環流電流消滅信号を出力することにある。

この特徴によれば、第１の情報信号パターンと第３の情報信号パターンとが同じで、かつ、第２の情報信号パターンが他の２つの情報信号パターンと異なるときは、転流直後に環流電流が発生して、消滅したときであるから、情報信号パターン比較手段が、第１の情報信号パターン，第２の情報信号パターン、および第３の情報信号パターンを比較して、環流電流消滅信号を出力することにより、環流電流の消失を検出することができる。環流電流の消失を検出してから、情報信号発生手段で発生した情報信号パターンに基づいて回転子の回転位置を検出すれば、回転子の位置の検出を禁止する禁止期間を設けることなく、転流直後から良好に回転子の位置を検出することができる。また、負荷の急激な変動があった場合でも、禁止期間の算出が不要なので、早い応答でブラシレスモータを駆動することができる。

また、スイッチング素子のチョッピングパターンによらず回転子位置検出が可能なので、６つのスイッチング素子中、上側あるいは下側の３つのスイッチング素子の動作速度が遅く安価な場合でも良好に回転子の位置を検出できる。

また、本発明の他の特徴は、情報信号パターン変更手段が、環流電流消滅信号に基づいて情報信号パターン記憶手段に記憶された第１の情報信号パターンを第２の情報信号パターンに変更することにある。

この特徴によれば、第１の情報信号パターンと第３の情報信号パターンとが同じで、かつ、第２の情報信号パターンが他の２つの情報信号パターンと異なるときは、転流直後に環流電流が発生して、消滅したときであるとともに、第２の情報信号パターンが、検出すべき回転子の位置に対応する情報信号パターンであることから、情報信号パターン記憶手段に記憶された第２の情報信号パターンと一致する情報信号発生手段で発生した情報信号パターンに基づいて回転子の回転位置を検出すれば、回転子の位置の検出を禁止する禁止期間を設けることなく、転流直後から良好に回転子の位置を検出することができる。

本発明の他の特徴は、情報信号パターン比較手段が、情報信号パターン記憶手段に記憶された情報信号パターンと第４の情報信号パターンとが一致したときに、情報信号パターン一致信号を出力し、回転位置検出手段が、情報信号パターン一致信号に基づいて回転子の回転位置を検出することにある。

この特徴によれば、環流電流の消失を検出してから、情報信号パターン記憶手段に記憶された情報信号パターンと第４の情報信号パターンとが一致したときは、第４の情報信号パターンが検出すべき回転子の位置に対応する情報信号パターンであるから、情報信号パターン比較手段が、情報信号パターン記憶手段に記憶された情報信号パターンと第４の情報信号パターンとを比較して、情報信号パターン一致信号を出力し、回転位置検出手段が、情報信号パターン一致信号と情報信号発生手段で発生した情報信号パターンとに基づいて回転子の回転位置を検出すれば、回転子の位置の検出を禁止する禁止期間を設けることなく、転流直後から良好に回転子の位置を検出することができる。

本発明の他の特徴は、情報信号パターン変更手段が、転流から所定の時間が経過したときに、情報信号パターン記憶手段に記憶された第１の情報信号パターンを第２の情報信号パターンに変更することにある。

この特徴によれば、通電切換後の環流電流期間が長いために、環流電流の消失を検出できない場合でも、回転子の磁極位置検出ができ、安価に良好なモータ制御ができる。

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固定子の磁極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を制御回路に直接入力し、転流直後から回転子位置検出を可能にしたことにある。本発明の他の特徴は、スイッチング素子のチョッピングパターンによらず回転子位置検出が可能なことにある。

本発明の他の特徴は、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を制御回路に直接入力し、ＰＷＭ信号のオン・オフ期間を制御回路で判定すると共にドライバあるいはスイッチング素子等によって制御回路からのＰＷＭ信号とモータに印加されるＰＷＭ信号の遅延時間を書き換え可能なEEPROMあるいは、可変抵抗器等を用いて設定できることにある。

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。

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。

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。

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。

本発明の他の特徴は、通電切換後に所定の時間が経過した場合、強制的に照合する信号パターンを更新することにより、環流電流期間が長い場合でも次回通電切換を可能にすることにある。

本発明の他の特徴は、比較結果情報または外部回路からの位相制御指令あるいはEEPROM、その他モータ回転速度とインバータあるいはモータに流れる電流量に応じて算出される量に従って通電位相切り換えを行うことにある。

本発明の他の特徴は、ＰＷＭ制御領域では、運転効率を重視して位相制御を行い、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。

本発明の他の特徴は、６つのスイッチング素子中、上側あるいは下側の３つのスイッチング素子の動作速度が遅く安価な場合でも良好に回転子位置検出ができることにある。

本発明の他の特徴は、制御回路中の位置検出ソフトウエア構成が簡単なことにある。

本発明の他の特徴は、制御回路の位置検出ソフトウエア中のデータテーブルあるいは
ＲＡＭ，ＲＯＭの占有量を少なくできることにある。

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または電気掃除機にある。

本発明によれば、第１の情報信号パターンと第３の情報信号パターンとが同じで、かつ、第２の情報信号パターンが他の２つの情報信号パターンと異なるときは、転流直後に環流電流が発生して、消滅したときであるから、情報信号パターン比較手段が、第１の情報信号パターン，第２の情報信号パターン、および第３の情報信号パターンを比較して、環流電流消滅信号を出力することにより、環流電流の消失を検出することができる。環流電流の消失を検出してから、情報信号発生手段で発生した情報信号パターンに基づいて回転子の回転位置を検出すれば、回転子の位置の検出を禁止する禁止期間を設けることなく、転流直後から良好に回転子の位置を検出することができる。また、負荷の急激な変動があった場合でも、禁止期間の算出が不要なので、早い応答でブラシレスモータを駆動することができる。

また、スイッチング素子のチョッピングパターンによらず回転子位置検出が可能なので、６つのスイッチング素子中、上側あるいは下側の３つのスイッチング素子の動作速度が遅く安価な場合でも良好に回転子の位置を検出できる。

本発明によれば、第１の情報信号パターンと第３の情報信号パターンとが同じで、かつ、第２の情報信号パターンが他の２つの情報信号パターンと異なるときは、転流直後に環流電流が発生して、消滅したときであるとともに、第２の情報信号パターンが、検出すべき回転子の位置に対応する情報信号パターンであることから、情報信号パターン記憶手段に記憶された第２の情報信号パターンと一致する情報信号発生手段で発生した情報信号パターンに基づいて回転子の回転位置を検出すれば、回転子の位置の検出を禁止する禁止期間を設けることなく、転流直後から良好に回転子の位置を検出することができる。

本発明によれば、環流電流の消失を検出してから、情報信号パターン記憶手段に記憶された情報信号パターンと第４の情報信号パターンとが一致したときは、第４の情報信号パターンが検出すべき回転子の位置に対応する情報信号パターンであるから、情報信号パターン比較手段が、情報信号パターン記憶手段に記憶された情報信号パターンと第４の情報信号パターンとを比較して、情報信号パターン一致信号を出力し、回転位置検出手段が、情報信号パターン一致信号と情報信号発生手段で発生した情報信号パターンとに基づいて回転子の回転位置を検出すれば、回転子の位置の検出を禁止する禁止期間を設けることなく、転流直後から良好に回転子の位置を検出することができる。

本発明によれば、通電切換後の環流電流期間が長いために、環流電流の消失を検出できない場合でも、回転子の磁極位置検出ができ、安価に良好なモータ制御ができる。

本発明によれば、ブラシレスモータに対して、通電切換直後から回転子の位置検出ができると共に通電切換後の環流電流期間が長い場合でも、回転子の磁極位置検出ができ、安価に良好なモータ制御ができる。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。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。

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。比較回路からの信号を用い、ＰＷＭ信号オンの時の通電切換後の環流電流消失後に位置検出信号パターンを更新し、その後の位置検出信号パターンを制御回路で照合することによってＰＷＭ制御全域及びＰＡＭ制御，ＰＷＭ／ＰＡＭの切換制御時にも良好なモータ制御が実現できる。また、このモータ制御装置により制御されるモータを動力源とする空調機及び冷凍機，洗濯機，電気掃除機を構成することにより、制御性に優れた空調機及び冷凍機，洗濯機，電気掃除機を実現することができる。

（実施例１）
本発明の第１の実施例であるブラシレスモータの制御装置を説明する。図１に本実施例のブラシレスモータの制御装置のブロック図を示す。

ブラシレスモータの制御装置は、交流電源１からの交流電圧を整流する整流回路２，整流回路２から出力された整流出力電圧を平滑する平滑回路３，平滑回路３から出力された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インバータ回路４，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)に対応する検出電圧８ａを出力する端子電圧検出器８，端子電圧検出器８が出力した検出電圧８ａに基づいてブラシレスモータ５の回転子の磁極の位置情報である位相信号９ａを生成する位相信号生成回路９，ＰＷＭ信号の遅延時間データが記憶されたEEPROM１０，
EEPROM１０に記憶されたデータ，速度指令信号ＳＯおよび位相信号生成回路９が出力する位相信号９ａに基づいてブラシレスモータ５の駆動制御を行う制御回路６、を備える。制御回路６は、ワンチップマイコンまたはハイブリットＩＣとしてもよい。

位相信号生成回路９は、検出電圧８ａを基準電圧と比較して、各相毎の位相信号９ａを出力する。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。遅延時間情報を書き換え可能なEEPROM１０あるいは、外部抵抗等で調整できるようにすることで、パワーモジュールの特性が異なる場合でもソフトウエア内部の定数を変更する必要がないため、制御ソフトウエアに汎用性を持たせることができる。

次に、制御回路６について詳しく説明する。

制御回路６は、EEPROM１０で設定されたｔｄに相当する遅延時間が経過したらＯＮを出力するタイマ６ｊ，ＰＷＭ信号１１を発生するＰＷＭ信号発生部６ｈ，ＰＷＭ信号１１，遅延時間ｔｄのＯＮ信号、および位相信号生成回路９が出力した位相信号９ａを読み込んで、デジタルの情報信号パターン１３を出力するデータ入力部６ｉ，過去に読み込んだ情報信号パターンを記憶しておく比較データ記憶部６ｄ，新たに読み込んだ情報信号パターン１３と過去に読み込んだ情報信号パターンとを比較して比較結果１４を出力するデータ比較部６ｇ，データ比較部６ｇから出力された比較結果１４に基づいて位相を検出し、位相検出情報１５を出力する位相検出部６ｅ，位相検出情報１５と速度指令信号ＳＯとに基づいて通電パターン１６を発生する速度制御部６ｃ，所定の電気角度期間中（例えば、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、または機械角３６０度期間中など）に、信号処理を何回行ったかカウントするタイマ
６ｆ，通電パターン１６とタイマ６ｆが出力する信号処理の回数に基づいて通電モードをカウントする通電モードカウンタ６ｂ、および、通電パターン１６と通電モードのカウンタ数を記憶し、ドライバ７に通電パターン１６供給するメモリ６ａ、および、メモリ６ａに記憶された通電パターン１６に基づいてインバータ回路４のスイッチング動作を制御するドライバ７を備える。

本実施例では図２に示されるような、ＰＷＭ制御において通流率が１００％の時のブラシレスモータ５の駆動制御を行う場合について、制御回路６の内部処理を行う。はじめに、図２の各信号について説明し、後に、制御回路６の内部処理について説明する。

図２に示される信号は、（ａ）ブラシレスモータ５の固定子巻線の各相（Ｕ,Ｖ,Ｗ相）の端子電圧の検出電圧８ａ，（ｂ）ＰＷＭ信号発生部６ｈが発生するＰＷＭ信号１１，
（ｃ）位相信号生成回路９から出力された各相の位相信号９ａ，（ｄ）データ入力部６ｉが出力する情報信号パターン１３、および（ｅ）位相検出部６ｅが出力する位相検出情報１５である。図２中の上向きの矢印は、データ入力部６ｉが位相信号９ａを読み込むタイミングを表しており、ｔ１〜ｔ８はこれらのタイミングの一部である。

図２に示すように、転流(１)の直後に検出電圧８ａのＵ相にスパイク状電圧２１が発生すると、発生した電圧は、位相信号９ａ，情報信号パターン１３、および位相検出情報
１５に反映する。転流(１)の直前に位相信号９ａはLow・Low・High（ここで各信号のHigh／Low はＵ・Ｖ・Ｗの順に示す）、情報信号パターン１３は｛０・０・１｝、位相検出情報１５はLow・Low・Highであった。しかし、スパイク状電圧２１が発生すると、位相信号９ａはHigh・Low ・Highに、情報信号パターン１３は｛１・０・１｝に、位相検出情報
１５はHigh・Low ・Highになる。その後、検出電圧８ａのスパイク状電圧２１はなくなり、位相信号９ａは転流(１)の直前の信号と同等の信号（Low・Low・High）になる。更に時間が経過すると、基準電圧と検出電圧８ａが交差する点で再び位相信号９ａの信号レベルがHigh・Low ・Highになる。データ入力部６ｉがデータ比較部６ｇに出力する情報信号パターン１３は、ｔ１で｛０・０・１｝、ｔ２で｛１・０・１｝、ｔ３で｛０・０・１｝、ｔ４で｛１・０・１｝となる。

ここで、ｔ３における比較結果情報信号９ａのＵ，Ｖ，Ｗの信号パターンは、転流(１)の直前の信号パターンであると共にｔ２のような環流電流が消失したことを表す。

データ比較部６ｇは、データ入力部６ｉから出力された情報信号パターン１３と、比較データ記憶部６ｄに記憶されている過去の情報信号パターンとを比較する。データ比較部６ｇは、ｔ１，ｔ２およびｔ３の時の情報信号パターン１３を比較する。データ比較部
６ｇは、ｔ３の時の情報信号パターンが転流(１)直前のｔ１における信号パターンに一致すると、ｔ２の時の環流電流が消失したことを判断して比較結果１４を出力する。位相検出部６ｅは、データ比較部６ｇから出力された比較結果１４に基づいて、ｔ２の時の情報信号パターン１３は次回に検出すべき位相に対応する信号パターンであると判断し、比較データ記憶部６ｄの情報信号パターンをｔ２の時の情報信号パターンに変更する。

ｔ４の時には、データ比較部６ｇは、ｔ４の情報信号パターン１３と比較データ記憶部６ｄのｔ２とを比較する。データ比較部６ｇは、両者が一致すると、比較結果１４を出力する。位相検出部６ｅは、データ比較部６ｇから出力された比較結果１４に基づいて、
ｔ４の時の情報信号パターン１３に対応する位相検出情報１５を速度制御部６ｃに出力する。

速度制御部６ｃは、速度制御部６ｃから出力された位相検出情報１５に基づいて、固定子巻線への通電パターン１６を求めて、ドライバ７に出力する。

ドライバ７は、速度制御部６ｃから出力された通電パターン１６に基づいて、インバータ回路４を駆動する。

以上で述べたように、本実施例では回転子の位置の検出を禁止する禁止期間を設けることなく、良好に回転子の位置を検出することができる。

また、回転速度毎に電気角に対応する時間が変わるから、従来は回転速度が変わる度に電気角に対応する時間を算出していたが、本実施例では禁止期間の算出が不要になる。また、負荷の急激な変動があった場合でも、固定子巻線の端子電圧と基準電圧とから情報信号パターンをつくり、過去の情報信号パターンと比較して検出すべき位相であるか判断してから、情報信号パターンに対応する回転子の位置を検出するので、良好に回転子位置を検出することができる。

図４に、制御回路６の内部処理フローの一例を示す。制御回路６の内部処理は、ブラシレスモータ５の速度制御信号を発生するメイン処理４１，回転子位置を検出する位置検出処理４２，処理４１で発生した速度制御信号と処理４２で検出した回転子位置に基づいてインバータ回路４を駆動するドライブ処理４３，ドライブ処理４３の後、メイン処理４１を行うための準備フラグのクリア処理４４、および、一致フラグのクリア処理４５から構成される。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。

次に処理４２を詳しく説明する。

処理４２ａで、タイマ６ｆは、所定の電気角度期間中（例えば、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、または機械角３６０度期間中など）に、信号処理を何回行ったかカウントする。その他、タイマ６ｆは所定時間の経過も管理することができる。

処理４２ｂで、データ入力部６ｉは、ＰＷＭ信号発生部６ｈが出力するＰＷＭ信号１１がオン状態かオフ状態かを判定する。この処理では、判定のためにフラグを用いたり、マイコンでＰＷＭ信号のオン，オフの状態を判定したりすることで、より簡便な処理にすることができる。

処理４２ｃで、データ入力部６ｉは、EEPROM１０で設定されたｔｄに相当する遅延時間が経過しているか否かを判定する。これは、タイマ６ｊあるいは処理４２ａのカウント処理で行ってもよい。ここで、遅延時間情報をEEPROMあるいは、外部抵抗等で調整できるようにすることで、パワーモジュールの特性が異なる場合でもソフトウエア内部の定数を変更する必要がないため、制御ソフトウエアに汎用性を持たせることができる。

処理４２ｄで、データ入力部６ｉは、Ｕ・Ｖ・Ｗ各相の位相信号９ａを読み込む。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。

処理４２ｅで、タイマ６ｊは通電切換後、所定の時間が経過したか否かを判定する。これは、処理４２ａのカウント処理で行ってもよい。

処理４２ｆで、比較データ記憶部６ｄは、次回の信号処理に必要な所定の信号パターンが設定されているかを判定する。設定されている場合、比較データ記憶部６ｄは準備フラグを１、設定されていない場合は準備フラグを０とする。

処理４２ｆで、準備フラグが１の場合、比較データ記憶部６ｄは設定されている信号パターンをデータ比較部６ｇに出力する。処理４２ｆで準備フラグが０の場合、処理４２ｇで、比較データ記憶部６ｄは信号パターンを更新・設定し、更新された信号パターンをデータ比較部６ｇに出力して準備フラグを１にする。

処理４２ｈで、比較データ記憶部６ｄは、更新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一致フラグをクリアする。

処理４２ｊで、位相検出部６ｅは、処理４２ｄで読み込んだ各位相信号９ａの情報信号パターンを回転子の位置で決まる予め定められた信号パターンと照合する。

処理４２ｋで、信号パターンが一致していた場合には処理４２ｍに進み、信号パターンが一致していない場合には処理４２ｌへジャンプする。

処理４２ｌで、位相検出部６ｅは、一致した信号パターンが２度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４２ｍで、位相検出部６ｅは、一致した信号が２回一致したか否かを判定する。信号パターンが一致して一致フラグがオフのときに、処理４２ｎで、位相検出部６ｅは、一致フラグをオンにする。信号パターンが一致して一致フラグがオンのときには処理４２ｏに進む。

処理４２ｏ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。処理４２ｏで、準備フラグが１のときはドライブ処理４３に進み、準備フラグが０のときは処理４２ｐに進む。

処理４２ｐは、処理４２ｏ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（準備フラグが０である）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４２ｑで、位相検出部６ｅは、所定の信号パターンが更新されたことを表すために準備フラグを１に設定する。処理４２ｒで、位相検出部６ｅ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一致フラグをクリアする。

処理４２ｇあるいは処理４２ｐで所定の信号パターンが更新された後に処理４２ｄ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。

ここで、処理４２ｆ〜処理４２ｉと処理４２ｏ〜処理４２ｒ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。

図５に、インバータ回路４で上アームチョッパを行った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）の端子電圧の検出電圧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す。

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ができる。

また、図４を参照して説明した処理４２ｇ及び処理４２ｐ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、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、図３（ｅ）のタイミングで処理４２ｄが行われ、処理４２ｊで信号パターンの照合が行われ、処理４２ｋでパターン一致により処理４２ｍへ進む。このとき、今の通電期間中において、一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４２ｍから処理４２ｎへ分岐する。その後、図３の（ｇ）ｔｄのタイミングで再度処理４２ｄが行われ、この処理４２ｊが行われた後に、処理４２ｋでは信号パターンが一致しないために処理４２ｌへ分岐し、一致フラグをクリアして処理４１へ戻る。

更に、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４２ｄが行われ、前記同様に、処理４２ｎまで実行され、図３（ｃ）における
ｔｄのタイミングで処理４２ｄから処理４２ｍが実行され、一致フラグがＯＮであるため処理４２ｏ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。

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。

図６に、通電切換後の環流電流が流れている期間が長い場合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相分を示す。

この位置検出アルゴリズムを用いると位相信号生成回路９は、比較器回路のみでよいことに加え、ＰＷＭ信号がオンの時の位相信号を読み込むため、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、同様の位置検出情報を得ることができ、
ＰＡＭ制御においても良好なモータ制御が可能である。

その他、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、処理４２ｅを設けているため、通電切換後の所定時間経過の判定後に、強制的に照合する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次回の通電切換が可能になり、良好なモータ制御が可能である。

また、この実施形態では、出力可変形の整流回路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の基準電圧が可変するために、ＰＷＭ制御全域及びＰＡＭ制御あるいはＰＷＭ／ＰＡＭの切換制御のいずれにおいても位相信号から同等の位置検出情報を得ることができ、良好なモータ制御を実現することができる。

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。

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。

更に、本発明のアルゴリズムを用いると、ソフトウエアの構成が簡便であると共に環流電流消失を判定するデータと位置検出を判定するデータが同じで良いため、マイコン制御時の必要なデータテーブル、それに伴ったＲＡＭ，ＲＯＭの占有量を最小限にすることができる。このため、容量の少ない低コストのマイコンでも良好なモータ制御を実現でき、家庭用電化製品に組み込んだ場合でも低コストで良好な製品を実現できる。

図７にインバータ回路４で上下アームチョッパと前半６０度チョッパとを組み合わせてＰＷＭ制御を行った場合について、図８にインバータ回路４で上下アームチョッパと後半６０度チョッパとを組み合わせてＰＷＭ制御を行った場合について、図９にインバータ回路４で上下アームチョッパと後半３０度チョッパとを組み合わせてＰＷＭ制御を行った場合について、図１０にインバータ回路４で上下アームチョッパと前半３０度チョッパとを組み合わせてＰＷＭ制御を行った場合について、それぞれ検出電圧，ＰＷＭ信号，比較結果情報信号，ＰＷＭ信号オン時の情報信号パターン，制御回路内部における位置検出情報の各信号波形を示す。

いずれの場合でもＰＷＭ信号オン時の比較結果情報信号を得ることによって、同等の位置検出情報を得ることができる。

したがって、インバータ回路４において上アームチョッパ，上下アームチョッパ，前半６０度チョッパ，後半６０度チョッパ，前半３０度チョッパ，後半３０度チョッパを任意に組み合わせた場合についても、ＰＷＭ制御時のチョッピング方式に関わらず良好なモータ制御を実現することができる。

その他、本発明の位置検出方法を用いると、ＰＷＭ制御時のチョッピング方式に関わらず良好にモータの回転子位置検出ができるため、６つのスイッチング素子中、上側あるいは下側の素子をチョッピング動作不要にし、動作速度の遅い低価格な素子を使った安価なパワーモジュールでモータ制御装置を構成できるため、安価で良好なモータ制御装置を実現することができる。

図１１に、通電位相に対するブラシレスモータの運転効率を示す。ブラシレスモータの運転効率は、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、あらかじめＲＡＭあるいはＲＯＭに格納した情報，モータの回転速度とインバータ回路を流れる電流量あるいはモータ電流量から算出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。

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。

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１２に示すように、固定子巻線に供給する端子電圧を同じ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。

従って、ブラシレスモータの固定子巻線電流のＰＷＭ制御及び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なっ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。したがって、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。

（実施例２）
図１３に、遅延時間情報を含んだEEPROM１０の代わりに可変抵抗器を用いた場合のブラシレスモータ制御装置のブロック図を示す。EEPROM１０に遅延時間情報のみ格納する場合には、可変抵抗器等で情報を入力すると簡便でかつ安価に良好なモータ制御装置を実現できる。

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やすい制御装置とすることができる。

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制御及び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圧縮機及び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。

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、冷凍機の圧縮機及び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。

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。

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は、電気掃除機の送風機を駆動する駆動源として使用することにより、吸引力の優れた電気掃除機を実現することができる。

その他、本発明になる位相信号生成回路と位置検出アルゴリズムを用いると、汎用のロジック回路等で大きな回路構成の必要もなく、また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ため、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，電気掃除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，電気掃除機を実現することができる。

第１の実施例のラシレスモータ制御装置のブロック図。 第１の実施例のＰＷＭ制御の通流率１００％のときの各信号波形を示す図。 第１の実施例の基準点近傍で端子電圧が振動した場合の各信号波形を示す図。 第１の実施例の制御回路６の内部処理フローを示す図。 第１の実施例のインバータ回路４で上アームチョッパを行ったＰＷＭ制御の通流率１００％のときの各信号波形を示す図。 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。 インバータ回路４で上下アームチョッパと前半６０度チョッパとを組み合わせてＰＷＭ制御を行った場合の各信号波形を示す図。 インバータ回路４で上下アームチョッパと後半６０度チョッパとを組み合わせてＰＷＭ制御を行った場合の各信号波形を示す図。 インバータ回路４で上下アームチョッパと後半３０度チョッパとを組み合わせてＰＷＭ制御を行った場合の各信号波形を示す図。 インバータ回路４で上下アームチョッパと前半３０度チョッパとを組み合わせてＰＷＭ制御を行った場合の各信号波形を示す図。 通電位相に対するブラシレスモータの運転効率を示す図。 ブラシレスモータの速度特性を示す図。 第２の実施例のブラシレスモータ制御装置のブロック図。

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…データ格納ＲＯＭ。

Claims (13)

1. 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前記固定子巻線に対する通電信
   号を発生する制御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、禁止期間を設けることなく前記固定子巻線への通電切換直後から、複数相の比較結果信号のパターンに基づいて回転子位置検出を行うことを特徴とするブラシレス直流モータの制御装置。
2. 交流電源電圧を直流電圧に変換する整流回路と前記直流電圧を交流電圧に変換してブラ
   シレスモータに供給するインバータ回路と、このインバータ回路を制御する制御回路とを
   備えたブラシレスモータ制御装置において、
   前記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前記固定子巻線に対する通
   電信号を発生する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、禁止期間を設けることなく前記固定子巻線への通電切換直後から、複数相の比較結果信号のパターンに基づいて回転子位置検出を行うことを特徴とするブラシレス直流モータの制御装置。
3. 交流電源電圧を直流電圧に変換する整流回路と前記直流電圧の大きさを制御するチョッ
   パ回路とを備えたコンバータ回路と、前記コンバータ回路から受電した直流電圧を交流電
   圧に変換してブラシレスモータに供給するインバータ回路と前記チョッパ回路のスイッチ
   ング動作を制御するコンバータ制御回路と、前記インバータ回路のスイッチング動作を制
   御しブラシレスモータを駆動するインバータ制御回路と前記コンバータ制御回路およびイ
   ンバータ制御回路を制御する制御回路とを備えたブラシレスモータの制御装置において、
   前記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前記固定子巻線に対する通
   電信号を発生する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、禁止期間を設けることなく前記固定子巻線への通電切換直後から、複数相の比較結果信号のパターンに基づいて回転子位置検出を行うことを特徴とするブラシレス直流モータの制御装置。
4. 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、複数相の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複数相の比較結果情報信号を出力する比較手段と、この複数相の比較結果情報信号のパターン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、この回転子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、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モータ出力トルク／モータ電流の最大比の位相よりも位相を進める制御を行うことを特徴とするブラシレスモータの制御装置。
5. 請求項１〜４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。
6. 請求項１〜４の１項において、前記制御手段は、ＰＷＭ信号がオン状態あるいはオフ状
   態の少なくともいずれかを判定でき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。
7. 請求項１〜４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。
8. 請求項１〜４の１項において、前記制御手段は、ＰＷＭ信号がオン状態あるいはオフ状
   態の少なくともいずれかを判定できるハイブリッド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。
9. 請求項１〜８の１項において、前記制御手段は、前記位相信号読込処理時刻の近傍で信
   号を出力することを特徴とするブラシレスモータの制御装置。
10. 請求項１〜８の１項に記載したブラシレスモータ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送風機を使用して構成したことを特徴とする空
    調機。
11. 請求項１〜８の１項に記載したブラシレスモータ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送風機を使用して構成したことを特徴とする冷
    凍機。
12. 請求項１〜８の１項に記載したブラシレスモータ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。
13. 請求項１〜８の１項に記載したブラシレスモータ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電気掃除機。
    

Images